第一章巷道断面施工图设计8

第一节、选择巷道断面形状

巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过围岩的性质、作用在巷道上地压力的大小和方向、巷道的用途及其服务年限、选用的支架材料和支护方式（要考虑到支护成本）、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素，也可以参考邻近矿井同类巷道的断面形状及其维护情况等。

     根据本课程设计所给的数据及要求，本次设计选用半圆拱型双轨运输大巷

图表 1-1半圆拱形巷道断面

第二节、确定巷道净断面尺寸

   《煤矿安全规程》规定：巷道净断面必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修、施工的需要。因此，巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途，存放或通过他的机械、器材或运输设备的数量与规格，人行道宽的与各种安全间隙以及通过巷道的风量等。

一、巷道净宽度的确定

  巷道的净宽度，是指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平距离。对于梯形巷道，当其内通行矿车、电机车时，净宽度是指车辆顶面水平的巷道宽度；当巷道内不通行运输设备时，净宽度是指白底板起1．6m水平的巷道宽度。

  运输巷道净宽度，由运输设备本身外轮廓最大宽度和《煤矿安全规程》所规定的人行道宽度及有关安全间隙相加而得。巷道安全间隙不应小于表1-2中的规定。

表格 1-2 巷道安全间隙表

B=a+2A1+c+t                        （1-1）             

式中  B——巷道净宽度，直至墙内侧的水平距离，m

      a——非人行侧的宽度，m

     A1——运输设备的最大宽度，m

      c——人行侧的宽度，m

      t——双轨运输巷中，两辆对开列车最突出部分之间的距离，m

查表2．2知ZK7—9／550电机车宽A1＝1360mm、高h＝1550mm，1t矿车宽880mm、高1150mm。

    根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽c＝840mm、非人行道一侧宽a＝400mm。

查表2．3知该巷双轨中线距b＝1600mm，则两电机车之间距离为

    1600-(1360／2十1360／2)mm＝240mm>200mm

故巷道净宽度：

           B＝a1十b十c1＝（400十1360／2)十1600mm十(1360／2十840)mm＝1080+1600+1520=4200mm

二、巷道净高度的确定             

    矩形、梯形巷道的净高是指自道碴面或底板起至顶梁或顶部喷层面、锚杆露出长度终端的高度；拱形巷道的净高度是指自道碴面起至

拱顶内沿或锚杆露出长度终端的高度。

        《煤矿安全规程》第二十一条规定，主要运输巷道和主要风巷的净高，自轨面起不得低于2m；架线电机车运输巷道的净高必须符合规程有关要求。第三百五十六条规定，电机车架空线的悬挂高度，自轨面算起在行人的巷道内、车场内以及人行道与运输巷道交叉的地

方不得小于2m；在不行人的巷道内不得小于1.9m；在井底车场内，从井底到乘车场不小于2.2m。电机车架空线和巷道顶或顶梁之间的距离不得小于0.2m。对于采区(盘区)内的上山、下山和平巷的净高不得低于2m，薄煤层内的不得低于1.8m。

   确定拱形巷道的净高度，主要是确定它的拱高和自底板起的壁(墙)高。

H＝h0+h3-hb                     (1-2)

式中   H——拱形巷道的净高度，m；

      h0——拱形巷道的拱高，m；

      h3——拱形巷道的壁高，m；

      hb——巷道内道碴高度，按表2．11选取，m。

1）拱高h0的确定

    拱的高度常以巷道净宽的比来表示(称为高跨比)。

    半圆拱的拱高h0、拱的半径只均为巷道净宽的1／2，即h0＝R＝B／2；

所以，h0=B/2=4200/2=2100mm。半圆拱半径R= h0=2100mm。

  2）巷道壁高h3的确定

     拱形巷道的壁高h3是指自巷道底板至拱基线的垂直距离(图     2.2)。为了满足行人安全、运输通畅以及安装和检修设备、管缆的需要，拱形巷道的壁高h3，设计要求按架线电机车导电弓顶端与巷道拱壁问最小安全间隙要求、接管道的装设高度要求、按人行高度要求、按1.6m高度人行宽度要求以及校设备上缘至拱壁最小安全间隙要求等5种情况，按图2.4、图2.5和表2.5中公式计算，并取其最大者。

    对于架线电机车运输的巷道，一般按其中架线电机车导电弓子和管道装设高度要求计算即能满足设计要求；其他如矿车运输、仅铺设输送机或无运输设备的巷道，一般只按行人高度要求计算即可满足设计要求，但在人行道范围内(1.8m以下)．不得架设管、线和电缆。                                 上述计算出的壁高h3值，必须按只进不舍的原则，以0.1m进级。

（1）按架线式电机车导电弓子要求确定h3。由表2.5中半圆拱形巷道壁高公式得

              h3 ≥h4+hc-

式中  h4 ——轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》取h4＝2000mm；                                                                                   

      hc ——道床总高度，查表2.9选30kg／m钢轨，再查表2.11得hc＝410mm，道碴高度hb＝220mm；

      n ——导电弓子距拱壁安全间距，取n＝300mm；

      K ——导电弓子宽度之半，K＝718mm／2＝359mm，K＝360mm；

      b1 ——轨道中线与巷道中线间距，b1＝B／2-a1＝4200mm／2—1080mm＝1020mm。

故h3 ≥2000mm+410mm-mm=1156mm

（2）按管道装设要求确定h3。

             h3 ≥h5+h7+hb-

式中  h5——碴面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h5＝1800mm

      h7——管子悬吊件总高度，取h7＝900mm； 

      m——导电弓子距管子间距，取m＝300mm；

      D——压气管法兰盘直径，D＝335mm；

      b2——轨道中线与巷道中线间距，b2＝    B/2-C1=4200/2-1520=580mm;

故    h3 ≥1800mm+900mm+220mm-=1361mm；

      (3)按人行高度要求确定h3

                           h3 ≥1800+hb-

式中，j——距壁j处的巷道有效高度不小于1800mm。j≥100mm，一般取j＝200mm。

故   h3 ≥1800mm+220mm -=1126mm

综上计算，并考虑一定的余量，确定该巷道壁高为h3＝1561mm。则巷道高度H＝h3- hb+ h0=1561mm-220mm+2100mm=3441mm。

三、巷道的净断面面积

       由表2．6得净断面积    S＝B(0.39B十h2)

式中  h2——道碴面以上巷道壁高，h2＝h3-hb＝1561mm-220mm

＝1341mm。

    故    S＝4200 (O.39×4200十1341)mm2＝12511800 mm2＝12.5m2

净周长    P＝2.57B十2 h2＝2.57×4200mm十2×1341mm＝13476mm=13.5m

第三节、风速验算

     巷道通过的风量是根据对整个矿井生产通风网络求解得到的。当通过该巷道的风量确定后，断面越小，风速越大。风速过大，不仅会扬起煤尘，影响工人身体健康和工作效率，而且易引起煤尘爆炸事故。为此，《煤矿安全规程》规定广各种不同用途的巷道所允许的最高风速(表2.8)。同时，为使矿井增产留有余地和经济风速的要求，一般不选用表2.8中所列的最高风速。设计时，应在不违反《煤矿安全规程》的情况下，按照《煤炭工业设计规范》规定，矿井主要进风巷的风速一般不大于6m／s，为矿井增产留有余地。

按下式进行风速验算：

v=≤vmax

式中   v ——通过该巷道的风速，m／s；

       Q ——根据设计要求通过该巷道的风量，m3／s；

       S ——巷道的净断面面积，m2；

     vmax ——该巷道允许通过的最大风速，按表2．8确定，m／s。

一般对低瓦斯矿井，按前述方法所设计出的巷道净断面尺寸均能满足通风要求。但是，对高瓦斯矿井往往不能满足。这时，巷道的净断面尺寸就需要根据允许的巷道最高风速和《煤炭工业设计规范》规定的最高风速要求来进行计算。

查表2.8，知vmax＝8m／s，已知通过大巷风量Q＝48m3／s，代入式(2．6)得

故   v===3.84m/s<8m/s

第四节、选择道床参数

道床参数是指钢轨型号、轨枕规格和道碴高度。

1)钢轨型号

  钢轨型号是以每米长度的质量来表示的。煤矿常用的钢轨型号是15，22，30和38kg／m。钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及设备、矿车容积和轨距来选用的。

  2)轨枕规格

    轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。矿井多使用钢筋泥凝土轨枕和木轨枕，个别地点也有用钢轨枕的。混凝土轨枕主要用于井底车场、运输大巷、上(下)山和中巷；木轨枕主要用于道岔等处；钢轨枕主要用于固定道床。由于预应力钢筋混凝土轨枕具有较好的抗裂性和耐久性，同时具省构件刚度大、节约木料、造价低等优点，所以应大力推广使用。

  3)道碴高度

    道碴道床由钢轨及其连接件、轨枕、道碴等组成，道碴道床铺设如图2．6所示。道碴道床的优点是施工简单，容易更换，工程造价较低，有一定的弹性和良好的排水性，并有利于轨道调平。但在生产过程中，煤、岩粉洒落在道床上之后，使其弹性降低，排水受到阻碍，可能影响机车正常运行。但只要加强维修，这种道床完全能够满足机车运行要求。在井底车场、主要运输大巷和有电机车通行的巷道一般都应使用道碴道床

。

本设计根据该巷道通过的运输设备，已选用30kg/m钢轨，其道床参数hc、hb分别为410mm和220mm，道碴面至轨面高度ha=hc-hb=410-220=190mm，采用钢筋混凝凝土轨枕。

第五节、选择支护参数

通常应根据巷迫的类型和用途，巷道的服务年限，围岩的物理和力学性质以及支架材料的特性、来源等因素，综合分析选择合理的支护形式。支护形式确定后，即可进行支护参数的选择。支护参数是指各种支架的规格尺寸，如矿用工字钢和u型钢的型号，锚喷支护的锚杆类型、长度、直径、间距和排距，喷射强凝土的厚度与标号等。

  采用锚喷支护，根据巷道净宽4.2m、穿过中等稳定岩层即属类围岩、服务年限大于l0年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为∮18mm螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚团长度≥700mm，设计锚固力≥80kN。锚杆长度2．0m，成方形布置，其间排距0.80m×0.80m，托板为8mm厚150mm×150mm的方形钢板。喷射层T1＝l00mm，分两次喷射，每次各喷50mm厚，故支护厚度T＝T1＝l00mm。

第六节、确定管线布置

   根据生产需要，巷道内需要敷设诸如压风管、排水管、供水管、动力电线、照明和通信电线等管道和电缆。管缆布置，主实是以保证安全和便于安装、检修为原则。

1、管道布置

  管道的布置要考虑安全、架设与检修的方便，一般应符合下列要求：

    (1)管道应布置在人行道一侧，管道的架设一般采用托架、管墩及锚杆吊挂等方式，并要考虑检修的方便；若架设在人行道上方，管道下部距道碴或水沟盖扳的垂高不应小于1.8m，若架设在水沟上，应以不妨碍清理水沟为原则。

砌碹支护的主要运输巷道，一般用槽钢或角钢将管道支托在人行侧的顶部；锚喷支护的主要运输巷道，可将管路锚吊在行人侧的顶部，也可采用毛料石或混凝土墩柱支托管道。

  (2)在架线式电机车运输巷道内，为防止电流腐蚀，管道应尽量避免沿巷道底板架设。

（3）当管道与管道呈交叉或平行布置时，应保证管道之间有足够的更换距离。管道架设在乎巷顶部时，应不妨碍其他设备的维修与更换。

(4)管道与运输设备之间必须留有不小于0.2m的安全距离。

2、电缆布置

     电缆布置一般应符合下列要求：

    (1)人行道一侧最好不敷设动力电缆*

    (2)动力电缆和通信电缆一般不要敷设在巷道的同一侧。如受条件设在同一侧时，通信电缆应设在动力电缆上方o．1m以上的距离处，以防电磁场作用干扰通信信号。

    (3)电缆与压风管、供水管在巷道同一侧敷设时，必须敷设在管子上方，并保持0.3m以上的距离。

    (4)电缆悬挂高度应保证当矿车掉道时不会撞击电缆，或者电缆发生坠落时，不会落在轨道上或运输设备上，所以电缆悬挂高度一般为1．5一1．9m，电缆到巷道顶板的距离一般不小于300mm；电缆两个悬挂点的间距不应大于3．0m。；电缆与运输设备之间距离不应小于0.25m；电缆同风筒相互之间应保持0.3m以上距离。

    (5)高压电缆和低压电缆在巷道同测敷设时，相互之间距离应大于o．1m以上。高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于50mm，以便摘挂方便。

     本设计管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道一侧，通信电缆挂在管子上方，如图 2．9所示。

第七节、确定水沟参数

    (1)水平巷道及倾角小于160的倾斜巷道的水沟，一般布置在人行侧；当非人行侧有适当空间时，亦可布置；应尽员避免穿越轨道或输送机。

   (2)在倾角大于160的巷道中，当涌水量小或巷道较窄时，水沟与人行台阶对在巷道同侧平行或重叠布置；当涌水量较大或巷道较宽时，水沟和人行台阶可分设在巷道两侧。                   应大于0.3m。

   (3)金属或水支架巷道的水沟为使立柱牢固和流水畅通，水沟小线与立柱之间的距离应大丁0.5m，或者水沟与立柱的最小距离应大于0.3m(图2．7)。

   (4)专用排水巷道、中间设人行道的巷道、有底鼓的巷道和铺设整体道床的巷道，水沟也可布量在巷道中间。

   (5)巷道横向水沟，一般应布置在含水层的下方、上(下)山下部车场的上方、带式输送机接头闲空的下方或出水点处。

   (6)在水平和倾斜的砌殖巷道中，可将沿水沟一例的巷道基础加宽50mm以上，以便搭设水沟盖板，同时应使水沟底板掘进面比巷道基础浅50 —— 100mm。

   (7)在倾角小于或等于l0o。的行人及车辆来往频繁的主要巷道，水沟上面要加设盖板，盖板顶面应与道碴面平齐。

   为行人方便，大巷及倾角小于150上(下)山的水沟，一般设置盖扳。其规格及材料消耗量见表2.12。盖板的宽度一般比水沟净宽加宽150mm，主要巷道的水沟盖扳宽度应不大于500mm。盖板一般为钢筋混凝土须制板，每的质量不宜超过35kg，厚度不应小于50mm，可用设计强度等级不低于Cl8的混

凝土、Φ6直径的冷拔3号钢筋进行制作。

  无运输设备的巷道、倾角大于15上(下)山和采区巷道的水沟一般可不设盖板。

   已知通过该巷道的水量为160m3/h，现采用水沟坡度为3%0，查表2.12得水沟深400mm，水沟宽400mm、水沟净断面积0.16m2；水沟掘进断面积0.203m2，每米水沟盖板用钢筋1.633kg、混凝土0.0276m3，水沟用混凝土0.133m3。

第八节、确定巷道掘进断面尺寸

巷道设计掘进断面尺寸加上允许的掘进超挖误差值δ(75mm)，即可求算出巷道计算掘进断面尺寸。因此，在计算布置锚杆的巷道周长、喷射混凝土周长和粉刷面积周长时，就应用比原设计净宽大2δ的计算净宽作为计算的基础，以便保证巷道施工时材料应有的消耗量。

巷道的净尺寸加上支护和道床参数后，便可获得巷道的设计掘进尺寸，进而求算出巷道的设计掘进断面积。

半圆拱形巷道设计掘进断面积

         S                           巷道设计掘进宽度   B=4200mm+2100mm=4000mm

巷道计算掘进宽度   B=4000+275mm=4150mm

巷道设计掘进高度   H=3441mm+220mm+100mm=3761mm

巷道计算掘进高度   H =3761mm+75mm=3836mm

巷道设计掘进断面面积  S=4000mmmm=12484000mm=12.5m2

巷道计算掘进断面面积     S=4150mmmm=13194925mm2=13.19m2

    取 S=13.19m

第九节、编制巷道断面特征表和每米巷道材料消耗量表

（一）巷道断面特征

表格 2-2运输大巷特征

每米巷道拱与墙计算掘进体积 V13.19

每米巷道墙脚计算掘进体积 V

每米巷道拱与墙喷射材料消耗 V0.6671m

每米巷道墙脚喷射材料消耗 V

每米巷道喷射材料消耗 V=V0.6671+0.02=0.6871m

每米巷道锚杆消耗  N=

式中  P—— 计算锚杆消耗周长，P=1.57B+2h=

      、——锚杆间距、排拒， m；

故                  N=

  折合重量为：

式中    ——锚杆长度， =2.0m

——锚杆直径， =18mm;

        ——锚杆材料密度， =7850kg/m。

     由于每排锚杆安装2个树脂药卷，则每米巷道树脂药卷消耗：M=2N=28.88支。

      每排锚杆数为：N0.8=14.440.8=11.552≈12根

      每排树脂药卷数：M0.8=28.880.8=23.104≈23支

      每米巷道粉刷面积：   

式中  B——计算净宽，B= B-2T=4.15-20.1=3.95m。

故                      S=1.573.95+21.341=8.9m

表格 3-1运输大巷每米工程量及材料消耗