井巷工程设计报告王0.doc

河南工程学院
安全工程系
课 程 设 计 报 告

课程名称：井巷断面设计
姓 名： 王 佳 伟
学 号： 200801111149
班 级：安全工程0841

《井巷工程》课程设计任务书
题目：
某煤矿年设计生产能力90万t吨，采用立井开拓方式，属高瓦斯矿井，采用中央分列式通风，井下最大涌水量为450m3/h；第二水平东运输大巷长度1600m，服务年限为25年；通过的流水量为 160 m3/h ，风量为 40 m3/s ；采用 2K10-9/550 直流架线电机车牵引 1.5t 矿车运输。巷道内铺设一趟直径Φ为200mm的压气管和一趟直径Φ为100mm的供水管。设计的大巷穿过中等稳定岩层，岩石坚固性系数=4~6。
设计内容：
1.选择合适的巷道断面形状。
2.设计双轨直线段的巷道断面。
确定巷道净宽、拱高、墙高、净断面面积、净周长，并进行风速校核。选择合适的支护方式，确定支护参数。最后确定巷道的掘进断面尺寸。
3.布置巷道内水沟和管线。
4.计算巷道掘进工程量和材料消耗量。
5.绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道掘进工程量和材料消耗表。
6.根据设计的断面图，编制爆破作业图表。包括爆破原始条件，三个方向的炮眼布置图、爆破参数、预期爆破效果表。
设计要求：
1. 在规定的时间内认真、独立地完成计算、绘图、编写说明书等全部工作。作到分析论证清楚、论据确凿，并积极采用切实可行的先进技术，力争使设计成果达到较高水平。
2. 要通过计算确定的，必须有必要的计算步骤和过程。要参照有关规范和经验确定的，请说明确定理由。设计参照依据：《煤矿安全规程》、《煤矿井巷工程质量验收规范》、《煤矿巷道断面和交岔点设计规范》、《煤矿矿井采矿设计手册》、《井巷工程》东兆星等．徐州：中国矿业大学出版社，2009。
3.说明书用稿纸手写，要求字迹工整，内容完整，表格要用统一编号和表头。图纸绘制用CAD，绘图比例用1：50，打印输出比例为1：1，纸型为A4。图纸格式要求按示例一，示例二；线型、线宽及图例，参照采矿设计手册采矿制图部分要求。
4.提交的设计成果包括：设计说明书及有关图纸（巷道断面施工图，炮眼布置图）。
5.设计时间：2010-2011学年第1学期第17周（0841班、0842班），2010-2011学年第1学期第18周（0921班）。
第一章 巷道断面设计
一、选择巷道断面形状
年产90万吨矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在20年以上，采用900mm规矩的双轨运输大巷，其净宽在3m以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用钢筋砂浆锚杆和喷射混凝土支护，巷道为半圆拱形断面。
二、确定巷道净断面尺寸
（一）确定巷道净宽度B
查表3-2可知ZK10--9/550电机车A1=1360mm、高h=1550mm；1.5t矿车宽1050mm高1150mm。
根据《煤矿安全规程》，取巷道人行侧道宽840mm，非人行道一侧宽a=400mm。又查表3-3，知本巷双轨中线距离b=1600mm，则两电机车之间的距离为
1600-（1360/2+1360/2）=240mm>200mm
故巷道净宽度B=a1+b+c1=(400+1360/2)+1600+(1360/2+840)=4200mm.
（二）确定巷道拱高 h0
半圆拱形巷道拱高h0=B/2=4200/2=2100mm.半圆拱半径R= h0=2100mm.
（三）确定巷道壁高h3
1．按架线电机车导电弓子要求确定h3
由表6-1-5中半圆形巷道拱高公式得
h3≥h4+hc-
式中，h4为轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》取h4=2000mm；hc为道床总高度。查表3-10,选22kg/m钢轨，再查表3-5得hc =380mm,道渣高度hb=220mm；n为导电弓子距拱璧安全距离，取n=300mm；K为导电弓子宽度之半，K=718/2=359，取K=360mm；b1为轨道中线与巷道中线的距离，b1=B/2-a1=4200/2-1080=1020mm.
故h3≥2000+380-=1225mm
2．按管道装设要求确定h3
h3≥h5+h7+hb-
式中，h5为渣面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h5=1800mm；h7为管子悬吊件总高度，取h7=900mm；m为导电弓子距管子间距，取m=300mm；D为压气管法兰盘直径，D=335mm；为轨道中线与巷道中线间距，b2=B/2-C1=4200/2-1520=580mm.
故h3≥1800+900+220-=1341mm
3． 按人行道高度要求确定h3
h3≥1800+ hb-
式中，j为距巷道壁的距离。距壁j处的巷道有效壁高不小于1800mm.j≥100mm,一般取j=200mm。
h3≥1800+220-=1125mm
综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高h3=1820mm。则巷道高度 H=h0 + h3 – hb=1820-220+2100=3700mm。
（四） 确定巷道净断面面积S和净周长P
由表3-8得净断面积
S=B（0.39B+h2）
式中，h2为道渣面以上巷道的壁高，h2=h3-hb=120-220=1600mm
故S=4200*（0.39*4200+1600）=13599600mm2=13.6m2
净周长P=2.57B+2h2=2.57*4200+2*1600=13994mm=14.0m.
（五）用风速校核巷道净断面积
查表3-7校核巷道净断面面积值
查表6-1-7，知Vmax=8m/s已知通过大巷风量Q=40m3/s，代入下式
V=Q/S=40/13.6=2.94≤8m/s
设计的大巷断面面积，风速每超过限定，可以使用。

三、确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘金断面尺寸
（一）选择支护参数
采用锚喷支护，根据巷道净宽4.2m、穿过中等稳定岩层、服务年限大于20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螺丝钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度≥700mm，设计锚杆预紧力≥40kN，锚固力≥80kN,锚杆长度2.0m，成方形布置，其间距0.80m×0.80m，托板为8mm厚150mm×150mm的方形钢板。喷射混凝土厚度T1=100mm，分两次喷射，分两次喷射，每次各喷50mm厚。故支护厚度T=T1=100mm。
（二） 道床参数的选择
根据本巷道通过的运输设备，选用22kg/m钢轨，其道床参数hc、hb分别为380mm,200mm,道渣面至轨面高度ha=hc-hb=380-220=160mm.采用钢筋混凝土轨枕。
（三）确定巷道掘进断面尺寸
由表3-7计算式得:
巷道设计掘进宽度B1=B+2T=4200+2*100=4400mm
巷道计算掘进宽度B2=B1+2ð=4400+2*75=4550mm
巷道设计掘进高度H1=H+ hb+T=3400+220+100=3720mm
巷道计算掘进高度 H2=H1+ ð=3720+75=3795mm
巷道设计掘进面积
S1=B1(0.39B1+h3)=4400*(0.39*4400+1820)=15558400mm2取S1=15.6m2
巷道计算掘进面积S2=B2(0.39B2+h3)=4550*（0.39*4550+1820）=16354975mm2取S2=16.4m2
四、布置水沟和管线
已知通过本巷道的水量为160m3/h,现采用水沟坡度0.3%，查表3-12得：水沟深400mm、水沟上下宽均为400mm,水沟净断面积0.16m2 ,水沟掘进断面面积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.
管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道侧，通信电缆挂在管子上方，见图3-11.
五、计算掘进工程量及材料消耗量
由表-7计算公式得：
每米巷道拱与墙计算掘进体积V1==S2*1=16.4*1=16.43
每米巷道墙角计算掘进体积V3=0.2*（T+ ð）*1=0.2*（0.1+0.075）=0.035m3
每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=[1.57（B2-T1）T1+2h3T1]*1=1.063m3
每米巷道墙角喷射材料消耗V4=0.2T1*1=0.2*0.1*1=0.02m3
每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗量）V=V2+V4=1.063+0.02=1.083m3
每米巷道锚杆消耗（仅拱部打锚杆）
N=P1－0.5a/a·aˊ
其中P1———计算锚杆消耗周长，P1=1.57×4.55+2×1.82=10.78
a、 a′———锚杆间距、排距，a=a′=0.8m
故折合量为：N=10.78-0.5×0.8/0.8×0.8=16.22
16.22×[lπ（d/2）2 ρ]=16.22[2.00×3.14×(0.018/2) 2 ×7850 ]=64.77kg
式子 l---锚杆长度，l=2.0m
d---锚杆直径，d=18mm
Ρ ——锚杆材料密度，ρ=7850kg/m3
由于每根锚杆安装2个树脂药卷，则每米巷道树脂药卷消耗：M=2×N=32.44
每排锚杆数为：N×0.8=16.22×0.8=12.97≈13根
每排树脂药卷数：M×0.8=32.44×0.8=25.9≈26根
每米巷道粉刷面积： Sn=1.57×B3+2h2
式中 B3---计算净宽，B3=B2-2T=4.55-2×0.10=3.74m
故 Sn=1.57×4.35+2×1.6=9.1 m2
六、绘制巷道断面施工图、编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表
根据以上技术结果，按1:50比例绘制出巷道断面施工图，并附上工程量及材料消耗量表如下：
运输大巷特征
围
岩
类
型
断面面积
/m2
设计掘进
尺寸/mm
喷
射
厚
度
/mm
锚杆/mm
净
周
长
/m
净面积
设计掘进
宽
高
型式
排列方式
间、排距
锚杆长
直径
ш
13.6
15.6
4400
4020
100
螺纹钢树脂锚喷
方形
800
2000
18
14.0

运输大巷每米工程量及材料消耗
围岩
类型
计算掘进工程量/m3
锚杆
数量
材料消耗/mm
粉刷
面积
/m2
巷道
墙脚
喷射
材料
/ m3
锚杆
钢筋/kg
树脂药卷
/支
ш
16.4
0.035
16.22
1.083
60.77
32.44
10.0

第二章钻眼爆破及炮眼布置
一、炮眼布置
本设计采用直眼三角形掏槽，作为附加自由面，对爆炸应力和爆破方向起集中导向作用，并使受压岩石有必要的碎胀补偿空间，从而提高爆破效果。0.6-0.7
二、爆破参数
炮眼直径一般为35—42mm；采用气腿式凿岩机，炮眼深度一般为1.8—2.5m，此处取值如下表所示；根据岩石坚固系数f=4—6及巷道坡度形状等，炮眼数目如下表所示。
三、装药结构与起爆
装药结构除周边眼、底眼、水沟眼采用间断装药外，其他都采用不间断装药。
根据以上技术结果，按1:50比例绘制出巷道断面施工图，并附上工程量及材料消耗量表如
下：
爆破原始条件

序号
名称
单位
数量
1
掘进断面
m2
16.4
2
岩石普氏系数f
1
4-6
3
工作面瓦斯情况
％
高瓦斯
4
工作面涌水情况
m3/h
160
5
炸药和雷管的类型
ms
2号岩石硝铵炸药，Ⅶ段毫秒雷管

装药量及起爆顺序

眼号
炮眼
名称
眼数
/个
眼深
/m
每个炮眼装药卷数/个
合计
装药结构
起爆顺序
联线方式
卷数/个
重量/kg
1
中线眼
1
2.6
3
3
0．45
反向

2-4
正槽眼
3
2.5
22
66
5．40
反向垫4卷药
Ⅰ
串
5-33
辅助眼
29
2.5
10
290
6．00
反向垫2卷药
Ⅲ
串
34-51
周边眼
18
2.4
拱基线以上2个
24
14.85
反向空气柱
Ⅵ
串
拱基线一下3个
18
3.3
52-58
底眼
7
2.3
8
56
4.5
反向垫4卷药
Ⅴ
串
67
水沟眼
1
2.3
3
3
3．0
反向垫4卷药
Ⅴ
串
合计
59
130．47

460
37．5

预期爆破效果
名称
单位
数量
名称
单位
数量
炮眼利用率

0.85
每米巷道炸药消耗量
Kg/m
20.3
每循环工作面进尺
m
1.84
每循环炮眼总长度
m/循环
130．5
每循环爆破实体岩石
m3
28.63
每立方米岩石雷管消耗量
个/ m3
3.1
炸药消耗量
Kg/m3
1.31
每米巷道雷管消耗量
个/m
35．2

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