井巷工程设计报告张辉.doc

河南工程学院
安全工程系
课 程 设 计 报 告

课程名称：井巷工程
姓 名：张 辉
学 号：200910104139
班 级：安全工程0941班

《井巷工程》课程设计任务书
题目：
某煤矿年设计生产能力60万t吨，采用立井开拓方式，属低瓦斯矿井，采用中央分列式通风，井下最大涌水量为400m3/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 180m3/h ，风量为 70m3/h ；采用 ZK7-9/550 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：2011-2012学年第2学期第18周（安全0941班）。
巷道断面及爆破设计
一、巷道断面形状
年产60万t矿井的第二水平东运输大巷，服务年限在25年，采用900mm轨距的双巷运输大巷，其净宽在3m以上，又穿越中等稳定的岩层，故选用螺纹钢树脂锚杆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。
二、双轨直线段的巷道断面
(一) 确定巷道净宽度B
查表3-2知ZK7-9/550电机车宽A1=1360mm、高h=1550mm；1.5t矿车宽1050mm、高1150mm。
根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽c=840mm、非人行道一侧宽a=400mm。又查表3-3知本巷双轨中线距b=1400mm，则两电机车之间距离为
1400－﹙1360／2＋1360／2﹚=40mm<200mm
故巷道净宽度：B=a＋2A1＋c＋t=400＋2×1360＋840＋200=4160mm取4200mm
(二)确定巷道拱高h0
半圆拱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3-7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3-10选30kg/m钢轨，再查表3-5得hc=410mm，道砟高度hb=220mm；
n——导电弓子距拱璧安全间距，取n=300mm；
K——导电弓子宽度之半，K=718／2=359，取K=360mm；
b1——轨道中线与巷道中线间距，b1=B/2－a1=4200／2－1080=1020mm；
故h3≥2000＋410－=1255mm。
2.按管道装设要求确定h3
h3≥h5＋h7＋hb－
式中 h5——道砟面至管子底高度，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；
b2——轨道中线与巷道中线间距，b2=B／2－c1=4200／2－1520=580mm。
故h3≥1800＋900＋220－=1362mm。
3.按人行高度要求确定h3
h3≥1800＋hb－
式中，j为距巷道壁的距离。距墙壁的j处的巷道有效高度不小于1800mm。j≥100mm，一般取j=200mm。
故 h3≥1800＋220－=1126mm。
综上计算，并考虑一定的余量、确定本巷道壁高为h3=1570mm。则巷道高度H=h3－hb＋h0=1570－220＋2100=3450mm。
（四）确定巷道净断面积S和净周长P
由表3-7的净断面积S=B（0.39B＋h2）
式中h2——道砟面以上巷道壁高，h2=h3－hb=1570－220=1350mm
故S=4200（0.39×4200＋1350）=12549600㎜2=12.5㎡。
净周长P=2.57B＋2h2=2.57×4200＋2×1350=13494㎜=13.5m
（五）用风速校核巷道净断面积查表3-9，知vmax=8m/s，已知通过大巷风量Q=70m3/s，代入式（3-6）得 v===5.6＜8m/s
设计的大巷净断面面积，风速没超过规定，可以使用。
（六）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25年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为φ18mm螺纹钢，每空安装两个树脂药卷，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，其间排距0.8m×0.8m，托板为8㎜厚150㎜×150㎜的方形钢板。喷射混凝土层厚T1=100㎜，分两次喷射，每次各喷50㎜厚。故支护厚度T=T1=100mm。
（七）选择道床参数
根据巷道通过的运输设备，已选用30㎏/m钢轨，其道床参数hc、hb分别为410mm和220mm，道砟面至轨面高度ha=hc－hb=410－220=190mm。采用钢筋混凝土轨枕。
（八）确定巷道掘进断面尺寸
由表3-7计算公式得：
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＋2δ=4400＋2×75=4550mm。
巷道设计掘进高度H1=H＋hb＋T=3450＋220＋100=3770mm。
巷道计算掘进高度H2=H1＋δ=3770＋75=3845mm。
巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1＋h3）=4400（0.39×4400＋1570）=14458400㎜2
取S1=14.46㎡。
巷道计算掘进断面面积S2=B2（0.39B2＋h3）=4550（0.39×4550＋1570）=15217475㎜2
取15.22㎡。
三、布置巷道内水沟和管线
已知通过巷道的水量为180m3/h，现采用水沟坡度为3‰,查表3-12得：水沟深450mm、水沟宽500mm，水沟净断面积0.225㎡；水沟掘进断面积0.272㎡，每米水沟盖板用钢筋2.036㎏、混凝土0.0323m3，水沟用混凝土0.152m3。
管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道一侧，通讯电缆在管子上方，见图。
四、计算巷道掘进工程量和材料消耗量
有表3-7计算公式得：
每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S1×1=15.22×1=15.22m3。
每米巷道墙角计算掘进体积V3=0.2（T＋δ）×1=0.2（0.1＋0.075）=0.04m3。
每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2= [1.57（B2－T）T1＋2h3T]×1=[1.57（4.55－0.1）0.1＋2×1.57×0.1]=1.01365m3。
每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T×1=0.2×0.10×1=0.02 m3。
每米巷道喷射材料消耗（不包括损失）V=V2＋V4=1.01365＋0.02=1.03265 m3。
每米巷道锚杆消耗 N =
式中P1——计算锚杆消耗周长，P1=1.57×B2＋2h3=1.57×4.55＋2×1.57=10.28m；
a、 a′——锚杆间距、排距，a=a′=0.8m；
故 N = =15.4375根
折合重量为：14.75×[lπ（）2ρ]=14.75×[2.00×3.14×（）2×7850]=61.644㎏ 式中l——锚杆长度，l=2.0m；
d——锚杆直径，d=18㎜；
ρ——锚杆材料密度，ρ=7850㎏/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=30.875支。
每排锚杆数为：N×0.8=15.4375×0.8=12.35≈13根
每排树脂药卷数;M×0.8=30.875×0.8=24.7≈25支
每米巷道粉刷面积：Sn=1.57B3＋2h2
式中B3——计算净宽，B3=B2－2T=4.55－2×0.1=4.35m。
故Sn=1.57×4.35＋2×1.35=9.53㎡
五、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。

六、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。
（1）爆破工程原始资料。
巷道名称：第二水平东运输大巷；用途：运输；位置：第二水平东；断面形状和尺寸：半圆拱形计算掘进断面面积15.22㎡；穿过岩层性质：中等稳定岩层；地质条件以及瓦斯情况：岩石坚固性系数f=4～6，无瓦斯。
（2）选用的钻眼爆破器材。
炸药、雷管品种：2号岩石硝铵炸药、Ⅷ段毫秒雷管。凿岩机具的型号和性能：气腿式凿岩机，性能好，效率高。
（3）爆破参数的选择与计算。
掏槽方法：菱形掏槽直眼掏槽；炮眼直径：40mm；深度：掏槽眼深度2.2m，辅助眼深度2.0m，周边眼深度2.0m；数目：67；单位耗药量：2.58㎏/m3。
爆破原始条件
序号
名称
单位
数量
1
掘进断面
㎡
15.22
2
岩石普氏系数f

4～6
3
工作面瓦斯情况
％
低瓦斯
4
工作面涌水情况
m3/h
最大涌水量400
5
炸药和雷管的类型

2号岩石硝铵炸药，Ⅷ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
每个炮眼装药量
合计
装药结构
起爆顺序
联线方式
卷数/个
长度/m
装填率/％
卷数/个
重量/㎏
1
中线眼
1
2.2
3
0.5

3
0.45
反向
Ⅱ
串
2～5
掏槽眼
4
2.2
12
2.0
80
48
7.2
反向垫4卷药
Ⅰ
串
6～11
一圈眼
6
2
11
1.8
75
66
9.9
反向垫3卷药
Ⅱ
串
12～13
辅助眼
2
2
10
1.6
70
20
3.0
反向垫2卷药
Ⅲ
串
14～23
二圈眼
10
2
9
1.4
60
90
13.5
反向垫2卷药
Ⅳ
串
24～36
三圈眼
13
2
8
1.2
52
104
15.6
反向垫2卷药
Ⅳ
串
37～48
底眼
12
2
8
1.2
50
96
14.4
反向垫2卷药
Ⅴ
串
49～67
周边眼
19
2
拱基线以上2
0.3

26
3.9
反向空气柱
Ⅵ
串
拱基线下3
0.45

18
2.7
合计
67
135

471
70.65

预期爆破效果
名称
单位
数量
名称
单位
数量
炮眼利用率

0.9
每米巷道炸药消耗量
㎏/m
39.25
每循环工作面进尺
m

1.8
每循环炮眼总长度
m/循环
135
每循环爆破实体岩石
m3
27.4
每立方米岩石雷管消耗量
个/m3
2.45
炸药消耗量
㎏/m3
2.58
每米巷道雷管消耗量
个/m
37.22

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年 月 日