硐室及交岔点设计与施工山科.ppt

1,2019/7/14,井巷工程,第十一章 交岔点及硐室施工,2,2019/7/14,11.3 硐室施工,11.2 交岔点施工,11.1 交岔点与硐室的特点,第十一章 交岔点及硐室施工,3,2019/7/14,11.1 交岔点及硐室施工,交岔点 与巷道相交或分岔地点处的那段巷道。 硐室 位于井底车场，为煤矿井下各种用途服务而开凿的地下空间，如马头门、水泵房、变电所、箕斗装载硐室、翻笼硐室等。 交岔点及硐室的特点： （1）硐室规格尺寸大； （2）工程质量要求高； （3）施工难度大。,4,2019/7/14,11.2 交岔点施工,11.2.1 交岔点类型 11.2.2 道岔的概念 11.2.3 交岔点支护范围、工程量及材料消耗量 11.2.4 交岔点施工 11.2.5 交岔点施工实例,5,2019/7/14,11.2.1 交岔点类型 交岔点是指巷道相交或分岔的地点，其类型如图11-1所 示。,6,2019/7/14,按支护方式不同交岔点可分为简易交岔点和碹岔式交岔点。碹岔式交岔点按结构形式可分为牛鼻子交岔点和穿尖交岔点两类，如图11.2所示。,7,2019/7/14,井下窄轨线路的基本知识,曲线线路 1.最小曲线半径：最小曲线半径R应根据车辆运行速 度V以及车辆轴距SB大小来确定。 1.5m /s，R不小于10 SB； V3.5m /s，R不小于15 SB； 90 R大于（1015） SB 如为列车运行，则应以机车 或矿车的最大轴距来计算，取以 米为单位的整数值。 R常用值：9m、12m、15m、 20m、25m、30m 、35m 、 40m 等。,8,2019/7/14,2曲线的轨距加宽 1）轨距 是指直线线路上两条钢轨轨头内缘之间的距离SP,2）轮距 两车轮轮缘外侧工作边的 距离SW 3）X 轨距、轮距之间的距离，一般为10,9,2019/7/14,4）轨距加宽 图8-52是车辆在直线和曲线线路上运行状态图。,曲线的轨距加宽值,轨距加宽的方法是，外轨不动，将内轨向曲线中心移动,逐渐加宽或逐渐减小的直线段距离（也称缓和线）为d1=（100300）,10,2019/7/14,3.曲线的外轨抬高 当车辆在曲线轨道上运行时，如果内、外轨仍在同一平 面上，由于存在着离心力，作圆周运动的车辆通过车轮轮缘 就要向外轨挤压；增加了钢轨磨损和运行阻力，严重时车辆 就要向外翻或出轨。,图8-54为外轨抬高计算示意图。,外轨抬高的方法是垫厚外轨下面的道渣。值。外轨抬高的渐变段距离d2（100300）h,11,2019/7/14,4双轨曲线线路轨中心距的加宽,当车辆在曲线段运行时，为防止双向行驶的车辆相撞，双轨曲线线路的轨道中心距应适当加宽，如图8-55所示为曲线段车体的外伸 和内移 。,L车辆长度，m； SB车辆轴距，m； R曲线半径，m。,12,2019/7/14,11.2.2 道岔的概念,（1）道岔的构造,道岔的构造如图所示，它主要有岔尖、基本轨、辙岔、护轮轨、转辙器等部件构成。,1岔尖；2基本轨；3辙岔；4护轮轨；5拉杆；6转辙器,道岔是使车辆由一条线路转驶到另一条线路的装置，它是交岔点轨道运输线路连接系统中的基本元件。,13,2019/7/14,14,2019/7/14,（1）岔尖是道岔的最重要的零件，它的作用是引导车辆向主线或岔线运行。 （2）辙岔由岔心和翼轨铆接或焊接而成，其作用是防止矿车掉道，保证乍轮轮缘能顺利通过，并引导车辆行驶方向的一组轨道。 （3）转辙曲线是位于岔尖和辙岔之间的一段曲线。 （4）辙岔岔心角（简称辙岔角）是道岔的最重要参数。用它的半角余切的1/2表示道岔号码M，即,窄轨道岔的号码M分为2、3、4、5和6号五种，按（8-24）式可求得其相应的辙岔角应分别为280420、185530、1415、112516和93138。可见，M越大，越小，道岔曲线半径R和曲线长度就越大，车辆就越平稳。,（5）护轮轨是防止车辆在辙岔上脱轨而设置的一段内轨。,15,2019/7/14,（2）道岔的类型 道岔的类型按其分岔型式可分成单开道岔、对称道岔和渡线道岔三大类型。分别以拼音字母“DK”、“DC”和“DX”表示。巷道交岔点使用的道岔是单开道岔与对称道岔，其技术特征和适用条件见表11-1。,道岔的每一种类型由按规矩和轨型不同共有五个系列，即615、618、624、918和924。其中第一个数字6或9表示轨距为600或900；而后两个数字表示轨型为15kg/m或18kg/m或24kg/m。再接着写横杆连接一位数字，表示道岔号码。再接着写横杆连接一个两位的数值，表示曲率半径。,16,2019/7/14,表11-1 单开、对称道岔技术特征及适用条件,17,2019/7/14,道岔的每一个系列按辙岔号码M和道岔的曲线半径不同 又分成55个型号，如DK615-4-12、DC618-3-12、DX924-4- 1519（左）等。,在线路设计的平面图中，道岔是用计算简图表示的。,图11-2 窄轨道岔结构与计算简图对照图 （a）单开道岔；（b）对称道岔； a辙岔中心至道岔起点的距离；b辙岔中心至道岔终点的距离；L道岔长度,18,2019/7/14,（c）渡线道岔,DX924-4-1519（左）,19,2019/7/14,（3）道岔的选择原则 1）与基本轨的轨距相适应。 2）与基本轨的轨型相适应。 3）与行驶车辆的类别相适应。 4）与行车速度相适应。,20,2019/7/14,1）交岔点支护范围的确定,（1）锚喷支护交岔点属于煤矿井巷工程锚杆、喷浆、喷射 混疑土支护设计试行规范规定的加强支护工程，因此其锚喷参 数应按大断面最大宽度TM选取上限值。分支巷道加强支护的长度，自柱墩起35m(计算时，取为2m)。,（2） 对于砌碹交岔点，巷道净宽度是由小到大渐变的，在巷道宽度变化的长度内，按最大宽度选取拱壁厚度。分支巷道拱壁厚度，按各自的净宽度选取。,（3）柱墩的宽度一般为500mm，长度一般为13m，通常取2m。对光面爆破完整地保留了原岩体的柱墩，可按支护厚度考虑，不另加长度。,11.2.3 交岔点支护范围、工程量及材料消耗量,21,2019/7/14,确定交岔点平面尺寸，就是要定出交岔点扩大断面的起 点和柱墩的位置，即交岔点斜墙的起点至柱墩的长度，定出 交岔点最大断面处的宽度，并计算出交岔点单项工程的长 度。 在设计前，应首先确定各条巷道的断面及主巷与支巷的 关系，并以下述条件作为设计交岔点平面尺寸的已知条件： 所选道岔的a、b、a值，支巷对主巷的转角；各条巷道的净 宽度、B1 、B2、B3及其轨道中心线至柱墩一侧边墙的距离 b1，b2、b3。此外，尚需确定往墩的宽度(一般取500mm)， 轨道的曲率半径R。 交岔点的种类很多，在表8-2中列出了六类交岔点的计算 图和计算公式。,22,2019/7/14,23,2019/7/14,24,2019/7/14,25,2019/7/14,26,2019/7/14,27,2019/7/14,28,2019/7/14,2）交岔点工程量及材料消耗量计算 一种是将交岔点按不同断面分为几个计算段，求出每段 掘进体积，然后相加(包括柱墩)； 另一种是近似计算，其精度能满足工程需要，在施工中 广泛应用，具体算法按下图进行。,（1）体积计算,（2）各种材料的消耗量,（3）柱墩端壁材料消耗量,（4）粉刷面积计算,（5）锚杆数量，金属网面积,29,2019/7/14,11.2.4 交岔点施工,1）稳定围岩交岔点的施工 在稳定和稳定性较好的岩层中，交岔点可采用用全断面一次掘进法，随掘随锚喷或先锚后喷，一次完成。,30,2019/7/14,2）中等稳定围岩交岔点施工 在中等稳定岩层中，或巷道断面较大时，可先将一条巷道掘出，并将边墙先行锚喷，余下周边喷上一层厚3050mm的混凝土或砂浆（岩石条件差对，可加打锚杆)作临时支护，然后回过头来再刷帮挑顶，随即进行锚喷。 采用砌碹支护的交岔点，开始以全断面由主巷向支巷方向掘砌，至断面较大处，改用以小断面向两支巷掘进架设棚式临时支架维护顶板，掘过柱墩端面2m，先将此2 m砌好，然后再回过头来，由小断面向柱墩进行刷砌，最后在岔口封顶并做好柱墩端面(齐脸，迎险)。,31,2019/7/14,3）稳定性较差岩层中的交岔点施工 在稳定性较差的岩层中，可采用先掘砌好柱墩再刷砌扩 大断面部分的方法。,图11.7 稳定性较差岩层中的交岔点的施工顺序 a正向掘进；b反向掘进,32,2019/7/14,4）稳定性差的松软岩层中交岔点的施工 在稳定性差的松软岩层中掘进交岔点时，不允许一次暴露的面积过大，可采用导硐施工法如图11.8所示,图11.8 稳定性差的松软岩层中交岔点导硐法施工顺序 a正向施工法；b反向施工法,33,2019/7/14,11.2.5 交岔点施工实例,1）工程概况 某矿-520m水平井底车场，巷道底板埔设300mm厚的C30混凝土，在混凝土中埋设24kg/m钢轨运输线路，轨距900mm,轨面与巷道底板平齐。 交岔点的结构形式均为牛鼻子交岔点，除煤层中的交岔点采用砌碹支护外，其余均采用锚网喷支护。锚杆采用162300mm树脂锚杆，间排距600mm600mm；金属网采用5mm钢筋焊接，网孔150mm150mm；喷射混凝土强度等级C20，喷厚200mm。 交岔点位置的岩性一般为粉细砂岩，以粉砂岩为主，具水平层理，裂隙发育，局部破碎，围岩稳定性较差。,34,2019/7/14,2）交岔点施工,（1）正向施工 根据顶板的破碎程度，选用无顶后底的正台阶法施工（图11.9a）施工顺序为；如果顶板破碎，则将顶板一分为二，先施工其中一侧，然后再施工另一侧，采用一掘一支多次成巷的施工方式（图11.9b），施工顺序为I ；遇到断面大而顶板破碎情况时，则将顶板一分为三，先施工中间导硐，然后再施工两侧（图11. 9c）。,（2）反向施工 当采用反向施工时，无沿主巷施工至斜墙起点，然后再登矸挑顶刷大断面，最后施工分支巷，仍采用一掘一支多次成巷的施工方法。,35,2019/7/14,井底车场号交岔点（图11.10）长度为25. 39m，其中变断面的长度为17.39m，最大断面掘进宽度10.42m，掘进高度6.31m，掘进断面53.8，最小解决断面17.2。该交岔点经过的岩层主要为3下煤层的顶板灰黑色黏土岩、泥岩、粉细砂岩和3下煤层煤等。围岩的稳定性为 级，采用锚网喷支护。,该交岔点采用正向施工法。施工时先从斜墙起点开始向牛鼻子施工，逐步扩大和挑高断面。因断面大，采用分层施工法，先拱后墙，并根据断面的变化情况，将整个变断面处分为，三个阶段(图11.11)。在第阶段中，由于断面跨度不太大，上分层采用图11. 9a所示的做法，在打眼后一次起爆，然后进行及时支护；在第阶段中，由于跨度加大，于是采用图11. 9b所示的做法，将上分层分两次爆破和两次支护，即其中一半爆破后，及时进行锚网喷支护，然后再施工另一半；在第阶段中，由于上分层的断面宽度很大，因此，采用图11.9c所示的做法，分三次爆破和支护。,36,2019/7/14,37,2019/7/14,11.3 硐室施工,硐室特点 1硐室的断面大而且变化多，长度则比较短，使得大 型施工机械在此施展。 2硐室往往与其他硐室、巷道相毗连，加之硐室本身 结构复杂，故其受力状态比较复杂且不易准确分析，施工难 度较大，若围岩稳定性差，则更须注意施工安全。 3硐室的服务年限长，工程质量要求高，不少硐室还 要浇筑机电设备的基础、预留管线沟槽、安设起重梁等，故 施工时要精心安排，确保工程规格和质量。,井巷工程中，断面尺寸比一般巷道或井筒大的工程称为硐室。,38,2019/7/14,11.3.1 巷道硐室施工方法,（1）全断面施工法,全断面施工法是按硐室的设计掘进断面一次将硐室掘出，与巷道施工方法基本相同。有时因硐室较高，打顶部炮眼比较困难，全断面可实行多次打眼和爆破，即先在硐室断面的下部打眼爆破，暂不出矸，站在虚矸堆上再打硐室断面的上部炮眼，爆破后清除部分矸石，随之进行临时支护，然后再清除全部矸石并支护两帮，从而完成一个掘进循环。根据硐室的长度和断面大小等施工条件，可采用掘砌单行作业或平行作业等作业方式。,这种施工方法，常用于围岩稳定，断面不是特别大的硐室。全断面一次掘进硐室的高度，以不超过45m为宜。,39,2019/7/14,1两侧导硐施工法 两侧导硐施工法，是在松软破碎岩层中采用的一种安全 有效的施工方法。这种方法是从硐室底板开始，在两侧墙部 超前开掘两个小导硐，逐步向上扩大(如下图所示)。,（2）导硐施工法 这种施工方法多用于松软破碎地带，在稳定岩层中施工 特大断面(如50)的硐室时也可采用。,40,2019/7/14,2中央下导硐施工法,当硐室采用锚喷支护时，用中央下导硐(图8-43)，先挑顶 后开帮的顺序施工。 砌碹支护的硐室，适用中央下导硐先开帮后挑顶的顺序施工（8-44）。,41,2019/7/14,3顶部导硐施工法 此法施工顺序如图8-46所示。先掘顶部导硐1，超前5m 用以探明地质情况，随之卧底2，再落后15m左右开帮3。此 时整个拱部已经掘出，便可进行拱部的锚喷或砌碹4。然后 再卧中心底部5。最后刷帮6与砌墙7。,42,2019/7/14,（3）分层施工法,1正台阶工作面(下行分层)施工法,根据硐室的全高，整个断面可分为23层，每层的高度以1.82.0m为宜，最大不要超过3m。,分层施工法是将硐室沿其高度分为几个分层，采用自上向下或自下向上分层施工，以便于操作的施上作业方法。分层施工法一般适用于围岩稳定或中等稳定、断面较大的硐室。,43,2019/7/14,2倒台阶工作面(上行分层)施工法,正台阶工作面施工法比较安全可靠；倒台阶法挑顶爆 破效率高，装岩方便。两者都适用于围岩比较稳定、整体 性比较好的岩层。其中先拱后墙下行分层法的适应范围更广，在较松软的岩层中也可应用。,44,2019/7/14,11.3.2 井筒硐室施工方法,（1）马头门的施工方法,1当井筒掘进到马头门上方510m 处，暂停掘进，先将上段井壁砌好。 2井筒继续下掘，可以随井筒同时 将马头门掘出，也可以将井筒一次掘够深 度或只掘至马头门下方的混凝土壁圈处。 3由下向上砌筑井壁至马头门的底 板高处。 4逐段施工马头门。,井筒硐室有马头门和箕斗装载载室，它们是煤矿井底车场与副井、主井井筒直接相连的两个主要硐室。,45,2019/7/14,当马头门处围岩比较坚硬 稳定时，掘进时可以用锚喷作 为临时支护。为加快马头门施工的速度，可安排与井筒同时 自上而下施工。图11-18。,46,2019/7/14,（2）箕斗装载硐室施工 1）箕斗装载硐室与井筒同时施工 2）箕斗装载硐室与井筒顺序施工 3）箕斗装载硐室与主井井口永久 建筑平行施工。,马头门与井筒顺序施工是指先掘砌完整个井筒，再返上来施工马头门。顺序施工最突出的优点是马头门施工不占用井筒施工工期，使井筒可提前到底。后期的马头门施工，也可能和其他工程平行。,1）箕斗装载硐室与井筒同时施工,47,2019/7/14,当井筒掘至硐室上方4-6m处时停止掘进，并将上段井壁砌好，再继续下掘井筒至硐室位置。若围岩比较稳定，则井筒工作面与硐室工作面错开一茬炮的高度(1.5-2.0m)，如图11. 19a所示，同时自上而下分层施工，并保持井筒工作面始终超前。若围岩稳定性差，硐室各分层可与井筒交替施工，如图11.19b所示。硐室爆破下来的矸石扒放到井筒中装提出井。,这种施工方法具有充分利用凿井设备进行硐室施工，效率高、进度快、安全性好和硐室施工前的准备工作较少的优点，但是硐室施工占用了井筒工期，拖延了井筒到底的时间。,48,2019/7/14,2）箕斗装载硐室与井筒顺序施工,施工顺序是，待井筒施工到底后，再开始箕斗装载硐室 的施工。当井筒掘砌到硐室位置时，除硐口范围预留外，其 他井筒部分全部砌