矿山工程规划与设计课程设计

1、中国矿业大学力学与建筑工程学院矿山工程规划与设计课程设计 第15页2013 2014学年第一学期矿山工程规划与设计课程设计说明书学 院： 力学与建筑工程 班 级： 土木2010-10 姓 名： 祁晓强 学 号： 02110502 指导教师： 刘志强 中国矿业大学二一四年一月前 言在国际、国内政治经济形势动荡复杂多变、经济复苏乏力的大背景下，我国煤炭工业重点转向深化改革和结构调整，煤炭工业发展将呈现“逐步企稳、供应宽松”的态势。中国煤炭工业将在调整中逐渐积聚复苏力量，逐渐呈现震荡中缓慢回升态势。2013年，受宏观经济影响、煤炭产量持续增长、煤炭市场波动不稳及新能源快速发展的影响，煤矿安全风险加大

2、，煤矿安全生产面临着更为严峻的形势。我国煤矿安全基础薄弱，煤炭工业健康发展、科学发展、安全发展将面临更为严峻的挑战。煤矿的安全不是单方面的，而是受很多因素制约的，除了安全生产外，矿井的前期设计是占主导地位的，其中巷道断面的设计与巷道交叉点的设计是非常重要的，巷道是井下生产的动脉，断面设计的是否合理，将直接影响煤矿生产的安全经济效益，然而，为了适应矿体的变化或低脂田间的特殊要求，大部分巷道是直的，有些区段则是弯曲的。两条巷道相交处或一条巷道分岔处，则又构成不同的类型的巷道交岔点。本设计将依靠矿山工程规划与设计的基本理论知识，将对以下两个案例进行设计，第一部分是巷道断面设计，将从巷道的断面形状的选

3、择到确定巷道的净断面尺寸，进行风速的验算，然后根据支架参数和道床参数计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许的超挖值求算出巷道的计算掘进断面尺寸，最后布置水沟和管缆、绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量以及材料消耗一览表；第二部分是巷道交岔点，将从曲线半径的选择、道岔型号、交岔点断面形状等计算弯道中心到基本轨中心线的垂直距离、基本轨起点至垂线距离、弯道转角、交叉点最大宽度、斜墙水平距离、交岔点长度和斜墙起点至基本轨起点间距等，然后确定断面尺寸，最后计算出工程量极材料消耗、绘制交叉点施工图。在做此设计的过程中，参考引用了一些公开出版、发表的论文，谨向这些作者表示衷心的感谢。 设计者2

4、014年1月目 录第一部分 巷道断面设计41.1. 巷道断面选择 41.2. 确定断面尺寸51.2.1. 确定巷道净宽度51.2.2 确定巷道拱高51.2.3 确定巷道壁高51.2.4 确定巷道净断面面积和净周长61.2.5 用风速校核巷道净断面积71.2.6 选择支架参数71.2.7 确定巷道掘进断面尺寸71.2.8 布置巷道内水沟和管线71.3. 计算巷道掘进工程量及材料消耗量81.4. 绘制巷道断面施工图、编制航道特征表盒每米巷道掘进工程量及材料消耗表9第二部分 巷道交岔点设计92.1. 设计交岔点平面尺寸92.2. 设计交岔点墙高112.3. 交岔点各段尺寸表 122.4. 计算工程量

5、、材料消耗量及绘制交岔点施工图13设计条件某煤矿，设计生产能力为3Mt/年，服务年限为65年。采用立井开拓、单水平、上下山开拓。地面标高+38m，生产水平为650m，属地沼气矿井。通风方式为中央并列式通风，井下最大涌水量为400m³/h，通过第一水平东运输大巷的流水量为200m³/h，风量为40m³/s；采用ZK7-9/550电机车牵引1.5t矿车运输。内设108压风管和59供水管各一路，另设动力、照明、通讯和信号电缆各一路。大巷中间有一单轨分岔道与之相连（单轨巷道宽2860mm，其中为1330mm）,并成交角，交岔点处在不稳定岩层中，试设计大巷断面及交岔点。第一

6、部分 巷道断面设计道断面设计是矿井开采设计中的一个重要组成部分，贯穿矿井服务年限，属于施工图设计的范畴。设计的航道断面直接作为井下巷道施工的依据，也是进行井下工程概率预算的依据。巷道断面的设计原则是：在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，取得最佳的经济效果。一、 巷道断面形状选择断面形状使用条件半圆拱形目前开拓，准备巷道，而硐室普遍采用的断面形状，躲在顶压大侧压小，无底鼓得条件下使用。圆弧拱形由于光爆锚喷支护的推广，拱部成型好，施工方便，多用于准备巷道。当跨度较大时，较半圆拱形断面利用率高。三心拱形与半圆拱形相比，拱顶承压能力差，但断面利用率高，适用于围堰坚硬的开拓巷道，上下

7、山和硐室。梯 形顶板暴露面积较矩形小，可减少顶压，能承受稍大的侧压，多用于采区巷道 矩 形断面利用较高，多用于顶压，侧压都较小，维护时间不长的回采巷道 椭圆形当巷道四周压力很大，且分部不均匀时，更具顶压和侧压的大小，采用竖直或水平布置圆 形围岩松软，四周压力均较大用其他形状不能抵抗围岩压力时采用表1-1 巷道断面形状及其适用条件年产量为3Mt/年矿井的第一水平运输大巷，服务年限为65年，采用900mm轨距双轨道运输大巷，其净断面宽在3m以上，因为大巷在不稳定岩层中，所以根据表1-1选择树脂锚杆支护与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。二、 确定断面尺寸图1-1 巷道净断面尺寸计算简图（一） 确定巷道

8、净宽度查表4-4（矿山规划与设计试用讲义）可知，ZK7-9/550电机车宽=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1-2（井巷工程简明教程，P5）知本巷双轨中线距b=1600mm，则两电机车之间距离为1600-（1360/2+1360/2）=240mm>200mm故巷道净宽度为 =+=(400+1360/2)+1600+(1360/2+840) 1080+1600+1520=4200mm（二） 确定巷道拱高半圆拱形巷道拱高=/2=4200/2=2100mm。半圆拱半

9、径R=2100mm。（三） 确定巷道壁高1.按架线电机车导电弓子要求确定由表1-13（井巷工程简明教程 ，P16）中半圆拱形巷道壁高公式得 （式3-1）式中 -轨面起电机架线高度，按煤矿安全规程取=2000mm； -道床总高度。查表1-7（井巷工程简明教程，P9）选用24Kg/m钢轨，再查表1-9（井巷工程简明教程，P10）得=360mm。道渣高度=200mm； -导电弓子距拱壁安全间距，取=300mm； -导电弓子宽度之半，=718/2=359，取=360mm； -导轨中线与巷道中线间距，=/2-=4200/2-1080=1020mm。故 2000+360- = 1204mm 2.按管道设计

10、要求确定 （式3-2） 式中 -渣面至管子底高度，按煤矿安全规程取 =1800mm； -管子悬吊件总高度，取=900mm； -导电弓子距管子间距，取=300mm； -压气管法兰盘直径，=220mm； -轨道中线与巷道中线距离，=/2-=4200/2-1520=580mm 故 1800+900+200-=1291mm 3.按人行高度要求确定1800+- （式3-3）式中 -间距处的巷道有效高度应不小于1800mm。100mm，一般取=200mm。故 1800+200-=1106mm综上所述，并考虑一定的雨量、确定本巷道壁高为=1500mm。则巷道净高度=-+=1500-200+1800=3100

11、mm(四)确定巷道净断面面积和净周长查表1-10（井巷工程简明教程，P11）得净断面面积= （式4-1）式中 -渣面以上巷道壁高，=1500-200=1300mm故 4200（0.39×4200+1300）=12339600=12.3 净周长 =2.57×4200+2×1300=13.4m（五）用风速校核巷道净断面积用式 （式5-1）式中 -通过该巷道的风速，； -根据设计要求通过该巷道的风量，； -巷道净断面积，； -该巷道允许通过的最大风速，按表4-3（矿山工程规划与设计试用讲 义）确定，。校核巷道净断面积，已知，代入式（5-1）得设计的巷道断面积，风速没有超

12、过规定，可以使用。（六）选择支架参数根据本行到通过的运输设备，已选用24Kg/m的钢轨，其道床参数mm、mm，渣面至轨面高度mm。采用钢筋混凝土轨枕。（七）确定巷道掘进断面尺寸由表1-10（井巷工程简明教程，P11）得出：巷道设计掘进高度=3100+200+100=3400mm巷道计算掘进高度=3400+75=3475mm巷道设计掘进宽度=4200+2×100=4400mm巷道计算掘进宽度=4400+2×75=4550mm巷道设计掘进面积=4400（0.39×4400+1500）=14.2巷道计算掘进面积=4550（0.39×4550+1500）=14.

13、9(八)布置巷道内水沟和管线已知通过本巷道的水量为200，现采水沟坡度5，查表4-3（矿山工程规划与设计试用讲义）得水沟深400mm，水沟宽400mm，水沟净断面积0.16，水沟掘进断面积0.203，每米水沟盖板用钢筋1.633Kg，混凝土0.0276 ，水沟用混凝土0.133 管道布置在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道一侧，通信电缆挂在管道上方。三、计算巷道掘进工程量及材料消耗量由表1-10（井巷工程简明教程，P11）得出：每米巷道拱与墙计算掘进体积=14.9×1=14.9每米巷道墙角计算掘进体积=0.2×（100+75）=0.035每米巷道拱与墙喷射材料消耗=1.57（

14、4.550-0.1）×0.1+2×1.5×0.1=1.0 每米巷道墙角喷射材料消耗=0.2×0.1=0.02每米巷道喷射材料消耗（不含损失）=1.0+0.02=1.02每米巷道锚杆消耗（仅拱部打锚杆） （式6-1）式中 -计算锚杆消耗周长=1.57=1.57×4.550=7.1m 、-锚杆间距、排距，=0.7m，故/（2）=7.1/(2×0.7)=5.07，取/（2）=5故代入（式6-1）得 =（2×5+1）/0.7=15.7根16根折合重量 = （式6-3） 式中 -锚杆有效长度，=1.4m，0.1为锚杆露出长度； -锚杆

15、直径，=0.016mm； -锚杆材料容重，=7850Kg/故，代入式（6-3）中，得=16×=37.9Kg每米航道锚杆树脂药卷消耗量：16×2=32个每米巷道粉刷面积 （式6-3）式中 -计算净宽度，=-2=4.550-2×0.1=4.350故，代入式（6-3）得 ×4.350+2×1.3=9.4四、绘制巷道断面施工图、编制航道特征表盒每米巷道掘进工程量及材料消耗表根据以上计算结果，按1：50比例会车行道断面图，并附上工程量及材料消耗表1-2及表1-3.这些施工图表发至施工单位、作为指导施工的设计依据围岩类别断面，设计掘进尺寸，mm喷射厚度mm

16、锚杆，mm净周长m净设计掘进宽高型式外露长度排列方式间排距锚杆长直径12.314.244003400100树脂100方形70015001613.4表1-2 运输大巷特征围岩类别计算掘进工程量，锚杆数量，根材料消耗粉刷面积巷道墙脚喷射材料锚杆钢筋，Kg树脂药卷14.90.035161.0237.9329.4表1-3 运输大巷每米工程量及材料消耗第二部分 巷道交岔点设计根据上述条件，主巷道是双轨单人行道，因而交岔点内不再加宽，交岔点内支巷选用标准设计中的曲线段断面。参考标准断面图册，决定选取mm、1080mm；=2860mm、mm。因为交岔点处在不稳定岩层中，故采用锚喷支护，各断面喷射混凝土厚度为

17、T=150，该道岔基本轨线路轨距900mm，行车速度1.5m/s至3.5m/s, 巷道转角为70°。选择平曲线半径R=15000，道岔及主要参数见表格2-1。道岔型号辙叉角（）DK924-4-1514°1537264674表2-1 道岔主要参数一、设计交岔点平面尺寸点位置距离基本轨起点的横轴长度：3726+4674cos14°15-15000sin14°15=4564mm点位置距离基本轨起点的纵轴长度：=15000 cos14°15+4674 sin14°15=15689mm线与点到主巷中心线的垂线夹角：=30°42sin

18、=4564+（15000+1330-2860）sin30°42=11441mm2860sin30°42=1460mm=2860cos30°42+500+4200=7159mm=7306mm斜墙的斜率：=（7159-4200）/11441=0.2586，取=0.25则斜墙的起点及交岔点扩大面部分的长度： =（7159-4200）/0.25=11836mm变断面的起点至基本轨的距离： =11441-11836=-395mm =11836+1460=13296mm基本轨起点至柱墙面的距离： =11441+1460=12901mm交岔点的计算长度： +2000=12901

19、+2000=14901设计要求支行对主巷的转角为70°，故从道岔起的弯道转角为=70°-14°15=55°45弯道的长度：=15000×55°45×3.1416÷180°=14595mm 二、设计交岔点墙高-断面自底板起的墙高为1500mm；在断面出的墙高定为1200mm，故墙降低的斜率为： =（1500-1200）/11836=0.025即每米墙的降低值为25mm断面墙高定为1200mm，是否合理，尚需检验1.按架线要求却定墙高=+- （式2-1）式中 -自轨面起至电机车架线高度，取2200mm；-底板

20、至轨面高度，取360mm；-半圆拱半径，=7306/2=3653mm；-电机车导电弓子宽度之半，取360mm；-导电弓子边缘至拱壁安全间隙，200mm，取300mm；-轨道中线与巷道中线距离，支巷-断面处轨道中线至拱壁距离最小，且其值与断面值相近，故用该值进行验算。=-（）=3653-2860+1330=2123mm故将上述值代入式（2-1）得=2200+320-=267mm2.安装设管道要求确定墙高=+- （式2-2）式中 -管子距渣面高度，取1800mm；-管子悬吊件总高，取900mm；-底板至渣面高度，取200mm；-导电弓子距管子的安全间隙，取300mm；-管子直径，取200mm；-断

21、面人行道一侧轨道中线与巷道中线距离。=/2-（）=3653-4200+1080=1627mm故将上述值代入式（2-2）中得=1800+900+200-=135mm3.按行人要求确定墙高稼轩电机车运输巷，此项不需验算。由以上验算可知，原定、处墙高1200mm能满足安全需求。交岔点墙的基础的深度：水沟一侧为500mm；另一侧为250mm；值为零。三、交岔点各段尺寸表中间断面净宽按下式计算 （式3-1）中间断面拱高按下式计算 （式3-2） 断面号净宽/mm渣面起墙高/mm拱高/mm全高/mm壁厚/mm14200150021003600150244501475222537001503470014502

22、35038001504495014252475390015055200140026004000150654501375272541001507570013502850420015085950132529754300150962001300310044001501064501275322545001501167001250335046001501269501225347547001507200120036004800150表格3-2 交岔点各段尺寸表支巷为单轨巷道，其断面尺寸的确定与主巷断面尺寸确定相似，支巷断面尺寸图表格3-3。 净宽度B/mm拱高/mm/mm渣面起墙高/mm掘进宽度/mm掘进

23、高度/mm286014301330120031602980表格3-3 支巷段面尺寸表四、计算工程量、材料消耗量及绘制交岔点施工图1.体积计算（工程量） （式4-2）式中 -分别为-、-、-、T-M断面处的净断面积； -断面变化长度，=+=11836+1460=13296mm；-支行延伸长度，取2000mm；-涉及起点至斜墙起点，= -395mm。（1） 交岔点净体积各断面处净面积：=12.3；=（0.39+）=2860×（0.39×2860+1200）=6.6=7306×（0.39×7306+1200）=29.6交岔点净体积=0.4×12.3+13.3×（12.3+29.6）/2+2×（12.3+6.6）=321.4（2） 设计掘进体积各断面处设计掘进体积：=14