井巷工程设计

1、某铅锌矿 -60m 运输大巷断面和支护设计一、 巷道断面形状选择该矿为铅锌矿，并且设计年产量为 80 万 t ，属于中型的冶金矿山，一般来说，其第一水平的运输大巷服务年限较长，又因其穿过中等稳定围岩，故其巷道承受地压较大。因此，根据其年产量、服务年限、承受地压等特点，在此选用拱高 f 0=B0/4 的三心拱形断面， 轨距为 600mm双轨运输线路， 锚喷支护作为永久支护。二、 确定运输大巷尺寸(一) 确定净宽 B0由矿山采矿设计手册·井巷工程卷（以下简称手册）查表 1-3-3 知： ZK10-6/250 电机车长 4500mm、宽 1060mm、高 1600mm、两轨中心距 1400

2、mm，YCC(1.2)矿车长 1900mm、宽 1050mm、高 1200mm、两轨中心距 1350mm，两者相比之下取较大值，故运输设备宽度 b=1060mm，两轨中心距 s=1400mm。又由手册中表 1-3-2 以及表 1-3-1 分别查得，对于冶金矿山，非人行侧安全间隙 b1=300mm，人行道宽度 b2 =800mm。表 1-3-1人行道宽度表（ mm）冶金部门800>8001000800 70010000建材部门8008001000 7001000010000化工部800800100010000表 1-3-2安全间隙表运输设备设备之间与支护之间冶金部门建材部门化工部门冶金部门

3、建材部门化工部门有轨运输300 250 300 300250 300无轨运输 600 600皮带400 400400 400表 1-3-3设备外形尺寸及线路中心距表(mm)运输设备设备外形尺寸轨距中心距长宽高9206001250井下矿用架线式电机车固定式矿车翻转式厢车单侧曲轨侧卸式底卸式1.5t24201090155076214001220900155098060013003t298011501550762145012809001600106060014006t4500123016007621550136090017001060600140010t48001230160076215501360

4、900170014t490013601600170020t7390160017001900YGC0.5(6)1200850100060011506600150085010501150YGC0.7776266003000120012001350YGC1.2776266003000120012001500YGC2.07762YGC4.03700130015507621650900YGC10.07200150015507621800900YFC0.5150085010506001150YFC0.7165098010506001300762YFC1.2900YCC0.71650980105060013

5、00YCC1.21900105012006001350YCC2.03000125013006001550762YCC4.03900140016507621700900YCC6.05000180017007622100900YDC4.03900160016007621900YDC6.05400175016507622050900YDC10.0900故净高度：B0 =b1+b+s+b2=300+1060+1400+800=3560mm将计算出的净宽度按50mm进级，取 B0=3600。(二) 选择道床参数该矿年生产能力 80 万吨，又根据井内运输设备， 查表 1-7 ，选用 24Kg/m钢轨，采用

6、钢筋混凝土轨枕。由表 1-8 查得轨面水平至底板水平之间距离 h6=400mm，道渣层厚度 hd 90mm，此处取 150mm，轨枕高度取 150mm，底板水平到道渣水平之间的距离 h5 =250mm，所以道渣至轨面的高度 h4=h6 -h 5=400-250=150mm.表 1-7运输量与电机车质量、矿车容积、轨距、轨型的一般关系运输量 / 万 t a 1机车质量 /t机车容积 /m3轨距 /mm轨型/ kg m 1<8人推车0.5-0.66008-98-151.5-30.6-1.260012-1515-303-70.7-1.260015-2230-607-101.2-2.060022

7、-3060-10010-142.0-4.0600.76222-30100-20014.10 双轨4.0-6.0762.90030-38200-40014-20.14-20 双6.0-10.0762.90038-43轨>40040-50.20 双轨10.090043.43 以上表 1-8常用钢筋混凝土轨枕规格轨型 /kg · m -1钢筋混凝土轨木轨枕枕h6h5h6h58.9320(260)160(100)300(250)140(100)11.12320(270)160(100)320(260)140(100)153502003201601835020032016022.24.5

8、0400250350200(三) 确定巷道净高度H01. 拱高 f0 及参数。由表 1-10 可知：f0 1 B01 3600 900mm44大圆弧半径R=0.905B0 =3258mm小圆弧半径r=0.173B 0=623mm其示意图如下：表 1-10三心拱断面计算表项目名称单位符号或计算公式从轨面算起电机车（矿车）高mmh度从轨面算起巷道墙高mmh1从道渣面算起巷道墙高mmh2=h 1+h4从底板面算起巷道强高mmh3=h 2+h5电机车架线高度mmH三心拱拱失高度mmf0巷道掘进高度mmH1=h3+f0 +d巷道净宽度单轨mmB0 =a+c=b1+2b+m+b 2双轨mmB0 =a+s+

9、c=b1+2b+m+b 2巷道掘进宽度无充填mmB10=B +2T有充填mmB1 =B0+2T+2 巷道净断面积f0B0/3mmS0(h20.263B0 )B0f0B0/4mmS0(h00.198B0 )B0mmf0B0 / 5S0(h00.159B0 )B0拱部面积f 0B0/3d=Tm2Sd(1.33B01.57d )dd Tm2Sd0.26(3 B1 d2B0T )f 0B0/4d=Tm2Sd(1.22B01.57d )ddTm2Sd0.198(4 B1d2B0T )边墙面积整体式m 2ST=2h 3T喷射混凝土m 2ST=2(h 3+0.1)T基础面积m 2G12)T+(K23-0.0

10、5)S =(K+K+h巷道掘进断面积m 2n050dtS =S +hB+S +S巷道净周长f 0B0/3m2P2.33B02h2f 0B0 /4m2P2.22B02h2f 0B0/5m2P2.16B02h22. 巷道净墙高 h2。按照以下方法来确定：1) 按照电机车架线要求确定。由手册知道电机车架线弓子宽度为 800900mm ，故可取其一半 K=450；由于金属矿山主运输平巷当电压小于 500v 时，架线至轨面高度不低于 1800mm ，故此处架线高度 H=1900mm 。非人行侧线路中心至墙的距离bab12raKrm26238304500.556230.75230

11、0由于 ra K623 830 4500.752 0.55rb1623 300故到点弓子在小圆弧内，h H h(r b )2(r a K )22411900150(623300)2(623830450)21837mm2) 按照管道架设高度要求确定。计算如下：h 1800 h'D(rDb')2(KbDrc)2222121800300300(6233000)2(4503003006231330)22221631mm式中，h管道占用的垂直距离等于压风管和水管直径之和，即 h=200+100=300mm；D 管道法兰盘直径，即D=200+100=300mm 。；b管道法兰盘与支架之间的

12、间隙，由于管道直径为 200mm ，在 150250 之间，由手册知道 b =0； c 在人行道一侧的线路中心至墙的距离，c b2b10608001330mm223) 按照行人要求确定。计算过程如下： h2 1800 r 2 (r 100)218006232(623100)21461mm1837mm ，按 10mm由以上三种情况可知需要将净墙高设计为的倍数向上选取，即净墙高h2 =1840mm 。3. 巷道净高度 H0。计算如下：H0 =f0+ h2=900+1840=2740mm(四)计算巷道净断面积S0 及净周长 P由上面的表 1-10 可知S0 =（h2+0.198B0） B0(1.84

13、0.1983.6)3.69.19m2P=2.22B0 +2h=2.22×3.7+2×1.840=11.894m式中， B0 =B0+2 倍的锚杆外露长度 =3.6+2×0.05=3.700m(五)用风速校核净断面积已知通过第一水平 -60m 运输大巷的风量 Q=28m2/s, 由手册知道允许最高风速 Vm =6m/s （如下表）表 1-6巷道允许最高井巷名称允许最高风速 /m ·s -1专用风井、风硐15专用物料提升井12风桥10提升人员和物料的井筒8运输巷道、采区进风道6采矿场、采准巷道4V= Q283.05m / s 6m / sS09.19满足风速

14、要求，断面选择合理，无需修改断面尺寸(六)初选支架参数f=810 ，属于第 III 类围该围岩属于中等稳定围岩，且坚固系数岩查表 1-8-28 ，可选用 T=50mm 厚的混凝土喷层以及长 1.52.0m 的锚杆进行联合支护（此处锚杆长度暂定为1.6m，选用原理见后面支护设计），选用直径 ? 22 螺纹钢筋作成的砂浆锚杆，锚杆间距 1.0m ，排距 1.0m，锚杆外露长度选为 50mm 。表 1-8-28巷（硐），斜井的锚杆支护设计参数围岩类别B5m5m<B10m不支护50mm 厚喷射混凝土50mm 厚喷射1.80100mm混凝土厚喷射混凝土2.50mm 厚喷射混凝土，设置1.52.0m

15、 长的锚杆1 80100mm1.120150mm厚喷射混凝土厚喷射混凝土，2.50mm 厚喷射必要时配置钢混凝土，设置筋网1.52.0m 长的2.80100mm锚杆厚喷射混凝土，设置 2.02.5m10m<B15m15m<B20m20m<B25m1. 80100mm100150mm120150mm厚喷射混凝土厚钢筋网喷射厚钢筋网喷射2. 50mm 厚喷混凝土，设置混凝土，设置射混凝土，设置2.53.0m 长的3.04.0m 长的2.02.5m 长的锚杆，必要时配锚杆锚杆置钢筋网1.120150mm120150mm150200mm厚喷射混凝土，厚钢筋网喷射厚钢筋网喷射必要时配置

16、钢混凝土，设置混凝土，设置筋网2.53.5m 长的3.04.0m 长的2.80100mm锚杆锚杆厚喷射混凝土，设置 2.03.0m长的锚杆，必要时配置钢筋网100150mm150200mm厚钢筋网喷射厚钢筋网喷射混凝土，设置混凝土，设置2.03.0m 长的3.04.0m 长的锚杆锚杆长的锚杆，必要时配置钢筋网80100mm厚100150mm150200mm喷射混凝土， 设厚钢筋网喷射厚钢筋网喷射置 1.52.0m长混凝土，设置混凝土，设置的锚杆2.02.5m 长的2.53.0m 长的锚杆，必要时采锚杆，必要时采用仰拱用仰拱，120150mm150200mm厚钢筋网喷射厚钢筋网喷射混凝土，设置混

17、凝土，设置1.52.0m 长的2.03.0m 长的锚杆，必要时，锚杆，采用仰采用仰拱拱，必要时加设钢架(七)确定巷道断面尺寸巷道设计掘进宽度（无充填时）B1 为B1=B0+2(T+50)=3600+2 ×(50+50)=3800mm巷道设计掘进高度H1 为H1=H0+h5+T+50=2740+250+50+50=3090mm巷道拱断面积 Sd 为Sd =(1.22B0 +1.57T )T =(1×.322.600+1.57 ×0.1)×0.1=0.4549m 2 式中， T=T+50=100mm.巷道边墙断面积ST 为ST=2(h 3×T )=

18、2(h 2+h5) ×T =2× (1.84+0.25)2× 0.1=0.418m巷道掘进断面积 Sn 为n0dT基=9.19+0.4549+0.388+3.600×0.25=10.93m2S=S+S+S+S三、 水沟设计和管线布置3已知通过此巷道的水量为150m/h ，现采用水沟坡度与巷道坡度相同，即0.3%。查井巷工程教材的表2.12 ，选用锚喷支护的水沟，水沟深400mm，宽 400mm，水沟净断面积 0.16m2，水沟掘进断面积 0.207m2，每米水沟混凝土用量为 0.13m3，盖板混凝土用量 0.03m3。表 2.12 拱形、梯形巷道水沟规格

19、和材料消耗表巷 支流量 / （m 2/h ）净尺寸 /mm断面 /m 2每米材料消耗量道 护坡度深掘水宽 B净盖板类 类H进沟别 别上下钢混凝混凝0.3%0.4%0.5%宽宽筋土土B1B2/Kg/m 3/m 3喷0860970112300350.100.141.330.0220.11锚054664砌096010001233530350.110.131.330.0220.09碹0004966.9喷861797201122400400.160.201.630.0270.13锚2527003363拱 砌9619100212324035450.160.201.630.0270.12形 碹7275400

20、097360大 喷172320532273500450.220.272.030.0320.15巷 锚024982052632砌1973227425445045500.230.272.030.0320.13碹49035000088637喷302334943824500500.250.302.030.0320.16锚743272006631砌3493403445055045550.260.302.030.0320.14碹97581200019605棚07809001002318260.050.14无0.09式00063采 棚7811901310012522300.070.17无0.10区 式865

21、200044梯 棚1181136115222825320.080.19无0.11形 式57810200050棚1572181220233530350.110.23无0.12式43801300062管子按照规定悬吊在人行道一侧上方，电力电缆在非人行道一侧，通讯电缆挂在墙上。如图所示：四、 计算巷道掘进工作量及材料消耗量( 一)每米拱顶巷道所需喷射混凝土材料量。计算如下：V1 =1×(1.22B0 +1.57T -)T(1.22B 0=1×(1.22 ×3.600+1.57 ×0.1)××0.05) ×0.05 =0.2313m

22、 3( 二)每米巷道两墙所需喷射混凝土材料量，计算如下：V2 =2(h 2+h5 )×T×1=2×(1.84+0.25) ×0.05=0.209m 3( 三)每米巷道所需锚杆根数N与充填砂浆 V3。设锚杆轴向距离为1m，径向间距为 1m，则N=11.890.51.011根1.01.0V3(D 2d 2 ) l ' N l4(0.045 20.0222 ) 1.55 11 1.640.033m3式中 D 锚杆孔直径，取45mm ；d 锚杆直径，取 22mm ；l 锚杆孔深度，取1550.( 四)由设计知，每米水沟混凝土用量V4=0.13m3，盖板混

23、凝土用量 0.03m3。五、 绘制巷道断面施工图根据以上设计结果，绘制出巷道断面施工图，如下图所示。六、 编制工程量及材料消耗量表运输大巷特征设计掘进尺寸净断面尺寸 /mm支护厚度 /mm净周/mm长断面 /m 2拱和宽高拱高宽净全高墙厚拱厚墙9.1910.933800309090036002740505011.89工程量及巷道支护材料消耗量计算掘进混凝土材料消耗量 /m3其他材料 /工资量 /m 3根巷道喷拱喷墙填孔水沟盖板水沟锚杆11.670.230.210.040.030.1311七、 锚喷支护设计围岩力学参数：重力密度=25.5KN/m3, 粘聚力 C=1.0 MPa，内摩擦角=40&

24、#176;，埋深 160m 。( 一)求最小计算半径Rc由于坚固系数 f=810 ，查图 1-8-5 得 Kf =0.73B03.8Rc2.6m2K f2 0.73( 二)求最小支护抗力Pimin1. 计算下列系数a1C cot1cot 401.19MPaa2(P01 )(1sin)(25500101601.19106 )(1sin 40 )14.5MPaa3Rc (1sin)255002.6(1sin 40 )3sin13sin 400.026MPa1Aa1a31.190.0260.084a214.5Ba30.0260.002a214.52. 求 M值令 M=0，则 f 1 =A=0.084

25、令 M=1，则 f 1 =A-B=0.084-0.002=0.084在图 1-8-7 上找出 (0,0.084)、(1,0.084),连接此两点的直线交=40 的曲线于某点，此点对应M=0.16MPa ，则°( 三)Pimin =a 3(1-M )=0.026 （×1-0.16） =0.0218MPa根据经验初选支护参数锚杆选用直径 ? 22 螺纹钢筋作成的砂浆锚杆， 锚杆间距 1.0m，排距 1.0m。长度按照 L0.16 0.7 的经验范围 L0.6 ，则r0r0L=0.6×2.6=1.56m.，故取 1.6m。混凝土采用强度等级 C20.(四)计算支护抗力由L0c°°，查图 1-8-9得初始剪切角 =32.5 ，则r00.6 （r =R ）,=40454042522(3457.5)2242剪切区高度 b=2R ccos =2× 2.6 ×32cos.5 =4.39m°剪切区弧长之半 a=. Rc(90) 2.63.14 (90 32.5 ) 2.61m1801801(90)132.5 )28.75锚杆倾角 =(90221. 喷射混凝土抗力喷射混