井巷工程课程设计

1、课程设计说明：未经本人同意，任何组织和个人不得转载！侵权必究！课程名称：井巷工程课程设计 设计题目：某钼矿罐笼竖井断面、支护和施工设计 学 院：国土资源工程学院 专 业：采矿工程 年 级：2014 学生姓名： 指导教师： 日 期：2016年11月28日2016年12月09日教 务 处 制课 程 设 计 任 务 书 国土资源工程 学院 采矿工程 专业 2014 年级学生姓名： 学号： 课程设计题目： 某钼矿罐笼竖井断面、支护和施工设计 课程设计主要内容：36. 某钼矿竖井为罐笼井，提升高度为500m，多中段提升，选用3#双层双罐笼。年提升量50万t，服务年限30年。井筒穿过的岩石稳固，f=810

2、。井筒内设300mm压风管一条，250mm排水管两条，150mm供水管及放水管各一条，四条动力电缆，三条电信线，并设梯子间。井筒通过的风量150m3。设 计 指 导 教 师 （签字）： 教学基层组织负责人（签字）： 年 月 日目录一竖井断面设计5(一)断面形状的选择5(二)井筒装备的类型、规格和数量的选择51.提升容器52.罐道和罐道梁的型号和尺寸选择53.梯子梁的型号和尺寸选择5(三)井筒净断面尺寸的确定51.竖井断面布置形式52.罐笼布置及其相应尺寸计算63.梯子间的布置及其相应尺寸计算：84.用解析法确定井筒直径：95.验算l 、C3的值11(四)风速校核11(五)井壁厚度及支护形式的确

3、定121.井壁厚度初步选择及支护形式的选择122.井壁横向稳定性验算12(六)管缆布置方式12（七）罐道梁及梯子梁长度计算131.罐道梁长度计算132.梯子梁长度计算14(八)工程量及材料消耗计算15（九）绘制竖井井筒断面图16二竖井井筒施工16（一）井口施工16（二）施工方法17（三）凿岩爆破171.凿岩工作172.竖井掘进爆破18（四）装岩工作23（五）排水与治水231.排水232.治水24（六）井筒施工劳动组织管理及循环图表241.劳动组织242.循环图表24三.成本估算25（一）钢材成本25（二）混凝土成本25（三）炸药费用25（四）动力费用25（五）人员工资支出26（六）总成本26四

4、结束语26五参考文献27一竖井断面设计(一)断面形状的选择竖井井筒断面形状主要有圆形和矩形两种。根据设计题目，服务年限30年。井筒穿过的岩石稳固，f=810。因此选择圆形断面。(二)井筒装备的类型、规格和数量的选择1.提升容器A.提升容器的选择根据设计题目，选提升容器选择罐笼。B.提升容器的规格由设计题目，可知选用3#双层双罐笼。其断面尺寸为22001350 mm2.罐道和罐道梁的型号和尺寸选择罐道是提升容器在井筒中运行时的导向装置，必须有一定的强度和刚度，以减小提升容器的横向摆动。罐道采用经久耐用的钢性罐道，选用槽钢组合罐道，其断面尺寸为180mm1708.5mm。罐梁选用28a号工字钢，其

5、尺寸为hb = 280mm122mm；梯子梁选用14号工字钢，hb=140mm80mm。其中，梯子梁的型号选择是参考网络上的资料，网址为：3.梯子梁的型号和尺寸选择经查阅资料，结合设计情况，梯子梁选用14号工字钢，高宽=140mm80mm。（三）井筒净断面尺寸的确定1.竖井断面布置形式竖井断面布置形式如下图所示（图1）图1 罐笼井布置示意图 2.罐笼布置及其相应尺寸计算（如下图2所示）3#双层双罐笼的型号经查表可知为YMGS-2.2-2：其尺寸为：Lb=2200mm1350mm。可乘人数为14人。查资料，得刚性罐道罐耳尺寸：长宽 = 200mm65mm。图2 罐笼布置及其相应尺寸计算图由图2可

6、得到如下式子：L1=m0+2h+b0L2=m0+2h+b0其中，L1，L2 两相邻罐道梁中心线间距离，mm； m0 罐笼两罐道间的距离, mm，这里有m0 = B +2a+ 2g；B罐笼的宽度，mm，由罐笼型号，取B = 1350 mm；a罐耳的宽度，mm，由上述取a = 65 mm；g罐道卡与罐耳之间的间距, mm ,查资料可知一般取g=10 mm；h罐道的高度，mm ，根据所选型号取, h=180mm； b0罐梁的宽度，mm， 根据28a号工字钢 , 取b0=122 mm则 L1=1350 + 265 + 210 + 2180 + 122 =1982 mm L2=L1= 1350 + 26

7、5 + 210 + 2180 + 122 =1982 mm 3.梯子间的布置及其相应尺寸计算： 梯子间尺寸M、H、J计算方法如下 M的计算M = 600 + 600 + s + a1其中，600 一个梯子孔的宽度，mm; s梯子孔边至3号罐梁的板壁厚度，取77mm; a13号罐梁宽度的一半，mm即 M = 1200 + 77 + 12 122 = 1338 mm H的计算H = 2 （700 + 80）= 1560 mm其中， H 1号和3号梯子梁中心线之间的距离700梯子孔长度，mm；80梯子梁宽度，mm H、J值的计算和确定N = H J其中，N3号梯子梁到井筒中心的距离，mm;J1号梯子

8、梁到井筒中心的距离，mm，一般取300 400 mm；在本次设计中，J取360 mm；于是，有N = H J = 11601260 mm，本次设计N取1200 mm。具体情况如下图3所示图3 梯子间的布置及其相应尺寸计算图4.用解析法确定井筒直径： 用解析法求井筒直径时的几何关系如下图4、图5所示图4 井筒尺寸几何关系图图5 井筒尺寸几何关系图由各构件的平面几何关系建立如下方程，求R、e：(L2 - e + M)2+ N2=R2(e+K)2 +( A2 )2 = (R-1)2其中，e2号罐道梁到井筒中心线间的距离； K右边罐笼外边缘到2号罐梁中心线的距离；K = B + a + g + b02

9、 = 1350 + 65 + 10 + 1222 = 1486 mm； A罐笼的长度, 由罐笼型号，有A = 2200 mm；D 1罐笼最突出部分与井壁间的安全距离,取1=250 mm；R井筒半径，净直径D = 2 R=由于N取1200 mm，则可得： (1982- e + 1338)2+ 12002=R2(e+1486)2 +(22002 )2 = (R-250)2解此方程组，解得R = 2801 mm，e =793 mm则近似净直径D = 2 R = 22801 = 5602 mm = 5.602 m则应按0.5 进级，得：D = 6 m ，即井筒直径取6 m5.验算l 、C3的值A.l

10、值的验算：由以上解析法可知：l = 1 + r 由以上解析法求近似直径可知，1= 250 mm； r为罐笼收缩值，查表可知3#双层双罐笼的r=127 mm； 则l = 1 + r= 250 + 127 = 377 mm 200 mmB.C3值的验算 C3=（R2-J2） - (L2 - e) = (30002-12002 )- (1982- 793)=1560.54 mm 1338 mm经验算，井筒净直径D = 6 m 符合要求。(四)风速校核由公式式中： 通过井筒的风量，,由课程设计题目可知Q =150 m3/s；通过井筒的风速，； 井筒内通风有效断面积，井筒内设梯子间时，； S井筒净断面积

11、，m2 ；梯子间等面积，由以上数据取； 副井井筒允许的最高风速，m/s，经查阅资料可知vmax= 8 m/s；则可得：S = D24 = 3.146.024 = 28.26 m2v = QS0 = 15028.26-2.0 = 5.71m/s 8 m/s 因此上述方法确定的井筒直径满足风速要求。（五）井壁厚度及支护形式的确定1.井壁厚度初步选择及支护形式的选择由设计题目可知，该罐笼井年提升量50万t，服务年限30年。井筒穿过的岩石稳固，f=810。故采用整体浇注混凝土支护。经查阅资料，取井壁厚度T=350 mm。2.井壁横向稳定性验算井壁厚度初选后，要对其进行横向稳定性校核。当不满足稳定性要求

12、时，调整井壁的厚度，直到满足稳定性要求。查阅资料可知，对于混凝土井壁，用如下公式进行校验：L0T 24 L0 =1.82 R0其中， L0井壁的横向换算长度，m； R0井壁截面中心至井筒中心的距离，mm；d井壁厚度,m 则由以上式子，可得：L0T = 1.82R0T = 1.82（3+0.2）0.35 = 16.64 24因此井壁厚度满足横向稳定性要求。(六)管缆布置方式查阅资料，并结合该井具体条件将两条250mm的排水管、一条300mm压风管、一条150mm供水管布置在梯子间左侧格间；剩下的一条150mm放水管和四条动力电缆、三条电信线布置在梯子间右侧较小的格间。具体布置如下图6所示。图6

13、管缆布置图（七）罐道梁及梯子梁长度计算1.罐道梁长度计算罐道梁的净跨长度：罐道梁的净跨长度（用l*表示）为： l *= 2 R2-C 2 其中，R井筒净半径，R= 3000 mm；C每根罐道梁至井筒中心线的距离，mm；而由图4中的井筒尺寸几何关系可得： C1 = L1+ e = 1982 + 793 = 2775 mm； C2 = e = 793 mm； C3 = L2 - e =1982 - 793 =1189 mm；则 l1*= 2R2-C12 = 230002-27752 = 2280 mm l2*= 2R2-C22 = 2R2-e2 = 230002-7932 = 5786 mm l3

14、*= 2R2-C32 = 2R2-(L2 - e)2 = 230002-(1982- 793)2 = 5508 mm上式中l1*、l2*、l3* 分别表示1、2、3号罐道梁的净跨长度。罐道梁的总长度罐道梁的总长度（用 Lp 表示）为： Lp = l*+ 2a 其中，l*罐道梁的净跨长度；a罐道梁埋入井壁的深度，一般取井壁厚度的即a =350 233 mm,为了保证合乎要求，取a = 300 mm。则Lp1= l1*+ 2300 = 2280 + 600 = 2880 mm， 为保证罐道梁埋长合乎要求，故取 Lp1 = 2880 mmLp2= l2*+ 2300 = 5786+600 = 638

15、6 mm，取Lp2= 6400 mmLp3 = l3*+ 2300 = 5508+600 = 6108 mm，取Lp3 = 6150 mm2.梯子梁长度计算梯子梁长度（用 L梯 表示）为： L梯1=（R2-J2） - (L2 - e) = (30002-12002 )- 1982- 793 = 1789 mm L梯2=R2-(N-H2)2 - (L2 - e)=30002-(1200-15602)2 -（1982- 793)=1781 mm L梯3=R2-N2 -（L2 - e）=30002-12002 -（1982- 793）=1560 mm最后取： L梯1 = 2200 mm L梯2 =

16、2100 mm L梯3 = 1900 mm(八)工程量及材料消耗计算l 井筒净周长： P = 2 R =23.1462 = 18.84 ml 井筒净断面：S1 = 14 D2 = 143.14 62= 28.26 m2l 井筒设计掘进断面积：S2 = 14 (D+2d)2 = 143.14(6.0+20.35)2 = 35.52 m2l 每米井筒掘进体积:V1=S21 = 35.521 = 35.52 m3l 每米井筒浇注混泥土消耗量：V2=（ S2-S1）1 =（35.52-28.26）1 = 7.26 m3l 每米井筒罐道梁钢材消耗量估算：查阅资料可知I 28a 型号的工字钢每米为43.4

17、 kg，则结合以上的设计参数可得：1号罐道梁消耗的钢材质量为：m梁1 =43.428800.001 = 125.0 kg2号罐道梁消耗的钢材质量为：m梁2 =43.464000.001 = 277.76 kg3号罐道梁消耗的钢材质量为：m梁3 =43.461500.001 = 266.91 kg经查阅网络资料得知罐道梁层间距取4.168米，由设计题目可知该钼矿竖井提升高度为500m，则整个竖井罐道梁消耗钢材大约为： （125.0 + 277.76 + 266.91）（5004.168） 80335 kg = 80.335 吨则每米井筒罐道梁钢材消耗量大约为：80335 500 = 160.67

18、 kg查阅资料的网址为：l 每米井筒罐道钢材消耗量估算：查阅资料得知槽钢组合罐道单重为59.7 kg/m，一井筒断面内布置四条罐道，所以，每米竖井罐道所需钢材大约为：59.74 = kg =238.8 kgl 每米井筒梯子梁钢材消耗量估算：梯子梁选用14号工字钢，网上查阅资料可知，其单重为16.9 kg/m ,结合以上的设计参数可得：1号梯子梁消耗的钢材质量为：m梯1=16.922000.001 = 37.18 kg2号梯子梁消耗的钢材质量为：m梯2=16.921000.001 = 35.49 kg3号梯子梁消耗的钢材质量为：m梯3=16.919000.001 = 32.11 kg相邻两梯子平

19、台的距离取4.168米，则整个竖井梯子梁所需钢材大约为：（37.19 + 35.49 + 32.11）（ 500 4.168）= 12570 kg =12.57 吨则每米井筒梯子梁钢材消耗量大约为：12570500 = 25.14 kgl 每米井筒水泥用量估算：每立方米混泥土的水泥用量算作300 kg，则每米井筒浇注混泥土消耗的水泥量大约为：3007.26 = 2178 kg 整个井筒的水泥用量大约为：2178500 = 1089000 kg =1089 吨（九）绘制出如下图所示的竖井井筒断面图二竖井井筒施工（一）井口施工本此设计的井口施工采用井圈背板普通施工法。采用人工或抓岩机出土，下掘一小

20、段后即用井圈、背板进行临时支护。掘进一长段后，再由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁。如此循环，直至基岩。设备如下图所示。1-井壁；2-井圈背板；3-模板；4-吊盘；5-混泥土输送管；6-吊桶（二）施工方法该副井的掘砌采用单行作业方式，每月大约掘进70米；除去周末和雨天，每月大约掘进20天，每日进尺大约为3.5米。（三）凿岩爆破凿岩爆破是井筒掘进的重要工序之一。本次罐笼井井筒掘进的具体爆破工序由以下所介绍。1.凿岩工作凿岩设备的选择凿岩在竖井掘进过程中占有重要作用，竖井的掘进速度还和它有关。为满足竖井凿岩爆破钻眼的需求，经过查阅各种资凿岩设备资料，选择使用宣化产六臂伞形 钻架，配置6台南京

21、生产的YGZ-70型导轨式独立回转风动凿岩机，钎杆为中空六角钢B25，长度4.7m，有效推进长度为4.15m；钎头直径采用44mm柱齿钻头。.凿岩的相关要求A凿岩前必须进行“四检查”、“四清除”： a.检查和清除炮烟和残炮； b.检查和清除顶、帮、工作面浮石； c.检查和清除盲炮； d.检查和清除支护的不安全因素；B.凿岩作业时，必须做到“四严禁”：a.严禁打残眼b.严禁打干眼；c.严禁戴手套扶钎子；d.严禁站在凿岩机钎杆下方2.竖井掘进爆破A.爆破器材的选择经查阅资料，此次爆破选用高威力硝铵炸药，药包规格为32 mm200 mm150g ，炸药密度大约为950kg/m3。孔外选用第1毫秒系列

22、延时电雷管，孔内选用非电毫秒导爆管雷管和导爆索起爆。B.爆破参数的确定a.炮孔直径根据上述选取的南京生产的YGZ-70型导轨式独立回转风动凿岩机的型号和参数，选取炮孔直径为42 mm。b.炮孔深度查阅资料可知，炮孔深度主要由以下几点来选取和确定：钻孔机具：以上凿岩机的参数可知，其有效推进长度为4.15m，故炮孔深度要小于4.15 m；掏槽形式：前我国大多采用直孔掏槽，最大孔深为4.4 m；炸药性能：对于药卷直径为32 mm的岩石硝铵炸药，稳定传爆长度一般为1.52.0 m，（相当于2.5 m左右的孔深）。若药卷过长，则会引起爆轰不稳定，甚至拒爆。炮孔深度估算：由公式： l = Ln124nn2

23、n3 其中，l 炮孔深度， m； L计划的月进度，取70 m； n1每循环小时数，取12； n 每月掘进天数，取20； n2循环率，取0.9； n3炮孔利用率，取0.9则上式有：l = Ln124nn2n3 = 701224200.90.9 2.2 m考虑到以上，取最深的炮孔为2.0 m 即2000 mm。c.炸药单耗根据设计题目：井筒穿过的岩石稳固，f=810，考虑到井筒直径，查表取炸药单耗为1.72kg /m3。d.炮孔数目用以下公式进行估算：N = qSn3hG其中，q炸药单耗，kg/m3；S竖井掘进断面积，为6.76.714 = 35.24 m2；h每个药包的长度，m；G每个药包的质量

24、，kg；炮孔平均装药系数，当药包直径为32 mm 时，取0.60.72，这里取0.72于是有N = qSn3hG =1.7235.240.80.20.720.15 80考虑到实际，炮孔数目取72 。C.炮孔布置方式a.掏槽方式的选择和掏槽孔的布置形式根据此次矿山竖井掘进的特点，选用桶形掏槽的方式，圈径选取1.8 m ，掏槽孔数目选8个，较其他炮孔深200 mm,取掏槽孔深为2000 mm。具体布置方式如下图所示b.辅助孔和周边孔的布置辅助孔的布置辅助孔介于掏槽孔和周边孔之间，布置两圈；其中，最后一圈辅助孔与周边孔的圈距取0.7 米。其余辅助孔的圈距分别取0.7和0.8米；取辅助孔深1800 m

25、m。周边孔的布置将周边孔布置在距离井帮150 mm的位置，孔距为0.7米。取周边孔深1800 mm。辅助孔和周边孔的具体布置形式如下图所示c.详细炮孔布置图本次爆破总共布置炮孔72个，分四圈布置。其中，第一圈的圈径为1.8米，布置8个炮孔；第二圈的圈径为3.1米，布置14个炮孔；第三圈的圈径为4.5米，布置20个炮孔；第四圈为周边孔，圈径为5.7米。布置30个炮孔。最深的炮孔为掏槽孔，其深度为2000 mm，其他的炮孔为1800 mm。详细的炮孔布置示意图如下所示。炮孔布置示意图d. 爆破参数表e.装药结构示意图按如下示意图装药，填塞部分用炮泥紧密填塞，防止出现飞石或冲孔。（四）装岩工作爆破后

26、，经过通风与安全检查后就可以进行装岩工作。竖井装岩工作是竖井井筒掘进过程中最繁重和最费力的工序，因此本次竖井掘进设计采用专门的抓岩机，即采用NZQ-0.11型抓岩机。它是我国应用最为广泛的一种小型抓岩机，抓斗容积为0.11m3 ,以压风为动力，由人来操作。在本次爆破设计中采用这种抓岩机，以提高抓岩效率。（五）排水与治水在竖井施工中，地下水的出现常给掘砌工作带来不利的影响，因此，在本次竖井掘进设计中，有排水与治水两个重要环节。1.排水考虑到本次掘进深度大约为500米，因此吊桶排水的方法在这里并不合适，因而采用吊泵排水的方法。当井筒排水深度超过一台吊泵的扬程时，采用接力排水的方式。在排水深度超出吊

27、泵扬程不大时，采用压气泵将工作面的水排至吊盘或临时平台的水箱中，再用吊泵将水排出地面。2.治水采用截水的方法。井筒掘进时沿临时支护段的临水可采用吊盘折页或者用挡水板截住导至井底后排出。（六）井筒施工劳动组织管理及循环图表1.劳动组织该井筒施工项目部应下设经营管理组、工程技术组、物资设备组和生活保障组等。管理和服务人员计划20人，施工人员90人。采用单行作业方式，每日两循环，每循环大约进尺1.7米，每天大约进尺3.5米。2.循环图表如下图所示 三.成本估算（一）钢材成本罐道梁消耗的钢材大约为80.335 吨，罐道钢材消耗量大约为119.4 吨，梯子梁钢材消耗量大约为12.57 吨，则总的钢材大约

28、需要80.335 + 119.4 + 12.57 =212.3 吨，按照设计题目钢材按3500元/吨计算，则钢材成本大约需要3500212.3 = 74.3 万元。（二）混凝土成本整个井筒的水泥用量大约为1089 吨，按照设计题目水泥按400元/吨计算，则水泥成本大约需要1089400 = 43.56 万元。由前面计算，每米井筒浇注混泥土消耗量大约为7.26 m3，则整个井筒大约需要7.26500 = 3630 m3，若砂子和石子的总量分别算作990m3、1800m3，每方砂子算150元，每方石子算作60元，则砂子和石子的成本大约为990150 + 180060 = 25.65 万元,则则混凝

29、土成本为43.56 + 25.65 = 69.21万元，考虑到水的费用，则混凝土成本大约需要75万元。（三）炸药费用由前面的数据和计算可以估算，整个井筒的掘进需要的炸药量大约为 5001.75129.0 = 36857kg 36.86 吨,若炸药按设计题目里的7000元/吨算，则大约需要炸药的费用是36.867000 = 25.8 万元。（四）动力费用由前面的计算可估算井筒掘进时需要提升出去的岩石大约为3.5万吨，则提升这些岩石大约需要的电能是： 3.51000010009.80.5500 = 8.61010 J = 2.4 万度电。考虑到其它地方用电，则大约需要3万度电，若每度电算作0.4元，则大约需要 30.4 =1.2 万元，考虑到其他，则动力费用大约是3万元。（五）人员工资支出若按每月掘进70米算，则500米井筒大约需要掘进7个月，人员工资算作每人6000元/月，则人员工资支出总费用大约为60007110 =462 万元。（六）总成本总成本大