矿建2013级李根孝深井设计

1、土木工程与建筑学院课 程 设 计 说 明 书课程名称： 井巷设计与施工 设计题目：华丰煤矿-1100下山快速掘进及巷道支护设计专业(方向)： 矿井建设 班级 2013 级 设 计 人： 李根孝 指导教师： 李廷春 李为腾 山东科技大学土木工程与建筑学院 2016年07 月 01日指导教师对课程设计评语 指导教师（签章）： 日期： 年 月 日目录1. 原始条件2. 爆破技术影响因素分析3. 爆破参数设计理论（1）岩石爆破破碎原理（2）掏槽腔内爆破碎屑的两相流动原理4. 巷道净断面尺寸（1）7°断面（2）24°断面5. 附图（1）装药顺序及起爆顺序图（2）预期的爆破效果图6.

2、光面爆破技术（1）光面爆破技术的基本原理（2）光面爆破的主要参数（3）光面爆破的优点（4）爆破质量及影响因素7 参考文献1原始条件（1）施工巷道该巷道自六水平矸石井车场原停头处开门，按方位角325°00，0坡度，施工18.7米m；方位、断面保持不变，按7°下山施工17m，然后按下山断面，方位角不变，24°下坡，施工六水平矸石井下山191.77m停。根据设计要求，该通道选用直墙半圆拱断面。车场及7°下山断面： S净 =23.21 m2；24°下山断面： S净 =16.93 m2。（2）躲避硐室（兼作接替排水水仓）下山躲避硐室布置在靠近人行道一侧，

3、每40m留设一个，方位与运矸下山方位垂直，底板水平布置，其规格为：宽×高×深2.6×2.6×2.0m。边坡点处两帮布置信号硐室，其规格为：宽×高×深4×3.5×2.5m。2 爆破技术影响因素分析下山掘进爆破现状及原因分析1. 存在的问题及现状( 1) 目前，我国部分煤矿10 °以上的全岩下山掘进爆破普遍存在矸石堆积于掘进迎头，造成扒矸困难，从而影响施工进度。( 2) 留底现象严重，造成巷道高度不够，断面偏小，需要二次爆破起底，影响巷道掘进进度。( 3) 排水困难，造成掘进工作环境恶劣。( 4) 单次掘进进

4、尺小，炮眼利用率低，岩石较软时，进尺也只能达到1 5 m 左右，岩石硬度达到f = 8以上时，单炮进尺减少到0 8 m 左右1-6。2.原因分析造成上述问题的主要原因主要有以下几个方面:( 1) 掏槽爆破效果差，掏槽眼的布置位置不合理。掏槽眼的位置一般布置在巷道的下部或中部，不利于抛渣。( 2) 起爆顺序布置不合理，一般的起爆顺序都是掏槽眼辅助眼周边眼，这样的起爆顺序容易造成底眼爆破负担大，产生留底现象。( 3) 打眼误差大，实际施工中最大的影响因素就是打眼的水平和质量。如果眼打偏位，爆破技术再先进，也保证不了光爆效果。( 4) 炮眼参数选取不合理，如药量过大或过小，炮眼数目不合理，炮眼深度不

5、合理等。3爆破参数设计理论（1）岩石爆破破碎原理爆破时岩石的破坏是应力波和爆生气体共同作用的结果，它们相辅相成，各自在岩石破坏过程的不同阶段起重要作用。炸药爆炸所激起的冲击波具有极高的压力，此压力远大于岩石的动抗压强度，因此在药包近区造成岩石的“压碎”，在“压碎”区之外冲击波衰减为应力波，应力波促使岩石质点朝远离爆心的方向做径向运动，因此在岩石质点之间产生拉应力，此拉应力大于岩石的动抗压强度，于是便造成径向裂纹。随后爆生气体以较低的压力作用在已“震裂”的岩石上，被“动压”( 冲击波、应力波) 震裂的岩石，其裂纹并没有完全贯通而形成破碎岩块，爆生气体压力虽然较低，但其作用时间较长，它可渗入岩石径

6、向裂纹中，使其尖部的应力强度因子增大而使其向前延伸，最终使各裂纹相互贯通而形成破碎的岩块，能量较大时可将岩块抛掷出去7。( 2) 掏槽腔内爆破碎屑的两相流动原理掏槽眼起爆后，槽腔内的固体小粒子( 粉碎的岩石) 运动速度极大; 这些固体粒子的特性与普通流体相类似; 常把流体中的固体( 伪流体) 和流体( 气体) 作为流体流动问题处理。严格意义上，在掏槽爆破过程中，槽腔内的岩石碎块与爆轰气体混合物不能按流体处理。根据多相流体力学理论，当流体中含有大量固体小颗粒流的时候，如果流体的流动速度足够大，那么这些固体颗粒的特性与普通流体类似，可认为这些固体颗粒为伪流体，在适当条件下，可将这种伪流体问题按流体

7、问题对待。因此，在掏槽爆破中，槽腔内岩石碎快与爆轰气体混合物可视为伪流体，并可按流体处理其抛掷过程，这种伪流体的运动属于两相流动8。槽腔内岩石碎块与爆轰气体混合物为充满于整个槽腔空间没有空隙的连续介质，这种混合物的流动为两相流动，可通过大量固体颗粒的统计平均特性来研点出发，深入研究更为高效的掏槽方式和更加合理的炮眼布置技术。4巷道净断面尺寸（1）车场及7°下山断面： S净 =23.21m2；(1)巷道净宽度的确定：根据净宽度的确定方法：B=a+2A1+c+t 式中：B拱形巷道净宽度，系指直墙内侧的水平距离，m；a非人行道侧的宽度，取a=0.4m； A1运输设备的最大宽度，查表得：A1

8、=1.26m； c人行道的宽度，取c=1.2m；t在双轨运输巷道中，两列对开列车最突出部分之间的距离；取t=0.9m； 计算得：B=0.56+2*1.26+1.5+0.9=5.48m；(2) 巷道净高度的确定： 巷道净高自道碴面至拱顶内缘或锚杆露出长度末端的垂直高度。 H=h0 +h3 -hb式中： H拱形巷道的净高，m； h0拱形巷道的拱高，m，半圆拱为B/2，切圆拱，三心拱为B/3； h3拱形巷道的墙高，m，自巷道底板至拱基线的垂直距离； hb巷道内道碴高度，m，按表取值，一般为0.18m，0.20m。 根据已经计算出来的巷道的净宽度B，可以计算出拱形巷道的拱高h0。已知条件B=5.48m

9、，则h0=B/2=2.74m;墙高h3 的确定：按架线电机车导电弓要求计算 h3 h4 + hc - h4 从轨面起电机车架线高度，取h4 =2.200m ； hc 道床总高度，查表1-4，运输方式及设备为8t的电机车，矿车容积为1t，则轨距为0.6m，钢轨型号为18 kg/m；根据表1-6，确定hc =0.320m，道砟高度hb=0.180m； R半圆拱形巷道半径，R=2.74m； n电机车导电弓顶端两切线交点处与巷道拱璧间的最小安全间距，取n=0.3m； K导电弓宽度之半，取 K=0.36m； b1，b2 轨道中心线与巷道中心线间距，b1=1.43m； b2 =0.63m；计算得h3 =1

10、.32；所以取h3 =2.2。按管道的架设高度要求计算 按导电弓 (双轨) h3 h5 + h7 +hb- h5从道碴面起管道悬吊高度，取值为1.8m； h7管道悬吊件总高，采用锚杆悬吊，取值为0.9m； m导电弓距管道安全间隙，取值为0.3m； D管道接头处最大直径，D=0.315m； hb=0.18m，R=2.74m，K=0.36m，b2=0.63m；计算得h3=0.89m；所以取h3 =3.0m; 按电机车 (双轨) h3h5+h7+hb-h5=1.8 m, h7 =0.9m,hb=0.18m,A1=1.260m,R=2.74m；m1电机车与管道间的安全间距，取m1=0.2m；D=0.3

11、15mm，b2=0.63m；计算得h3=1.02m；所以取h3 =3.0m;按人行高度要求计算按1.8m人行高度要求计算 h3 1.8+hb- hb=0.18m，R=2.74m； j巷道有效净高不小于1.8m处到墙的水平距离，取j=0.2m；计算得h3=1.00m；所以取h3 =3.0m；按1.6m高度人行宽度要求计算（双轨） h3 1.6 + hb- hb=0.18m，R=2.74m，A1=1.26m，b2 =0.63m； c，当运输设备上缘进入巷道拱部范围内时，设备上缘到拱壁间的距离，c，0.8m，取值为0.8m； 计算得h3=0.43m；所以取h3 =3.0m;按设备上缘到拱璧最小安全间

12、距计算 人行侧（双轨） h3 h + hc- h从轨面起车辆的高度，h=1.55m； hc 底板至轨面的高度，hc=0.32m； R=2.74m，c，=0.8m，A1=1.26m，b2 =0.63m； 计算得h3=0.525m；所以取h3 =3.0m； 非人行侧 h3 h + hc- h=1.55m，hc =0.32m，R=2.74m ，A1=1.260m ，b1=1.43m； a，当运输设备上缘进入巷道拱部范围时，设备上缘到拱壁间的距离，a，0.2m，取a，=0.2m； 计算得h3=0.89m；所以取h3 =3.0m；综上计算，根据巷道净断面积为23.21m2的要求，取 h3 =3.0mm.

13、所以巷道掘进断面积为S=B*（0.39B+h2）=23.315m2 从地板起巷道的壁高h3=2.278m道碴面的厚度hb=0.18m从道碴面起壁高h2=2.098m巷道的净宽度B=5.48m巷道设计掘进宽度B1=B+2T=5.68m 锚喷厚度T=0.1m巷道的计算掘进宽度B2=B1+2=5.83m =0.075m巷道的净断面积s净 =23.21m2巷道的设计掘进断面积s1=B1(0.39B1+h3)=25.52m2巷道的计算掘进断面积s2=B2(0.39B2+h3)=26.54m2 （2）24°下山断面： S净 =16.93 m2。（同上） 从地板起巷道的壁高h3=2.020m道碴面

14、的厚度hb=0.18m从道碴面起壁高h2=1.840m巷道的净宽度B=4.54m巷道设计掘进宽度B1=B+2T=4.74m 锚喷厚度T=0.1m巷道的计算掘进宽度B2=B1+2=4.89m =0.075m巷道的净断面积s净 =16.93m2巷道的设计掘进断面积s1=B1(0.39B1+h3)=18.61m2巷道的计算掘进断面积s2=B2(0.39B2+h3)=19.20m21.爆破器材的选择我国目前使用的矿用炸药有硝铵类炸药和含水炸药，硝铵类炸药价格低廉，为煤矿普遍采用。这里选用2号煤矿硝铵炸药，直径为 35mm，质量为200g的药卷，长度为20cm。起爆材料一般采用8号雷管，其中秒延期雷管、

15、半秒延期雷管以及毫秒延期雷管都能满足巷道爆破的起爆要求，在这里选择秒延期雷管。2.炮眼直径 目前国内岩巷掘进均采用直径32mm，35mm两种药卷，钎头的直径为4043mm，所以采用药卷直径和炮眼直径分别为35mm和43mm。炮眼深度 合理的炮眼深度应以高效、高速、低成本、便于组织正规循环业为原则。采用气腿式凿岩机时，炮眼的深度以1.82.5m为宜，眼深超过2.5m后，钻眼的速度明显降低，采用配有高效凿岩机的凿岩台车时，应向深眼发展，一般眼深达到3.0m以上，通常是以月进尺会任务和凿岩设备的能力来确定每一循环炮眼的深度，这里选择炮眼深度为2.2m。（1）车场及7°下山断面 S净 =16

16、.93 m2 1.炮眼数目 炮眼数目可以根据单位炸药消耗量，按下式估算后，再按经验方法确定炮眼数目 N=qSm/ap式中 N炮眼数目 q单位炸药消耗量，kg/m3； S巷道掘进断面积，m2； M每个药卷长度 m； 炮眼利用率；a装药满度系数，即装药长度与炮眼长度之比，一般取0.50.7； P每个药卷的重量，kg取炮眼的数目为79个。2.单位炸药消耗量 根据爆破工程巷道掘进的单位炸药消耗量定额表查的取值为1.68kg/m3 3.工作面炮眼的布置1. 掏槽眼 共布置9个掏槽眼，深度为2.4，24正掏槽眼，510负掏槽眼，布置在巷道中部稍下部。2. 辅助眼 1114辅助眼，1529,三圈眼，3047

17、二圈眼，眼距取600mm。3 .周边眼按轮廓线布置。4857底眼，眼距600mm，5879周边眼，眼距为600mm。3. 联线方式 岩巷掘进一般采用发爆器起爆，所以多采用串联方式，它的联接简单，不易遗漏，便于操作和检查。5.附图：（1）装药顺序及起爆顺序及预期的爆破效果图眼号炮眼名称眼数/个眼深/m装药量起爆顺序连线方式装药结构单孔合计卷数/个长度/m卷数/个质量/kg1中心眼12.6330.6II串联连续反向装药24正槽眼32.4121.05367.2511副槽眼82.4110.758817.61214辅助眼32.3100.753041529三圈眼152.390.30135273047二圈眼

18、182.380.3014428.8V4857底眼102.48 0.758016VI5879周边眼222.2拱基线以上20.3306VII拱基线以下30.45183.6合计79181.2564110.8预期的爆破效果名称单位数量名称单位数量炮眼利用率0.85每米巷道炸药消耗量kg/m56.82每循环工作面进尺 m1.95每循环炮眼总长度m/循环181.2每循环爆破实体岩石 m345.25每立方米岩石雷管消耗量个/m31.75炸药消耗量kg/m32.44每米巷道雷管消耗量个/m40.51（2）24°下山断面： S净 =16.93 m21.炮眼数目 取炮眼的数目为57个单位炸药消耗量 根据

19、爆破工程巷道掘进的单位炸药消耗量定额表查的取值为1.78kg/m32.工作面炮眼的布置1.掏槽眼 共布置5个掏槽眼，深度为2.4，26，布置在巷道中部稍下部。2.辅助眼 79辅助眼，1019,三圈眼，2032二圈眼，眼距取600mm。3 .周边眼按轮廓线布置。3340底眼，眼距600mm，4157周边眼，眼距为600mm。3.联线方式 岩巷掘进一般采用发爆器起爆，所以多采用串联方式，它的联接简单，不易遗漏，便于操作和检查。5.附图：（2）装药顺序及起爆顺序及预期的爆破效果图眼号炮眼名称眼数/个眼深/m装药量起爆顺序连线方式装药结构单孔合计卷数/个长度/m卷数/个质量/kg1中心眼12.6330

20、.6II串联连续反向装药26掏槽眼52.4121.05607.279辅助眼32.3110.75336.61019三圈眼102.390.7590182032二圈眼132.380.3010420.83340底眼82.480.306412.8V4159周边眼192.2拱基线以上20.3306VI拱基线以下30.45183.6合计5775.6402135.4 预期的爆破效果名称单位数量名称单位数量炮眼利用率0.85每米巷道炸药消耗量kg/m38.77每循环工作面进尺 m1.95每循环炮眼总长度m/循环135.4每循环爆破实体岩石 m333.01每立方米岩石雷管消耗量个/m31.79炸药消耗量kg/m3

21、2.30每米巷道雷管消耗量个/m30.266.光面爆破技术分析1.光面爆破技术的基本原理爆破的过程是瞬间发生的，在一个密封的炮孔内其膨胀气体压力可达十万个大气压，其传播速度35 km/s，炮孔周围岩石在受到巨大的压力而破碎，在破碎区以外岩体内产生很大的切向应变和应力。因此，在实际爆破操作中，可以利用其规律，炮孔按照一定距离沿预定的轮廓线进行布置，待装药后使用同一段发雷管起爆，孔与孔之间岩石在爆生压力的作用下，产生拉伸应力，孔间岩石形成裂缝并沿轮廓线贯通，从而达到光面爆破的效果。2.光面爆破的主要参数周边眼间距(E) 、周边眼密集系数( K) 、最小抵抗线( W) 、不耦合系数(D) 和装药集中

22、度()。炮眼深度受开挖面大小的影响，炮眼过深，周边岩石的夹制作用较大，故炮眼深度不宜过大，一般最大炮眼深度取断面宽度( 或高度) 的0.5 0.7 倍。钻孔采用YT 28 风钻，炮眼孔径为42 mm，为克服及减少岩石的夹制作用，除掏槽眼和底眼深度L = 3.7 m 外，其余周边眼、辅助眼等炮孔深度L = 3. 5 m炮眼数量: N = qS /式中: N 为炮眼数量，不包括未装药的空眼; q 为单位炸药消耗量，一般取q = 1.22.4 kg /m3 ; S为开挖段面积( m2 ) ;为装药系数，即装药长度与炮眼长度的比值，暂取0. 7; 为每1 m 药卷的炸药质量( kg/m) 2 号岩石硝

23、铵= 0. 75。即: N = ( 1.2×80.14) /( 0.7×0.75) = 183 个。其中掏槽眼6 个，周边眼46 个，底眼16 个，辅助眼115 个3.光面爆破的优点窗体顶端（1）隧道围岩不产生或很少产生炮震裂缝，保持了围岩完整性，从而增大了围岩自身的承载能力，这为采用锚喷支护创造了有利的条件。光面爆破技术和锚喷技术相结合，进一步增强了锚喷支护的作用，特别是在松软岩层中更能显示这一特点。（2）在裂隙发育的地层中，避免裂隙扩大和产生新的裂缝，提高了围岩的稳定性，能基本清除落石伤人事故，为快速施工提供了有利条件。（3）隧道成型规整，极大地减少了掘进超挖数量和出碴工作量，加快了掘进速度，节省了衬砌材料，提高了施工进度。（4）由于隧道成型规整，凹凸很少，除增强