巷道断面设计课件

1、井巷与隧道工程 Drift & Tunnel Engineering主讲人：任高峰1第1页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程2 第三章 巷道断面设计 3.1 巷道断面形状 3.2 平巷断面尺寸设计 3.3 斜井断面设计 3.4 竖井断面设计 3.5 天井与溜井设计 3.6 马头门设计第2页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程3 3.1 巷道断面形状3.1.1 概述 1）巷道断面设计的重要意义 巷道断面设计，主要是选择巷道断面形状和确定尺寸大小，它是矿山井巷工程设计的一项主要内容。设计出的巷道断面直接作为井下巷道施工的依据，也是进行井巷工程概预算的依据。因此，巷道断面设计合理与

2、否，直接影响矿山生产的安全和经济效益。 2）断面设计的基本原则 在满足安全和使用要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断面，降低造价，便于快速施工。 3）断面设计的内容和步骤第3页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程4 3.1.2 巷道断面形状选择 1）巷道断面形状的类型（图1） 折边形：矩形、梯形、不规则形 曲边形：三心拱形、半圆拱形、圆弧拱形 封闭拱形、椭圆形、圆形 2）各种形状断面的适用性讨论 3.1 巷道断面形状准备开始了第4页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程5 矩形断面利用率高，承载能力低，一般用于顶压、侧压都小，服务年限短的巷道。 3.1 巷道断面形状第5页，共

3、93页。2022/8/19井巷与隧道工程6 梯形的断面利用率较拱形高，但承压性能较拱形差，故梯形断面常用于服务年限不长、断面较小或围岩稳定、地压不大的巷道。 3.1 巷道断面形状第6页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程7 沿矿体走向开掘巷道时，为了不破坏顶板，根据矿体赋存情况，将巷道开成各种不规则形状。 3.1 巷道断面形状第7页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程8 拱形断面则常用于服务年限长（如一、二十年或更长）或围岩不稳定、地压较大的巷道。 3.1 巷道断面形状第8页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程9四周压力都很大且不均匀时，可采用椭圆形；四周压力均匀时，可

4、采用圆形。 3.1 巷道断面形状第9页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程10 在松软或膨胀性大的岩层中开掘巷道，当顶压、侧压都很大时，可采用曲墙拱形（把墙也作成曲线形）；底鼓严重时，可用带底拱的封闭拱形； 3.1 巷道断面形状第10页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程11 木材、金属能抗压、抗弯；石材的抗压强度大，抗弯性能很差，梯形断面常用于木材、金属支架等棚式支架的巷道；拱形断面则常用于砖石、混凝土砌碹或金属拱形支架的巷道。 3.1 巷道断面形状第11页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程12 木棚子可具有较大的可缩性；金属棚子虽可缩性差，但可多次回收复用；而石材

5、支架很难具有可缩性。 3.1 巷道断面形状第12页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程13 受采动影响大的回采巷道、准备巷道、常采用梯形；不受或受采动影响很小的开拓巷道、准备巷道，常采用拱形。 若使用可缩性金属拱形支架，即使是回采巷道也可以采用拱形。 3.1 巷道断面形状第13页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程14第14页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程15常用巷道断面及其适用条件 第15页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程163.1.3 断面形状选择考虑因素一般情况下，作用在巷道上的地压的大小和方向，在选择巷道断面形状时起主要作用。当顶压和侧压均不大

6、时，可选用矩形或梯形断面；当顶压较大、侧压较小时，可选用直墙拱形断面；当顶压、侧压都很大，尤其是有底压时，可采用封闭曲线形断面圆形、马蹄形或椭圆形等封闭式断面，它们的结构稳定，能承受多向压力。巷道的用途和服务年限也是考虑选择断面形状不可缺少的因素。服务年限长达几十年的开拓巷道，采用各种拱形断面比较有利；服务年限短的采准巷道采用梯形、矩形或折线型断面的较多。第16页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程17支护材料和矿区习惯的支护方式也是影响断面形状选择的一个因素。梯形或矩形断面巷道一般采用木支架、钢筋混凝土支架或金属支架支护，一些矿井常用工字钢或废钢轨作为支架材料。为克服矩形断面承受侧压

7、性能差的缺点，我国也有一些矿井采用片石砌墙加钢梁的矩形断面作为主要运输大巷的断面形状。在巷道侧压小、顶板岩石较好的条件下，为避免挑顶破坏顶板的完整性，也可用锚杆支护的梯形、矩形及折线形断面。马蹄形、椭圆形和圆形等断面多采用料石、砌块砌碹或现浇混凝土支护，拱形断面除此之外，多采用锚网喷支护、U形钢支护。3.1.3 断面形状选择考虑因素第17页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程18掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定的影响。目前，岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主导地位，它能适应任何形状的断面。近年来，由于锚喷支护广泛应用，为了简化设计和有利于施工，巷道断面多采用半圆拱和圆

8、弧拱，三心拱逐渐被淘汰。在使用全断面掘进机掘进的岩石平巷中，选用圆形断面无疑更为合适，而断面利用率低就不再视为一个严重的缺点。在需要通风量很大的矿井中，选择通风阻力小的断面形状和支护方式，既有利于安全生产又具有明显经济效益。 3.1.3 断面形状选择考虑因素第18页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程19 3.2 平巷断面尺寸设计 3.2.1 主要尺寸 a）巷道的净高度（H0）; b）巷道的净宽度（0）; c）巷道的净断面积（S）。3.2.2 考虑的主要因素： a）巷道的用途 b）存放或通过的机械，器材或运输设备的数量与规格 c）人行道宽度与各种安全间隙 d）通过巷道的风速第19页，共

9、93页。2022/8/19井巷与隧道工程20 3.2.3 尺寸确定的步骤：a）根据规程、规范和设计因素确定净断面积尺寸。（详见3.2.4）b）进行通风风速验算c）根据支架参数、道床参数、计算出巷道的设计断面 尺寸。d）并按允许加大值（超挖值）计算出巷道的掘进断面 尺寸e）绘图、计算工程量和材料消耗表。 3.2 平巷断面尺寸设计第20页，共93页。3.2.4 平巷断面设计b运输设备的宽度b1运输设备到支架的间隙b2人行道宽度m两对开列车最突出部分间隙F双轨运输线路中心线间距轨距拱高h0墙高h3巷道净高度H0巷道净宽度B0道砟高度h5巷道底板到轨面高度h621第21页，共93页。2022/8/19

10、井巷与隧道工程22 梯形巷道净宽，无运输设备的巷道指巷道净高的12处；有运输设备的巷道，指从巷道道渣面起1.6m的高度内设备外形轮廓的最大尺寸处的宽度。 运输设备的宽度、人行道宽度、运输设备到支架的间隙可查表1-3。 （1）巷道净宽度B0的确定 拱形巷道的净宽度指直墙内侧的水平距离，可以用下面公式计算双轨运输巷道净宽度。 B02b+b1+b2+m （3.1） 或B0b+b1+b2+F （3.2）式中：b运输设备的宽度；b1运输设备到支架的间隙，从表3选取；b2人行道宽度；m两对开列车最突出部分间隙；F双轨运输线路中心线间距，在采区装载点和矿车摘挂钩地点应满足m700mm，在任何情况下均应满足m

11、300mm。 第22页，共93页。车 辆 类 型轨距()外 形 尺 寸宽度()高度()长度()7t或8t架线电机车(或8t蓄电池机车)60010601550450010t架线或8t蓄电池机车9001360155045000.5t矿车600750110015001t 矿车60088011502000YGC1.2（6）（7）762105012003t矿车900132013003450平巷用人车600102014504300无轨胶轮车（牽引車）（英国913BUS）200218808763（美国LS5S14X）260012208700（澳大利亚MPVMK11）236013507100表1 我国电机车与

12、矿车车辆尺寸 23第23页，共93页。人推车无轨运输电机车人车停车处巷道两侧矿车摘挂钩处巷道两侧14t14t80080080080010001000表2 人行道宽度 表3 运输设备到支架的间隙 支 架 材 料砖、石、混凝土及钢筋混凝土砌碹不支护、木支护、及喷锚支护运输设备固定式矿车及小于3.5m3的侧卸式矿车300300大于或等于3.5m3的侧卸式(底卸式)矿车300300350无轨胶轮车30030024第24页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程25运输平巷内一般均应设置人行道，并保证行人安全与方便；双轨运输线路之间及溜矿口(或卸矿口)一侧禁止设置人行道；人行道尽量不穿或少穿线路；在

13、人行道侧敷设管路(架高敷设除外)时，要相应增加人行道宽度。在标准巷道设计中，电机车运输时一般轨距为600mm，两轨道中心线间距F为1300mm；对于采用900mm轨距的双轨巷道，轨道中心线间距F应为1600mm。确定巷道断面尺寸时，可先用上述尺寸设计轨道中心线间距，然后按通过运输设备的最大宽度验算两线路中心距能否满足要求。 （1）巷道净宽度B0的确定第25页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程26在设计曲线巷道时，应考虑车辆由于转弯，车缘外凸增加了车辆计算宽度，巷道需适当加宽，才能满足安全要求。曲线巷道加宽值由内侧加宽值、外侧加宽值和线路中心距加宽值三部分组成。采用电机车运输的曲线巷道

14、，其内侧加宽值取100mm，外侧加宽值和线路中心距加宽值各取200mm。决定巷道宽度虽有上述一些规定，但在设计时还要作具体分析。计算出的平巷净宽度B0，向上化为以50mm为进位的整数。当曲线段加宽时，与曲线段连接的直线段也要加宽，其加宽长度及曲线段加宽值见表4 。运输方式内侧加宽外侧加宽线路中心距加宽直线加宽长度电机车10020020030005000人推车5010010015003500表4 曲线巷道加宽值及直线段加宽长度（mm） （1）巷道净宽度B0的确定第26页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程27有关巷道巷道高度的具体选择如下： 梯形断面巷道 （2）巷道净高度H0的确定 巷道

15、净高度是指道砟面至拱顶内缘（或是梯形巷道顶梁下缘）的垂直距离。巷道的高度必须保证行人的方便及运输的安全。主要运输巷道和主要通风巷道的净高不得低于2m；采区(采场)内的通风巷道、出矿巷道等净高不得低于1.8m；采用木支架和钢筋混凝土预制支架的巷道应考虑100mm的沉降值。 架线电机车运输时，轨面至棚梁的高度可取2200mm或2400mm，架线高则分别为2000mm或2200mm（即电机车架弓线和巷道顶或棚梁之间的距离不得小于200mm）；蓄电池电机车运输应不小于1900m；一般轨道上、下山及木棚支护的轨道巷可取1800mm。不设轨道的采区巷道，底板至棚梁的高度视巷道用途及巷道的倾角大小而定，一般

16、不应小于1800mm。梯形巷道的棚腿与水平面的倾角一般为80-82第27页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程28 拱形断面巷道 如图2，巷道底板到轨面高度h6和道砟高度h5应与轨道类型相适应，巷道轨型选择见表5，h6和h5的选择见表6。 巷道底板到拱基线高h3是根据电机车架线高度、行人和管道架设等高度的要求计算确定。当用架线电机车时，要求h3满足导电弓顶端两切线交点与拱壁间距不小于200mm；当用蓄电池电机车或其他方式运输时，h3应保证人行道在高度1800mm的范围有不小于600mm的宽度为原则。在架线电机车运输的巷道顶部安装管路，则要求导电弓距管子的距离不得小于300mm，管子下边

17、能满足1800mm高度的人行道。（2）巷道净高度H0的确定第28页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程29 拱的高度常以与巷道净宽之比来表示，通常称高跨比。根据岩体力学原理可知，巷道顶压较大时，宜选择半圆拱形，顶压较小可选用低拱形。但拱高时，巷道断面利用不好，拱高小时，断面利用率较高。一般认为拱高h0=(0.350.4)B0是合理的拱高范围。所以巷道圆弧拱和三心拱形断面多取B03，巷道围岩较稳固时可取B04甚至B05。而半圆拱拱高及拱半径均为巷道净宽之半， B02。 巷道净高度H0的计算式为：H0h3h0-h5 (2.6.3) 式中：h3拱形巷道墙高；h0拱形巷道拱高；h5道砟厚度。

18、设计巷道时，若有两种以上情况，计算墙高后应取最大值，并按10mm的倍数向上取整。 所以在进行拱形巷道净高设计时，通常主要设计工作在于确定拱形巷道墙高（即巷道底板至拱基线之间的距离）。 通常墙高是根据电机车架线要求计算后，再按行人及管道架设等要求验算，经比较后确定选用其中的最大值。（2）巷道净高度H0的确定第29页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程301）按架线式电机车导电弓子顶端与巷道拱壁之间的最小安全距离n计算半圆拱与圆弧拱巷道墙高h3：（3）拱形巷道墙高h3的确定第30页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程312）按行人要求确定巷道高度，当有矿车运输时，由于车高都低于成人

19、身高，此时墙高应保证行人避车靠壁站时，距离墙壁100mm处的巷道有效净高不小于1800mm。此时，计算半圆拱与圆弧拱巷道墙高h3：（3）拱形巷道墙高h3的确定第31页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程32 3）按巷道内管路安装要求确定墙高。若架线式电机车运输 巷道内的顶部装有管路，要求导电弓子距管路的距离不得小于300mm，管路下边有1800mm高度的人行道。 从上述三方面的墙高中，取其最大值定为设计的墙高。（3）拱形巷道墙高h3的确定第32页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程331）轨道布置 巷道轨道由钢轨、轨枕和道砟三部分组成。不同巷道应从表5选择不同型号的钢轨，轨枕、

20、道砟应与轨道类型相适应（表6）。轨道示意图 l钢轨；2垫板；3轨枕；4道砟 （4）轨道、水沟和管线布置第33页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程34 井下窄轨线路的木轨枕规格通常有长1200mm和上宽下宽高为120150120mm和长1200mm，上、下宽与高度为130160140mm两种，分别用于1518kgm或24kgm的钢轨，轨距为600mm或900mm。为节约木材，目前我国矿井中已广泛使用钢筋混凝土轨枕。常用的钢筋混凝土轨枕的规格见表7。 名 称规 格 (mm)长 度全 高宽 度上 宽下 宽600轨距钢筋混凝土轨枕900轨距钢筋混凝土轨枕1200150012013012012

21、0150160表7 常用钢筋混凝土轨枕规格 （4）轨道、水沟和管线布置第34页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程35 2）水沟布置 水沟设置应遵循下列原则：水沟一般应设置在人行道一侧，其坡度与巷道坡度相同，为3-5；水沟应加盖板，常采用钢筋混凝土预制板作盖板；当混凝土支护或不支护时，水沟侧帮坡度一般为1：0.1-1：0.25；水沟充满度取0.75；水沟中的最大流速：当混凝土支护时为5-10ms；不支护时为3-4.5ms；水沟的最小流速应满足泥砂不沉淀的要求。水沟尺寸根据通过巷道的涌水量和巷道坡度选取（表8）。 水沟的断面形状：（1）对倒梯形；（2）半倒梯形；（3）矩形等（4）轨道、水

22、沟和管线布置第35页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程36涌水量（m3h）水沟净尺寸（mm）水沟断面（m2）每米材料消耗量水沟支护水沟盖板i3i5上宽下宽深度净掘从到从到混凝土(m3)混凝土(m3)钢材(kg)010115120110015020030001211812611201802603403103303504002802803103602002503003500.0590.0780.0990.1330.1320.1610.1920.2380.0730.0830.0930.2380.0290.0290.0290.0291.211.211.211.21表8 巷道水沟特征表 （4）

23、轨道、水沟和管线布置第36页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程373)管线布置 巷道中常需布设各种管线，如压风管、排水管、供水管、电缆等。这些管线的布置要考虑生产安全和工人检修操作方便。主要运输巷道和回风道内，管线的敷设应符合下列要求： 一般情况下管道设在人行道一侧，管道的架设可采用管墩、托架或锚杆吊挂等方式； 动力电缆和信号电缆不宜设在同一侧，如必须设在同一侧时，要分开悬挂，动力电缆在下，并保持300mm以上的距离；电缆与其他管道平行敷设时，电缆要悬挂在管道上方，并隔开300mm以上的距离； 电缆悬挂高度应保证当矿车掉道时不致撞击电缆；电缆坠落时不致落在轨道上或运输设备上。 （4）

24、轨道、水沟和管线布置第37页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程38 1、半圆拱:S净=B0(0.39B0+h2) h2道碴起巷道的壁高 h2 h3 h5 2、圆弧拱：S净=B0(0.24B0 + h2） 3、梯 形：S净=(B1+B2)H/2 4、矩 形：S净=BH（5）巷道的净断面面积第38页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程39 巷道净断面尺寸 + 支护和道床参数 = 设计掘进尺寸 半圆拱：S1=B1（0.39B1+h3） 圆弧拱：S1=0.24B02+1.27B0T+1.57T2+B1h3 梯 形：S1=B1（B3+B4）H1/2 T砌璇或锚喷厚度，取100mm；（6

25、）巷道设计、计算掘进断面面积巷道设计掘进断面面积巷道计算掘进断面面积 巷道设计掘进断面尺寸加上允许的掘进超挖误差值(75mm)，即为巷道计算掘进断面尺寸。 巷道设计掘进断面尺寸+掘进巷道超挖值计算掘进尺寸 半圆拱：S2=B2（0.39B2+h3） 圆弧拱：S2=0.24B02+1.27B0T+1.57T2+B2h3 梯 形：S2=B2（B3+B4）H1/2第39页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程40式中：巷道设计掘进宽度：B1B0+2T； 巷道设计掘进高度：H1=h3h0T；巷道计算掘进宽度：B2B1+2； 巷道计算掘进高度：H2=H1； T砌璇或锚喷厚度，取100mm；掘进巷道的

26、超挖值，可取75mm 。（6）巷道设计、计算掘进断面面积第40页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程41通风风速验算: =/S 低高 巷道的风速m/s 通过巷道的风量 m/s S 通过巷道的净段面积 m2 允规程允许的最高、最低风速 若计算出来的风速大于最高风速（表9） ，则要加大净面积重新调整设计尺寸。（7）通风风速验算:第41页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程423.3 斜井断面设计 斜井是地表或地下有一个出口的倾斜井筒，是采用斜井开拓的大中型地下矿山最重要的咽喉工程，它承担着地表生产系统与井下生产系统或地下不同阶段生产系统之间连通的重任。 斜井常用断面一般为半圆形、三

27、心拱形和梯形，在围岩不稳固、侧压和底压大的矿山为保护斜井安全，也采用圆形、马蹄形、椭圆形等。断面尺寸根据斜井用途、提升运输设备、管线布置、人行道、支护厚度等确定；对于通风井，其断面尺寸根据所需通风量和风速确定。第42页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程433.3 斜井断面设计 斜井可采用各种提升容器（提升方式），斜井所能适应的斜井倾角可按以下原则进行选取： 串车提升，井筒倾角最好为15-20，最大不超过25。箕斗提升，一般取20-30，个别情况大于35。胶带运输机提升，一般不大于17，个别情况可达18。倾角在斜井全长内应保持不变，或变化很小，特别不允许上大下小，否则对提升、运输带来不

28、利影响。第43页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程443.3.1 井筒断面形状与设备布置 斜井井筒断面布置形式按提升类型可分三种情况： （1）胶带机斜井断面布置。断面内布置设有胶带机、检修道和人行道。有的矿山将检修道兼作提人的人车道。按照胶带机、检修道和人行道的相对位置，其断面布置分为三种方式，见下图。图a布置方式的优点是：工作人员在检修胶带机和轨道、装卸设备以及清扫撒矿都比较方便，故国内采用的较多。 第44页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程45 （2）箕斗斜井井筒断面布置。规程规定，箕斗斜井禁止进风，一般也不铺设管缆（洒水管除外），故断面布置较简单，断面尺寸也以箕斗的尺

29、寸为主要依据，而人行道与水沟以设于同侧居多。 （3）串车斜井井筒断面布置。斜井中无论是单轨还是双轨，其断面布置均按轨道、人行道、管路和水沟的相对位置,分为以下四种：3.3.1 井筒断面形状与设备布置 1）管路和水沟布置在人行道一侧如图a所示，此种布置使管路距轨道稍远，万一发生跑车或掉道事故，不易砸破管路，且水管架在水沟上，斜井断面利用较好，缺点使行人出入躲避硐时，因管路妨碍不够方便和安全。 图中，A-矿车宽度；C-非人行道侧宽度；D-人行道侧宽度。第45页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程462）管路和水沟布置在非人行道一侧如图b 所示，管路靠近轨道，易被跑车或掉道 车砸坏，但出入躲

30、避硐安全方便。 图中，A-矿车宽度；C-非人行道侧宽度；D-人行道侧宽度。 3）管路和水沟分开布置，管路布置在人行 道一侧如图c所示，它与图a相似，此时 需要加大非人行道宽度以布置水沟。3.3.1 井筒断面形状与设备布置 第46页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程47 图中，A-矿车宽度；C-非人行道侧宽度；D-人行道侧宽度。 考虑到以后可能扩大生产和运送大型设备，矿山采用后两种布置较多，其缺点是断面稍大，工程量有所增加。 4）管路和水沟分开布置，如图d所示，它与图b相似，但人行道一侧应适当加宽。3.3.1 井筒断面形状与设备布置 第47页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程

31、483.3.2 斜井井筒断面尺寸 斜井断面尺寸的确定方法，与平巷断面的确定方法基本相同，即根据斜井的用途和通过斜井的运输设备类型、数量、人行道宽度和各种安全间隙要求，并考虑水沟、管路、电缆等的合理布置，并用通过该巷道的允许风速进行校核后确定。 第48页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程493.2.3 斜井井内设施 （1）斜井防滑设施：斜井中当矿车或箕斗运行时，迫使轨道沿倾斜方向产生很大的下滑力，轨道下滑会引起上部轨缝增大，下部轨缝缩小，甚至使上部轨道接头处螺栓被拉断，从而影响行车安全。为此，当倾角超过25时，轨道必须采取防滑措施，方法是将钢轨固定在斜井底板上。通常是每隔3050m，在

32、斜井底板上设一混凝土防滑底梁，或用其他的固定装置将轨道固定，以达到防滑目的。有的先固定枕轨，再固定钢轨，有的直接固定钢轨。第49页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程50 （2）人行台阶与扶手：根据斜井倾角大小的不同，设置人行台阶与扶手。台阶踏步尺寸可按下表选用。倾角30左右时，须设扶手，扶手常为钢管或塑料管作成。置于距斜井井帮80-100mm处。 （3）水沟：水沟坡度与斜井坡度相同：因水沟内水流速度较大，故水沟多用混凝土浇筑。若井筒围岩稳定，又基本无水，可不设水沟。斜井除有纵向水沟外，还须设横向水沟逐段截水排至纵水沟，以避免斜井底板作为矿井排水通道。横向水沟设置在含水层下方，胶带机斜

33、井的接头硐室上方以及井底车场与斜井连接处附近。3.2.3 斜井井内设施 第50页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程51 （4）管路与电缆：通常铺设在副斜井内，一是方便检修，二是副井提升频率比主井小，对管缆的安全因素要大。管缆的铺设要求与平巷的铺设要求相同。 （5）躲避硐：按规定在串车斜井或箕斗斜井中，提升时一律不准行人。但生产实践中，又必须有检修人员在提升间隙内进行检修作业，为了检修人员安全考虑，在斜井内须安设躲避硐，通常躲避硐间的距离为30-50m，硐室的宽为1m、高1.6-1.8m、深1-1.2m。3.2.3 斜井井内设施 第51页，共93页。52第52页，共93页。2022/8

34、/19井巷与隧道工程533.4.1 概述 竖井井筒按其用途又分为主井、副井、混合井和风井。 主井是专门用作提升矿石的井筒， 在大、中型矿井中，提升矿石的容器多采用箕斗，所以主井又常称作箕斗井。 副井是用作升降人员、材料、设备和提升矸石的井筒，并常兼作入风井，由于副井采用的提升容器是罐笼，所以副井又称为罐笼井。 在同一个井筒内安设有箕斗和罐笼两种提升容器时，该井筒称为混合井，它主要用于小型矿井和老矿井改扩建的延深井。 风井尽管有时也安设有提升没备，该井筒仍然按其主要用途命名为风井。3.4 竖井断面设计第53页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程54 竖井井筒的组成自上而下可分为：井颈、井

35、身和井底三个部分，如右图所示。 井颈的深度可为浅表土的全厚，也可为厚表土深度的一部分。一般要求井颈的深度为15-20m。井颈部分的井壁不但需要加厚，而且通常需要配有钢筋。 井颈以下至井底车场水平的井筒部分叫做井身。井身是井筒的主要组成部分。 井底车场水平以下部分的井筒叫做井底。 罐笼井的井底深度一般为l0m左右；箕斗井井底深度一般为3575m，风井井底深度45m。3.4 竖井断面设计第54页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程55 井筒工程是矿井建没主要连锁工程项目之一。竖井井筒工程量一般占全矿井井巷工程量的5%左右，而工期却占矿井施工总工期的4050%。井筒工程施工的快慢直接影响其它

36、井巷工程、有关的地面工程和机电安装工程的施工。 因此，加快井筒施工速度是缩短矿井建设总工期的重要环节。同时，井筒是整个矿井的咽吼,其设计和施工质量的优劣，直接关系着矿井建设的成败和生产时期的使用。 3.4 竖井断面设计第55页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程563.4.2 井筒断面设计竖井井筒断面布置形式竖井井筒横断面形状有圆形和矩形两种。矩形多用木支护，适于服务年限短(15年以下)，提升量小，井筒穿过岩层的物理力学性质较好，无渗水或少渗水的中、小型矿山。 3.4 竖井断面设计矩形井筒的特点是通风阻力大，但断面利用率较高。圆形井筒多采用料石、混凝土块、钢筋混凝土支护，少数井筒用砖支

37、护。竖井采用喷射混凝土支护的越来越多，特别是配合钢丝绳罐道多绳提升，其优越性更加显著。 圆形井筒多用于提升量大，服务年限长(大于15年)，地压较大的大、中型矿山。圆形井筒的特点是通风阻力小、维护费少，但断面利用率低。 第56页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程57另外，井筒横断面布置应力求紧凑，也要保证必要的安全间隙，以达到既经济合理又安全的目的。 由于井筒的用途和所采用的设备不同，井筒横断面布置方式是多种多样的。在图12-2的a、b、 c、d中，采用的是刚性罐道； e和f采用的是钢丝绳(或柔性)罐道。井筒断面形状及支护形式的选择主要考虑井筒用途、井筒装备、服务年限、井筒所穿过岩层的

38、物理力学性质、水文地质等条件，还要考虑施工方便。 3.4 竖井断面设计井筒断面布置方式示意图第57页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程58 刚性罐道的布置方式有单侧布置（ 12-2，c ）、双侧布置（12-2，a，d ）和正面布置（12-2，b ）三种。 钢丝绳罐道的布置方式如图12-2e和f所示。 钢丝绳罐道的根数为24根，在大、中型矿井中通常采用四根罐道。四根钢丝绳罐道可布置在提升容器的一侧或布置成四角形。 井筒断面布置方式示意图3.4 竖井断面设计第58页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程59 提升容器的选择是由井筒用途和矿井年产量决定的。 专门用作提升矿石的容器，通

39、常选用箕斗；用作升降人员、材料、设备、提升矸石的容器选用罐笼。 一套提升设备兼作提矿石和升降人员用时，应选用罐笼。 当一个井筒装有两套提升设备时，矿石容器选用箕斗，而升降人员的提升容器仍选用罐笼。 提升容器的大小应通过具体计算来确定，也可以参照下表选取。表中提升容器具体规格尺寸，可参照有关的产品目录查取。 提升容器选择 3.4 竖井断面设计第59页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程60罐道梁 罐道梁是为安设罐道、梯子间、管路和电缆等装备用的，立井井筒采用刚性罐道时，在井筒内需设罐道梁。 罐道梁每隔一定距离布置一层，一般采用金属材料。罐道梁按截面形式分有工字钢罐道梁、型钢组合空心罐道梁

40、、整体轧制的封闭空心罐道梁和异形罐道梁等，见右图。 罐道梁的型号应该用计算方法来确定，也可以按经验选择，如表12-2所示。 罐道梁与井壁的固定方式有梁端埋入井壁和用锚杆固定两种。井筒装备 3.4 竖井断面设计第60页，共93页。61第61页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程62罐道：罐道是提升容器运行的在井筒中运行的导向装置。 木罐道只是在用普通罐笼升降人员和材料设备，而又采用普通断绳保先险器时才被采用。要求木罐道木质致密坚固，一般用强度较大的松木，并且要进行防腐处理。 通常采用的钢轨罐道是38kg/m钢轨，也有采用43kg/m钢轨的。每根钢轨的标准长度为12.5m，考虑到井筒内冬夏

41、温差，钢轨接头处须留有4.5的伸缩缝。安装罐道时，每根钢轨罐道卡在四层罐道梁上，钢轨罐道与工字钢罐道梁之间的连接，采用特制的罐道卡子和螺栓固定如图12-4所示（见下页）。 木罐道钢轨罐道3.4 竖井断面设计第62页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程63 型钢组合罐道是由槽钢加扁钢焊接成的矩形空心罐道。组合罐道与罐道梁间的连接方式如图12-5所示。型钢组合罐道3.4 竖井断面设计第63页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程64 目前使用的钢丝绳罐道有普通钢丝绳、密封钢丝绳和异形股钢丝绳三种。 钢丝绳罐道的固定有两种方式：一种是上端固定在井架的托梁上，下端在井底内挂以重锤拉紧，这

42、种固定装置要求有较深的井底，井底水窝内的淤泥应及时清理，否则淤泥将托住重锤使罐道绳松弛，造成提升容器的碰撞事故。另一种是将钢丝绳罐道的下端固定在井底内，而将上端在井架托梁上用液压千斤顶拉紧。 为了保证提升容器运行平稳和提升工作安全，罐道绳必须具有一定的拉紧力和刚度。 钢丝绳罐道3.4 竖井断面设计第64页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程653.4 竖井断面设计第65页，共93页。66第66页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程67其他隔间 井筒断面内还有梯子间和管路电缆间。梯子间是矿井井下经立井井筒通往地面的一个安全出口。梯子间的梯子多采用折返式布置，如图12-6所示。 管

43、路电缆间，主要安设有排水管、供水管、压气管和各种电缆。 3.4 竖井断面设计第67页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程68 井筒断面尺寸主要指井筒直径。根据选定的井筒横断面布置方式，提升容器的规格和数量。罐道规格、梯子间和管路电缆间的尺寸，以及根据预选的罐道梁型号和有关的安全间隙确定井筒净直径。煤矿安全规程规定：立井内提升容器之间，以及提升容器最突出部分与井壁和罐道梁之间的最小间隙，必须符合表12-3的规定。确定井筒断面尺寸3.4 竖井断面设计第68页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程69井筒直径确定步骤如下： 根据井筒用途和所采用的提升容器，选择井筒装备的类型，确定井筒断

44、面布置形式。 根据所选用的井筒装备类型，初步选定罐道梁规格和罐道规格。根据提升间、梯子间、管路和电缆的布置与尺寸，以及煤矿安全规程规定的安全间隙(表12-3)，用图解法或解析法求出井筒净直径的近似值，然后按煤炭工业设计规范的规定，当井筒净直径小于6.5m时，以0.5m进级确定井简净直径。一般以0.2m进级确定。根据初步确定的井筒净直径，验算罐道梁和罐道。根据验算结果进行必要的调整，重新安全间隙。3.4 竖井断面设计第69页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程70 对根据提升容器和井筒装备确定的井筒净直径，必须按照煤矿安全规程的要求进行通风速度校核，要求井筒内的风速不大于允许的最高风速，

45、即：式中：v通过井筒的风流速度，m/s； S0井筒通风有效断面面积，井内设有梯子间时 S0=S-A，不设梯子间时S0=0.9S；S为井筒净断面面 积，； A为梯子间断面面积，A取2.0m2； Q通过井筒的风量，m3/s； vmax井简中允许的最高风速，m/s。通风校核3.4 竖井断面设计第70页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程71 井筒掘进断面尺寸由井筒净断面尺寸与永久支护厚度。 井筒永久支护的设计，首先是确定井壁结构，然后确定井壁厚度。 目前常用的井壁结构包括砌块井壁（料石、砖、混凝土）、整体浇筑式井壁（混凝土、钢筋混凝土）、锚喷井壁、装配式井壁（弧板地面制成、井下装配、壁后注浆

46、）和复合井壁（两层以上井壁组合）。采用现浇混凝土、混凝土预制块和料石井壁时，可按表12-4选取井壁厚度。对于砌块井壁 还需加上100的壁后充填厚度。 井筒掘进断面尺寸3.4 竖井断面设计第71页，共93页。72第72页，共93页。73第73页，共93页。74第74页，共93页。二绳单层箕斗 75第75页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程763-5 天井与溜井设计 天井设计 天井的作用是连接上下两个水平以下放矿石或废石，提升和下放设备、工具、材料，通风，行人以及探矿等。专门作放矿用的天井称为溜井。 由于天井的用途不同，其断面形状也有所不同，通常以圆形和矩形居多。其断面与竖井一样，可分成

47、若干个格间，常见的有梯子间、提升间、放矿间等。一个天井是否分格间，以及分多少格间，视其用途而定。各格间的结构、布置要求与竖井基本相同。一般矩形天井是以梯子间的长边作为放矿间的短边，并应大于所溜放矿石或废石最大块度的3倍，以免放矿时发生堵塞现象。提升间尺寸按通过最大设备与材料的尺寸确定第76页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程77 合理的溜井结构形式，对保证溜井正常生产，减少 生产故障，增加溜井使用寿命，降低成本和减少维护费用等有着重要意义。确定溜井结构形式和结构参数应考虑的因素有地质地形条件，溜井所穿过岩石的物理力学性质，溜放矿石的物理力学性质和块度，溜井上、下口装卸矿方法，运输设备

48、规格及溜井通过的总矿量，服务年限，以及溜井的检查、通风、排水、防尘等要求。合理的溜井结构形式应该符合运输距离最短、开挖工程量小、维护费用低、施工方便并能保证矿山正常生产的要求。设计时常是选择几个方案进行详细的技术经济比较后确定。 溜井设计3-5 天井与溜井设计 第77页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程78 溜井长度的选取主要取决于矿山的地质条件、矿床赋存条件、围岩的物理力学性质、矿山的开拓运输方式、矿石的性质及用途等。当溜井中不贮存矿石时，溜井越深，矿石对溜井壁的冲击磨损越严重，在这种情况下，溜井不宜太长。若溜井贮存矿石达井深的23左右，则可适当增加溜井的长度。国内垂直溜井深度一般

49、为60-250m；斜溜井长度一般为100-250m。当溜井通过的岩层坚硬、稳固、整体性好，溜井断面尺寸选择合理，溜井允许贮满矿石时，则溜井长度不受严格限制。溜井结构的主要参数溜井长度(深度)3-5 天井与溜井设计 第78页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程79 溜井倾角主要取决于矿床埋藏条件，开拓运输方式，矿石的块度、性质、湿度、粘结性、自然安息角、粉矿堆积角等。垂直溜井与斜溜井相比，优点是矿石对溜井冲击磨损均匀，断面利用率高，堵塞的可能性小，井筒稳固性好，故主溜井多采用垂直溜井。倾斜溜井的倾角应大于矿石自然安息角和粉矿堆积角，通常不小于65-75。溜井倾角3-5 天井与溜井设计 第

50、79页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程80 垂直溜井的断面形状有圆形、方形及矩形等，一般多采用圆形。斜溜井的断面形状有拱形、矩形、方形、梯形及圆形，一般多采用拱形或矩形。 溜井断面尺寸一般按所溜放矿石的最大块度来选取，同时考虑其粘结性和粉矿含量的多少。溜井断面的直径(或最小边长)一般取矿石最大块径的5-8倍为宜；对粘结性大、粉矿多且湿度大的矿石，溜井断面尺寸应适当加大。溜井断面形状及断面尺寸3-5 天井与溜井设计 溜井上口卸矿硐室结构 溜井上口卸矿硐室结构主要根据运输设备类型、规格尺寸及卸矿方式等决定。第80页，共93页。2022/8/19井巷与隧道工程81 中间水平卸矿硐室与上口

51、卸矿硐室基本相同，所不同的是增加一段斜溜道。由于斜溜道一般不贮矿，且长度不大，所以斜溜道底板坡度应大于矿石自然安息角，通常为60以上；宽度应等于或小于溜井直径；高度应等于或大于矿石最大块径的4-8倍，且不小于2m。溜井中间水平卸矿硐室结构3-5 天井与溜井设计 溜井贮矿仓及溜口结构参数 为了矿山均衡生产和减少溜井堵塞，在溜井下部的适当高度扩大溜井断面，存放大量矿石，逐渐放出，此段称为贮矿仓。贮矿仓断面通常采用圆形或矩形。贮矿仓直径或矩形断面最小边长应等于或大于4m；贮矿仓高度根据贮矿仓断面尺寸、溜口底板角度及粉矿堆积线来确定。 溜口结构参数包括溜口宽度、溜口高度、粉矿堆积角、溜口底板倾角、溜口上部额墙厚度等。溜口结构参数主要取决于所溜放矿石的性质、块度及装载运转