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矿山基建设计

矿山基建工程

1.1主井与风井

5.1.1主井

井筒直径4.0m，采用2＃罐笼加平衡锤提升。

采用喷射混凝土支护，支护厚度设计为300mm。

内设梯子间，敷设排水管、吸水管、压气管和电缆。

5.1.1.1井筒断面设计

（1）选择井筒断面形状

立井井筒断面形状有圆形和矩形两种，考虑到圆形断面井筒具有承受地压性能好、通风阻力小、服务年限长、维护费用底以及便于施工等优点，本次设计主井和回风井均设计成圆形断面。

（2）选择罐道形式及材料

设计选用木罐道、钢性罐道梁（工字钢）。

主罐道梁选用I22a型（b×h=220×110mm）主罐道选用木罐道（b×h=180×160mm）；次罐道梁（平衡锤罐道梁）选用I20a型（b×h=200×100mm），次罐道选用木罐道（b×h=120×110mm）；梯子梁选用[14b型（b×h=140×60mm）。

（3）断面设计

①井筒各构件平面尺寸计算

i.井筒主要装备：

2#单层罐笼，长1800mm，宽1150mm；平衡锤，长1000mm，宽300mm，重3.3t。

ii.罐道梁间水平中心间距：

a.L1=m0+2（h-△s）+1/2（b1+b2）

式中、L1—两相邻主罐道梁水平中心距离，mm;

M0—提升容器要求的罐道之间的水平净间距，由罐笼型号确定，mm;

h—罐道高度，mm；

△s—连接处木罐道卡入钢罐梁的深度，取10mm；

b1、b2—罐道梁的宽度，mm。

故

L1=m0+2（h-△s）+1/2（b1+b2）=1190+2×（160-10）+0.5×（110+110）

=1600mm

b.L2=m0+2（h-△s）+1/2（b1+b3）

式中、L2—两相邻平衡锤罐道梁水平中心距离，mm;

M0—提升容器要求的罐道之间的水平净间距，由平衡锤型号确定，mm;

h—罐道高度，mm；

△s—连接处木罐道卡入钢罐梁的深度，取10mm；

b1、b3—次罐道梁的宽度，mm。

故

L2=m0+2（h-△s）+1/2（b1+b2）=1040+2×（110-10）+0.5×（100+100）

=1340mm

c.梯子间尺寸计算

M=1200+m+b3/2

S=H-d

式中、M—梯子间短边梁中心线与井壁的交点至梯子主梁中心线间距，mm;

m—梯子间安全隔栏的厚度，取100mm;

b3—梯子主梁或罐道梁的宽度，mm；

H—梯子间的两外边次梁中心线间距，即梯子间长度，取1400mm；

S—梯子间短边次梁中心线至井筒中心线的距离，mm;

d—梯子间另一侧短边次梁中心线至井筒中心线的距离，考虑方便安装，应不小于300mm。

M=1200+m+b3/2=1200+100+110/2=1355mm;

S=H-d=1400-400=1000mm。

②利用图解法确定井筒直径

经绘图量取井筒直径近似为3865mm，按500mm模数进级，确定主井井筒断面直径为4.0m。

详见图5-1主井井筒断面图。

③支护厚度选用

参照《井巷工程》表10-4，选取井筒支护厚度为300mm。

故井筒的掘进直径为4.6m。

④管缆布置

按照管缆布置的原则，结合该井条件，管缆布置见井筒断面图。

⑤工程量及材料消耗

井筒净断面积：

S净=πD净2/4=π×4.02/4=12.56m2；

井筒掘进断面积：

S掘=πD掘2/4=π×4.62/4=16.6m2；

每米井筒混凝土量：

V壁=（S掘-S净）×1=（16.6-12.56）×1=4.04m3；

⑥罐道梁、梯子梁长度

罐道梁长度按下式计算：

式中、R—井筒净直径；C—每根罐道梁至井筒中心线的距离。

故

图5-1主井井筒断面图

在保证罐道梁埋入井壁的长度须合乎要求的前提下，取长度10的整数倍，则各罐道梁长度分别为：

L1=3860mm；

L2=3400mm；

L3=3780mm。

梯子梁长度：

Lt1=1063mm；Lt2=1374mm；Lt3=1366mm。

根据实际情况，取值如下：

Lt1=1070mm；Lt2=1380mm；Lt3=1380mm。

5.1.2风井

设计回风井井筒断面净直径2.5m，采用喷射混凝土支护，支护厚度设计为200mm。

内设梯子间，兼作第二安全出口。

详见图5-2回风井井筒断面图。

图5-2回风井井筒断面图

5.2石门及运输平巷

5.2.1巷道断面形式

烈马峪万仓铁矿（南段）运输巷道断面主要有两种形式，即双轨运输巷道和单轨运输巷道。

双轨运输巷道主要用在各水平的车场部分，单轨运输巷道主要用于各水平的井下运输巷。

运输巷均布置在矿体的下盘，矿体的底板为闪长玢岩，矽卡岩，石灰岩，属中等稳固，故选用fO=BO/3三心拱断面，适用于岩石中等稳定的矿山，巷道支护采用喷射混凝土，对于局部围岩不稳定的巷道可采用锚喷支护。

以下分别就单轨运输巷道和双轨运输巷道分别进行计算。

5.2.2单轨巷道断面

5.2.2.1确定净宽度

根据矿山的年产量5万t，选用ZK3-6/250型600mm轨距架线电机车，电机车尺寸为2700×1250×1550；YFC0.5-6矿车，矿车的尺寸为1500×850×1050。

根据以上数据，选取较大值，故取运输设备的宽度A1=1250mm，h=1550mm。

由《井巷工程》表1-3取安全间隙b左=300mm，人行道宽度b右=800mm。

a1=A1/2+b左=925mm，c1=A1/2+b右=1425mm。

故巷道净宽度B=a1+c1=925＋1425=2350mm，恰好是50mm的整数倍。

5.2.2.2道床的参数

根据巷道采用的设备及运输量，查《井巷工程》表3-5选用15kg/m钢轨。

由表1-3-9查得，底板运输水平与轨面的水平间距hc=320mm，底板至道渣面的高度hb=180mm。

5.2.2.3拱高fo

fo=Bo/3=2350/3=783.3mm

大圆弧半径R=0.692×2350=1626.2mm；小圆半径r=0.262×2350=615.7mm。

5.2.2.4巷道墙高h3

按下列三种情况计算

ⅰ）按架线电机车导电弓子要求确定h3；

式中：

h4--轨道起电机车架线高，取h4=2000mm;

hc—道床总高度；查表3-7取hc=320mm，道渣高度hb=180mm；

n—导电弓子距拱壁安全距离；取n=300mm；

K—导电弓子宽度之半；取K=400mm；

b1—轨道中线与巷道中线间距；b1=B/2-a1=250mm。

故

ⅱ）按管道架设要求确定h3;

式中，h5—渣面至管子底高度，取h5=1800mm;

h7—管子悬吊件总高度，取h7=900mm；

m—导电弓子距管子间距，取m=320mm；

D—压气管法兰盘直径，D=335mm。

故

ⅲ）按人行高度要求确定h3：

式中，j—距巷道壁j处的巷道有效高应不小于1800mm，j≥100mm，取j=200mm。

故

按以上三个数据中最大值2267.06mm，按10mm的整数倍，取h3=2270mm。

5.2.2.5巷道净高Ho

Ho=fo+h3-hb=783.3+2270-180=2873.3mm

5.2.2.6风速验证

式中：

qh——回采工作面所需风量；

qj——掘进工作面所需风量；

qd——独立通风的硐室所需风量，取5m3/s；

qt——其他工作面所需风量，取5m3/s。

其中qh=（N/T）LS

风量交换倍数N=12；

排烟时间T＝1200s；

采场长度L＝40m；

过风断面S＝4.93m2

所以，qh=（N/T）LS=2m3/s。

考虑到同时回采矿块数为2，故排烟风量

。

参考《采矿设计手册》矿床开采卷下，表2－16－16，取qj=2m3/s。

风量Q=23m3/s,查手册《采矿设计手册3》表1-3-23，

可得过风断面So=（0.26×B＋h3-hb）×B

=（0.26×2.35+2.27-0.18）×2.35

=6.35m2

由《井巷工程》表3-4查得：

Vm=6m/s,

V=Q/So=23/6.35=3.62m/s＜Vm

故满足通风要求，不用修改断面尺寸。

5.2.2.7支架参数选择

由《井巷工程》表5-7查取，混凝土支护厚度T=200mm。

5.2.2.8水沟参数

参阅《井巷工程》，决定选用Ⅲ型水沟，其断面参数：

上宽为400mm，下宽为360mm，深350mm。

净断面积为0.13m2,掘进断面积0.26m2，每米水沟砌0.16m2，坡度5‰，水沟一侧墙基深500mm，另一侧250mm。

5.2.2.9巷道断面尺寸

从轨面算起电机车（矿车）的高度：

h=1550mm；

从轨面算起巷道墙高：

h1=h3-hc=2270-320=1950mm；

从道渣面算起巷道墙高：

h2=h3-hb=2270-180=2090mm；

巷道净高度：

Ho=fo＋h3-hb=783.3+2270-180=2873.3mm；

圆弧拱矢高：

fo=Bo/3=2350/3=783.3mm；

巷道掘进高度：

H=h3+fo+d=2270+783.3+200=5523.3mm；

巷道净宽：

B=a1＋c1=925+1425=2350mm；

巷道掘进宽度：

B1=B+2T=2350+2×200=2750mm；

巷道净断面积：

So=（0.263×B＋h3-hb）×B=6.35m2；

拱部面积：

Sd=do（B＋T）×1.33=0.2×（2.35＋0.2）×1.33=0.68m2；

边墙面积（整体式）：

ST=2h3T=2×2.27×0.2=0.908m2；

基础面积：

S基=（0.25+0.5）×0.2=0.15m2；

S沟=0.26m2S渣=0.35m2；

掘进断面积：

Sn=So＋Sd＋ST＋S基＋S沟＋S渣=8.7m2；

巷道静周长：

P=0.233×B+2（h3-hb）=2.33×2350+2×（2270-180）=9655.5mm=9.66m。

5.2.2.10管缆布置

压风管和供水管布置在人行道的一侧上方，采用管缆托架架设，托架上部设压风管，托架下部悬挂供水管，两条动力电缆设于非人行道一侧，三条通讯照明电缆设于人行道一侧，电缆用挂钩挂在巷道壁上。

5.2.2.11掘进工程量及材料消耗量

每米巷道掘进工程量：

V=S掘×1=8.7m3

每米巷道砌拱混凝土量：

V1=S拱×1=0.68m3

每米巷道砌拱墙混凝土量：

V2=S墙×1=0.908m3

每米巷道基础混凝土量：

V3=S基×1=0.15m3

每米巷道水沟混凝土量：

V4=S沟×1=0.26m3

每米巷道共需混凝土量：

V=V1+V2+V3+V4=1.998m3

每米巷道粉刷面积：

S粉=[1.33B＋2（h5-hb）]×1

=[1.33×2.35＋2×（2.27-0.18）]×1

=7.3m2

详见图5-3单轨巷道断面图和表5-1巷道断面尺寸表

表5-1巷道断面尺寸表

断面积（m2）

断面尺寸（mm）

支护厚度（mm）

每米巷道掘进工程量（m3）

每米巷道需混凝土量（m3）

净

掘

净宽

净高

掘宽

掘高

墙

拱

6.35

8.7

2350

2873.3

2750

3073.3

200

200

8.7

1.998

5.2.3双轨巷道断面

5.2.3.1确定净宽度

根据矿山的年产量5万t，选用ZK3-6/250型600mm轨距架线电机车，电机车尺寸为2700×1250×1550；YFC0.5-6矿车，矿车的尺寸为1500×850×1050。

根据以上数据，选取较大值，故取运输设备的宽度A1=1250mm，h=1550mm。

由《井巷工程》表1-3取安全间隙b左=300mm，人行道宽度b右=800mm。

a1=A1/2+b左=925mm，b=1500mm（由小型冶金矿山设计参考资料表5-1-3查得），c1=A1/2+b右=1425mm。

故巷道净宽度B=a1+b+c1=925＋1500+1425=3850mm，恰好是50mm的整数倍。

图5-3单轨巷道断面图

5.2.3.2道床参数

根据巷道采用的设备及运输量，查《井巷工程》表3-5选用15kg/m钢轨。

由表1-3-9查得，底板运输水平与轨面的水平间距hc=320mm，底板至道渣面的高度hb=180mm。

5.2.3.3拱高fo

fo=Bo/3=3850/3=1283.3mm

大圆弧半径R=0.692×3850=2664.2mm；小圆半径r=0.262×3850=1008.7mm。

5.2.3.4巷道墙高h3

按下列三种情况计算

ⅰ）按架线电机车导电弓子要求确定h3

式中：

h4--轨道起电机车架线高，取h4=2000mm；

hc—道床总高度；查《井巷工程》表3-5选用15kg/m钢轨，再查表3-7取hc=320mm，道渣高度hb=180mm；

n—导电弓子距拱壁安全距离；取n=300mm；

K—导电弓子宽度之半；取K=400mm；故

ⅱ）按管道架设要求确定h3

式中，h5—渣面至管子底高度，取h5=1800mm;

h7—管子悬吊件总高度，取h7=900mm；

m—导电弓子距管子间距，取m=320mm；

D—压气管法兰盘直径，D=335mm。

故

ⅲ）按人行高度要求确定h3

式中，j—距巷道壁j处的巷道有效高应不小于1800mm，j≥100mm，取j=200mm。

故

按以上三个数据中最大值1954.5mm，按10mm的整数倍，取h3=2000mm。

5.2.3.5巷道净高Ho

Ho=fo+h3-hb=1283.3+2000-180=3103.3mm

5.2.3.6风速验证

式中：

qh——回采工作面所需风量；

qj——掘进工作面所需风量；

qd——独立通风的硐室所需风量，取5m3/s；

qt——其他工作面所需风量，取5m3/s。

其中qh=（N/T）LS

风量交换倍数N=12；

排烟时间T＝1200s；

采场长度L＝40m；

过风断面S＝4.93m2

所以，qh=（N/T）LS=2m3/s。

考虑到同时回采矿快数为2，故排烟风量

。

参考《采矿设计手册》矿床开采卷下，表2－16－16，取qj=2m3/s。

m3/s

风量Q=23m3/s,查手册《采矿设计手册3》表1-3-23，

可得过风断面So=（0.26×B＋h3-hb）×B

=（0.26×3.85+2-0.18）×3.85

=10.86m2

由《井巷工程》表3-4查得：

Vm=6m/s,

V=Q/So=23/10.86=2.12m/s＜Vm

故满足通风要求，不用修改断面尺寸。

5.2.3.7支架参数选择

由《井巷工程》表5-7查取，混凝土支护厚度T=200mm。

5.2.3.8水沟参数

参阅《井巷工程》，决定选用Ⅲ型水沟，其断面参数：

上宽为400mm，下宽为360mm，深350mm。

净断面积为0.13m2,掘进断面积0.26m2，每米水沟砌0.16m2，坡度5‰，水沟一侧墙基深500mm，另一侧250mm。

5.2.3.9巷道断面尺寸

从轨面算起电机车（矿车）的高度：

h=1550mm；

从轨面算起巷道墙高：

h1=h3-hc=2000-320=1680mm；

从道渣面算起巷道墙高：

h2=h3-hb=2000-180=1820mm；

巷道净高度：

Ho=fo＋h3-hb=1283.3+2000-180=3103.3mm；

圆弧拱矢高：

fo=Bo/3=3850/3=1283.3mm；

图5-4双轨巷道断面图

巷道掘进高度：

H=h3+fo+d=2000+1283.3+200=3483.3mm；

巷道净宽：

B=a1＋c1=925+1500+1425=3850mm；

巷道掘进宽度：

B1=B+2T=3850+2×200=4250mm；

巷道净断面积：

So=（0.263×B＋h3-hb）×B=10.86m2；

拱部面积：

Sd=do（B＋T）×1.33=0.2×（3.85＋0.2）×1.33=1.0773m2；

边墙面积（整体式）：

ST=2h3T=2×2.0×0.2=0.8m2；

基础面积：

S基=（0.25+0.5）×0.2=0.15m2；

S沟=0.26m2S渣=0.35m2；

掘进断面积：

Sn=So＋Sd＋ST＋S基＋S沟＋S渣=13.5m2；

巷道静周长：

P=2.33×B+2（h3-hb）=2.33×3850+2×（2000-180）=12610.5mm≈12.6m。

5.2.3.10管缆布置

压风管和供水管布置在人行道的一侧上方，采用管缆托架架设，托架上部设压风管，托架下部悬挂供水管，两条动力电缆设于非人行道一侧，三条通讯照明电缆设于人行道一侧，电缆用挂钩挂在巷道壁上。

5.2.3.11掘进工程量及材料消耗量

每米巷道掘进工程量：

V=S掘×1=13.5m3

每米巷道砌拱混凝土量：

V1=S拱×1=1.0773m3

每米巷道砌拱墙混凝土量：

V2=S墙×1=0.8m3

每米巷道基础混凝土量：

V3=S基×1=0.15m3

每米巷道水沟混凝土量：

V4=S沟×1=0.26m3

每米巷道共需混凝土量：

V=V1+V2+V3+V4=2.29m3

每米巷道粉刷面积：

S粉=[1.33B＋2（h5-hb）]×1

=[1.33×3.85＋2×（2.0-0.18）]×1

=8.76m2

详见图5-4双轨巷道断面图和表5-2双轨巷道断面尺寸表

表5-2双轨巷道断面尺寸表

断面积m2

断面尺寸mm

支护厚度mm

每米巷道掘进工程量m3

每米巷道需混凝土量m3

净

掘

净宽

净高

掘宽

掘高

墙

拱

10.86

13.5

3850

103.3

4250

3483.3

200

200

13.5

2.29

5.2.4井巷掘进速度

主竖井：

35m/月；主回风井：

40m/月；溜井、天井：

40-60m/月；水平和倾斜巷道：

S8m240-80m/月；硐室：

300m3/月。

5.3溜井

溜井布置在电耙巷的一端，采用直溜井，断面为2×2m，掘进速度为40-60m/月。

5.4井底车场

井底车场巷道采用三心拱设计，混凝土支护，局部锚杆支护。

＋200m和＋240m水平井底车场采用尽头式线路，掘进速度80m/月。

5.4.1井底车场规格尺寸

5.4.1.1基本参数

（1）轨的选择

由《采矿设计手册》（地下矿床卷）表2-3-50查得，年产量小于30万t/年的矿车轨型为12-15kg/m。

轨型与机车轴重的关系式为：

q≥5＋ap

式中：

q—钢轨单重，kg/m；

a—机车轴重，p=3t；

P—系数，地下取2.5；

故q≥5＋2.5×3=12.5，故选用q=15kg/m；

（2）道岔的选取

ⅰ、单开道岔DK615－1/4-12；

ⅱ、渡线道岔DX615－1/4-12；

（3）弯道的最小半径R=12m;

（4）主井、马头门的线路布置如图5-5所示

图5-5主井，马头门的线路布置图

5.4.1.2矿车数计算

（1）按电机车的启动条件计算牵引重量

按井下运输中最困难的情况，即按重车沿弯道上坡启动的条件计算牵引重量，电机车的牵引重量，电机车的牵引重量应满足：

式中：

Qzh—矿车组重车重量，即牵引重量kg；

Wzh—重列车启动阻力系数，查《矿山机械》，取0.0135；

Ip—线路的平均坡度，取3‰；

Pn—电机车主动轮压在钢轨上的压力，即电机车的粘着重量，取3t；

u1—电机车启动时粘着系数，取u1=0.2；

a—加速度，取a=0.04m/s2；

ωw—弯道的阻力系数，根据公式ωw=

其中K—外轨抬高时，K=1；不抬高时，K=1.5

R—弯道半径，R=12m。

故ωw=0.01；所以

=16425kg

（2）按制动条件计算牵引重量

计算条件是在最不利的条件下制动，即重车沿直线轨道下坡制动，并使制动距离符合安全规定，坡道阻力和惯性阻力则成为制动阻力。

式中：

Pz—电机车的制动质量，Pz=P=3000kg；

Wzh—重列车制动阻力系数，查《矿山机械》，取0.009；

az—制动时的减速度，

；

u2—电机车制动时粘着系数，取u2=0.17；

Vch—电机车的长时速度，查表得12km/h，即3.33m/s；

Lz—制动距离，取40m；

，故

所以，电机车牵引矿车数根据公式

式中：

Qzh—上面计算的最小值16425kg。

G—矿车有效载重，

G0—矿车的自重，G0=590kg

所以，Z=

故取Z=10辆

5.4.1.3按机车温升条件校验

温升条件是：

牵引电机车的温升不超过允许温升，即电机车的电流等值Id不应超过它的长时电流Ich。

每台电动机的牵引力为：

式中：

n—电机车上的牵引电机数，取n=1；

Wzh′,Wk′—分别为重列车和空列车的基本阻力系数，查手册Wzh′=0.009,Wk′=0.011；

所以

由电动机特性曲线查得

Izh=23AVzh=21km/h=5.83m/s

Ik=25AVzh=19km/h=5.28m/s

电机车每运行一次，牵引电动机的等值电流Id为

=

=11.82A

式中：

a—调车系数，即考虑调车时牵引电机车的工作系数，其大小与运输距离有关，这里取a=1.4；

t—在井底车场和采区车场的时间，包括调车，装卸车作业，让车和意外耽误时间，一般取20分；

tzh—重车的运行时间，

；

tk—空车的运行时间，

；

Lm—电机车到最后一个装运车站的距离，取Lm＝350m；

0.75Vzh，0.75Vk－重列车和空列车的平均速度，m/s；

T1－总的运输时间，

查表可知，牵引电机车的长时电流Ich=25A，所以Id

电动机升温正常，所以ZK3-6/250型电机车牵引11辆0.5m3翻斗式矿车是可行的。

5.4.1.4矿车列车长度

Lki=n×L1＋L2=10×1500＋2700=17700mm

所以取20m，岩石列车也取20m。

5.4.1.5重车储车线

L=KnL1＋L2＋L3=1.5×10×1500＋2700＋8000=33200mm，

取L=36m，空、重车储车线长度一致。

5.4.2道岔连接系统

5.4.2.1单开道岔

DK615－1/4-12；

a=3200mm,b=3390mm。

5.4.2.2三角道岔

此道岔有一个对称道岔DC615-1/3-12和两个单开道岔DK615-1/4-12构成，基础如下：

对称道岔：

，a＝1882mm，b＝2618mm；

单开道岔：

，a＝3200mm，b＝3390mm。

5.4.3各段线路长度

5.4.3.1马头门线路

复式阻车器前轮铛至罐笼中心线间的距离S

式中：

L0—罐笼底板长度；

L4—摇台移动轨长度；

L3—摇台基本轨长度；

L2—摇台基本轨末端到复式阻车器前轮铛的距离；

b1—复式阻车器前后轮铛间的距离。

5.4.3.2储车线长度

式中：

Lzh—重车储车线长度；

Lq—空车储车线长度；

l1—矿车长度；

l2—电机车长度；

l3—考虑电机车停车（制动）而增加的长度，取8000mm;

n—列车的矿车数；

K—储车系数，取K=1.5。

。

取Lzh＝35m。

详见图5-6马头门线路布置图，井底车场断面设计详见图5-4双轨巷道断面图。

图5