井巷工程课程设计.docx

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井巷工程课程设计

井巷工程

课程设计

题目某地下矿山主、副井的设计

学院名称

指导教师

班级

学号

学生姓名

2015年1月

目录

第一章综述………………………………………………………1

1.1课程设计目的…………………………………………………1

1.2课程设计任务…………………………………………………1

第二章课程设计技术条件…………………………………………1

2.1地质条件………………………………………………………1

2.2生产能力及服务年限…………………………………………1

2.3井筒装备………………………………………………………2

2.4运输设备及装备………………………………………………2

第三章巷道断面形状选择…………………………………………2

第四章选择罐道形式及材料………………………………………3

4.1主井……………………………………………………………3

4.2副井……………………………………………………………3

第5章巷道断面尺寸计算…………………………………………4

5.1确定主井断面尺寸……………………………………………4

5.2确定副井断面尺寸……………………………………………5

第六章风速验算……………………………………………………7

第七章选择支护方式及支护参数…………………………………7

第八章计算各部分尺寸……………………………………………8

第九章计算材料消耗………………………………………………9

第十章结束语………………………………………………………10

第十一章井筒断面图及附图………………………………………11

参考文献……………………………………………………………12

前言

矿产工业是国民经济中的基础工业，它为许多重要工业部门提供原料和能源。

我国能源结构以矿产为主的格局在今后较长的一段时间内不可能改变，国民经济的发展将对矿产工业的增长提出更高的要求。

而矿产工业生产的发展，又取决于矿产工业基本建设及开拓延伸工作能否及时的、持续不断的提供矿石的场地。

所以为了更好的将所学到的知识运用到实践当中，学习井巷课程设计是《井巷工程》课程的重要环节之一。

为了使我们对《井巷工程》这门课程中所学的基本知识、基本理论及基本方法有个全面系统的掌握，并进行井巷设计和施工设计。

通过本设计，我们将对《井巷工程》课程有个深入的全面的了解，并学会利用各种工具书及参考文献资料，我们以克服困难的精神来解决设计中相关的问题。

其任务是设计巷道断面施工图和巷道施工技术措施。

通过设计来巩固自身所学的专业理论知识，使我们掌握巷道断面施工图和巷道施工措施的设计内容和编制方法，使我们得到一次分析和解决工程技术问题能力的基本训练，并且进一步提高自身的运算和绘图能力，培养独立阅读资料、掌握技术信息和编写技术文件的能力。

由于编者水平有限，不足之处在所难免。

希望读者能给与批评或指正，在此先道一声谢谢！

编者

2015年1月14日

第一章综述

1.1课程设计目的

对于采矿工程专业的学生，无论是在勘探设计单位承担矿山设计任务，还是在科研院所从事专业科研开发事业，或者在生产企业进行专业技术与生产技术管理工作，对于地下开采起主要通道作用的井巷工程，都必须具有正确选择和设计的知识和能力。

本次课程设计是在学习了相关专业基础和井巷工程专业课程的基础上，通过设计，得到专业工程设计基本能力的初步训练，为毕业设计及今后从事专业技术工作打下基础。

也是对自身对以前所学知识掌握与运用能力的检验。

井巷工程课程设计，要求我们在给定原始资料的基础上，通过翻阅专业参考书和相关文献，综合运用所学知识，确定技术方案，掌握正确的设计步骤和内容，进行必要的科学计算，并运用规范的技术语言（规范的图纸及说明书）将设计意图及设计结果表达出来。

1.2课程设计任务

1.设计任务：

某地下矿山主、副井井筒的设计

2.设计要求：

（1）正确选用参数及各部分尺寸，计算正确；

（2）绘图清楚整洁，符合工程制图要求；

（3）说明书文字简明扼要，语言通顺，叙述清楚，概括性强；

（4）使用国家法定计量单位，正确使用标点符号；

（5）说明书用A4纸，其中正文用宋体小4号字的格式打印，断面

图用CAD绘制，编号按本大纲样式编写。

3.设计成果：

（1）用AutoCAD严格按照制图标准，按比例1:

50绘制井筒断面

图，并用A3纸打印，并装订在说明书后面；

（2）编写主、副井井筒设计说明书，用A4纸打印装订。

第二章课程设计技术条件

2.1地质条件

矿山第一水平石门大巷所通过岩层的普氏系数f＝3～5，为稳定性较差岩层，涌水量300m³/h，风量50m³/s。

主井与副井所通过岩层f＝5～7，中等稳定，风量均按80m³/s考虑。

该矿井属于低瓦斯井。

2.2生产能力及服务年限

矿山年产量150万t，其第一水平服务年限20a。

2.3井筒装备

主井为双箕斗井，箕斗容积2.5m³，型号为FJD2.5（5.5）型。

主井内铺设Φ300mm排水管2条，并设有梯子间。

副井为双罐笼井，采用3＃单层罐笼（YJGG－2.2型）。

副井内铺设有Φ200mm供风管2条，Φ100mm供水管1条，2条动力电缆，3条照明和通讯电缆，设有梯子间。

2.4运输设备及装备

石门运输巷为双轨运输大巷，内设水沟，铺设有供风管2条，Φ80mm供水管1条，动力电缆1条，照明和通讯电缆3条。

电机车型号：

ZK10－600/550；

矿车型号：

YCC1.2（6）。

第三章巷道断面形状选择

断面形状

适用条件

半圆拱形

目前开拓，准备巷道，而硐室普片采用的断面形状，多在顶压大侧压小，无底鼓得条件下使用。

圆弧拱形

由于光爆锚喷支护的推广，拱部成型好，施工方便，多用于准备巷道。

当跨度较大时，较半圆拱形断面利用率高。

三心圆拱形

与半圆拱形相比，拱顶承压能力差，但断面利用率较高，适用于围岩坚硬的开拓巷道、上（下）山和硐室。

梯形

顶板暴露面积较矩形小，可减少顶压，能承受稍大的侧压，多用于采区巷道。

矩形

断面利用率较高，多用于顶压，侧压都较小，维护时间不长的回采巷道。

马蹄形

用于围岩松软，有膨胀性，顶、侧压力很大，且有一定底压的巷道。

圆形

围岩松软、四周压力均很大，用其他形状不能抵抗围岩压力时采用。

椭圆形

当巷道四周压力很大，且分布不均时，根据顶压和侧压的大小，采用竖直或水平布置。

不规则形

在薄煤层中，为了不破坏顶板，使顶板保持一定的稳定性，断面形状视煤层赋存条件而定。

表3-1巷道断面形状

巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围岩性质（即作业在巷道上地压的大小和方向）、巷道的用途及其服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素。

一般情况下，作用在巷道上的地压和方向在选择巷道断面形状是起主要作用。

当顶压和侧压均不大时，可选用矩形或梯形断面：

当顶压较大、侧压较小时，则选用直樯拱形断面（半圆拱，圆弧拱或三心拱）；当顶压、侧压都很大的同时低鼓严重时，就必须选用诸如马蹄形、椭圆形等封闭式断面。

矿区富有的支架材料和习惯使用的支护方式，往往也直接影响道巷断面形状的选择。

木架和钢筋混凝土棚子，多适用于梯形和矩形断面。

掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定影响。

目前，岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主要地位，它能适应任何新装的断面。

近年来，由于锚喷支护广范应用，为了简化设计和有利于施工，巷道端面多采用半圆拱和圆形拱，三心拱也逐渐被淘汰。

在使用全断面掘进机掘进的岩石平巷，选用圆形断面无疑是最为合适的。

在需要通风量很大的矿井中，选择通风阻力较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。

在满足安全与技术要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断面降低造价并有利于加快施工速度。

3.1选择主井井筒断面形状

综上所述，该主井为双箕斗井，年产150万t，穿过普氏系数f=5～7的岩层，中等稳定的Ⅲ类围岩，设有梯子间。

据表3-1所示，故选择承受地压性能好、通风阻力小、维护费用少、便于施工的圆形断面，选用锚杆喷射混凝土支护。

3.2选择副井井筒断面形状

综上所述，据表3-1所示，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、维护费用少以及便于施工等优点。

故副井选用圆形井筒断面。

第四章选择罐道形式及材料

4.1主井

罐道是提升容器在井筒中运行的导向装置，它必须具有一定的强度和刚度，以减少提升容器的横向摆动。

罐道有木质罐道、钢轨罐道、型钢组合罐道、整体轧制罐道、复合材料罐道和钢丝绳罐道等。

因木罐道强度低，使用期限短，木材消耗量、罐道维修量都很大，故采用木罐道的井筒较少。

其他罐道与木罐道相比具有经久耐用的优点，故应用较广泛。

鉴于以上原因及各矿山常采用槽钢组合罐道，本矿山采用槽钢组合罐道。

4.2副井

副井为双罐笼井，采用3#单层罐笼（YJGG-2.2型）。

选用180mm×180mm槽钢组合罐道，罐道梁选用200mm×100mm槽钢组合罐道。

梯子梁选14b槽钢，高×宽=200mm×60mm。

第五章巷道断面尺寸计算

5.1确定主井净断面尺寸

主井为双箕斗井，箕斗容积2.5m3，型号为FJD2.5（5.5）型。

主井内铺设φ300mm排水管2条，并设有梯子间。

箕斗型号：

FJD2.5（5.5），其最大外形尺寸：

长×宽×高=1236mm×1452mm×4831mm，选用38kg/m钢轨罐道，罐道梁选用槽钢组合梁h×b：

200×152mm，36.8kg/m；梯子梁选Ⅰ14b槽钢h×b：

140×60mm，16.733kg/m。

5.1.1主井井筒各构件平面尺寸计算

①箕斗布置及其相应尺寸：

L=m0+2h+b0

x=½（L+A）

式中：

L—─箕斗两侧罐道梁中心线间的距离，mm

m0—─箕斗两罐道间的间距，mm;一般情况下m0=A+2c+2t

A—─箕斗的宽度，mm;取A＝1452mm

c—─罐道宽度，mm；取c=65mm

t—─罐道卡与罐耳之间的间距，mm;一般取t=10mm

h—─罐道的高度，mm;根据型号取h=220mm

b0—─罐梁的宽度，根据28a号工字钢，取b0=122mm

x—─罐道梁中心线至箕斗外边缘的距离。

故L＝1452+2×65+2×10+2×220+122mm＝2164mm

x=1/2（2164+1452）mm=1808mm

②梯子间的布置及其结构尺寸：

M=600+600+s+a2/2

N＝H-J

式中：

M—─从4号罐梁中心线起6号罐梁的长度，mm

600—─梯子孔宽度，mm

s—─梯子孔边至4号罐梁的板壁厚度，梯子间取s=71mm

a2—─4号罐梁宽度，mm；根据28a号工字钢，取a2=122mm

N—─6号罐梁到井筒中心线的距离，mm

J—─5号罐梁到井筒中心线的距离，mm；一般取J＝400mm

H—─5、6号罐梁中心线之间的距离，mm;梯子孔前后长度不得小于700mm,

梯子梁宽度一般为100mm.

故H=2×（700+100）mm=1600mm

M＝600+600+71+122/2mm＝1332mm

N=1600-400=1200mm

③用图解法确定井筒直径（如附图1所示）

（1）按计算出的提升间、梯子间平面结构布置尺寸。

（2）确定E、F、G三点，根据梯子梁的定位尺寸M、S和d确定三点，沿箕斗拐角点B1、C1点平分线向井壁方向量取△2=200取得FG两点。

（3）连接E，F，G三点为△EFG，作该三角形的外接圆，确定圆心O点，由图中量得井筒近似直径D=4202mm。

（4）按要求以0.5m进级确定井筒直径D=4.5m。

验算并调整M、△2和△1：

5.2确定副井净断面尺寸

副井为双罐笼井，采用3＃单层罐笼（YJGG----2.2型）。

副井内铺设有＃200mm供风管2条，φ100mm供水管1条，2条动力电缆，3条照明和通讯电缆，并设有梯子间。

3#单层罐笼YJGG—2.2型，尺寸：

长×宽=2200mm×1350mm。

可乘人数为15人。

刚性罐道罐耳长×宽=200mm×65mm。

5.2.1副井井筒各构件平面尺寸计算

①罐笼布置及其相应尺寸：

L1=m0+2h+b0

L2=m0+2h+b0

式中：

L1—2.3号罐道梁中心线间距离。

mm

L2—1.2号罐道梁中心线间距离。

mm

m0—罐笼两罐道间的间距。

mm一般情况下m0=A+2c+2t

A—罐笼的宽度，mm取A=1350mm

c—罐耳的宽度，mm取c=65mm

t—罐道卡与罐耳之间的间距，mm一般取t=10mm。

h—罐道的高度，mm根据所选型号可取h=220mm

b0—罐梁的宽度，mm，根据28a号工字钢取b0=122mm

故：

L1=1350mm+2×65mm+2×10mm+2×220mm+122mm=2062mm

L2=L1=2062mm

②梯子间的布置及其结构尺寸（与主井相同）

则M=1332mmN=1200mmJ=400mm

③用图解法确定副井近似直径（如附图2所示）

（1）按计算出的提升间、梯子间平面结构布置尺寸

（2）沿罐笼拐角'B,'C点角平分线向井壁方向量取△2=200取得F、G两点。

（3）连接E，F，G三点为△EFG，作该三角形的外接圆，确定圆心O点，由图中量得井筒近似直径等于5497mm。

（4）按要求以0.5m进级确定井筒直径D=5.5m

（5）验算安全间隙及梯子间尺寸。

用以上方法求得井筒直径后，量取井筒中心线到1号罐道梁中心线的距离为d0=600mm。

按下式验算和修正安全间隙l及梯子间布置尺寸C3。

第六章风速验算

6.1主井风速验算

V=Q/S0≤Vmax

Q——通过井筒的风量，m³/s；

V——井筒内实际风速，m/s；

S0——井筒通风有效断面积，S0=S-A；

S——井筒净断面积，m²；

A——梯子间的面积，取2.0m²；

Vmax——《冶金矿山安全工规程》规定井巷中允许的最大风速；由《采矿手册》可知主井允许通过的最大风速为12m/s。

则S=πD²/4=3.14×4.5²/4=15.9m²

V=80/（15.9-2）=5.76m/s＜12m/s

因此该净直径满足要求。

6.2副井风速验算

V=Q/S1≤Vmax

V——井筒实际风速,m/s

S1——井筒通风有效断面积,S1=0.8S0

Vmax——井筒允许的最高风速,取8m/s

则V=80/3.14×0.8×2.75²=4.21<8m/s

因此该直径符合要求。

第七章选择支护方式及支护参数

7.1主井

穿过普氏系数f=4-6的岩层，中等稳定的Ⅲ类围岩，井筒净直径4.5m，查表取喷射混凝土厚度为150mm，锚深1500mm，间排距：

1000×1000mm。

锚杆选用螺纹钢树脂锚杆杆径18mm。

7.2副井

采用喷射混凝土支护，中等稳定岩层，井筒净直径5.5m，取支护厚度为350mm。

第八章计算各部分尺寸

8.1主井

把2条Φ300mm排水管布置在梯子间右侧，管路用U型螺纹卡固定在罐梁上。

8.1.1井筒净周长:

P=2πR=2×3.14×2.25=14.13m

8.1.2井筒净断面积：

S1=πD²/4=3.14×4.5²/4=15.9m²

8.1.3井筒设计掘进断面数：

S2=π（D+2T）²/4=20.42m²

8.2副井

两条200mm供风管，一条100mm供水管布置在梯子间右侧，管路用U型螺杆卡固定在罐道梁上，2条动力电缆及照明电缆布置在梯子间左侧。

通讯电缆布置在右侧管路上方。

8.2.1井筒净周长:

P=2πR=2×3.14×2.75=17.27m

8.2.2井筒净断面积：

S1=πD²/4=3.14×5.5²/4=23.75m²

8.2.3井筒设计掘进断面数：

S2=π（D+2T）²/4=29.21m²

第九章计算材料消耗（每米井筒）

9.1主井

9.1.1每米井筒的掘进体积：

V1=S2×1m=20.42m2×1m=20.42m3

9.1.2混凝土消耗：

π[（R+0.15）²-R²]×1=3.14×（5.76-5.06）×1=2.23m³

9.1.3罐道梁消耗：

罐道梁埋入井壁的深度取壁厚的2/3，井筒断面上罐道梁长度为9.5m，罐道梁重量取16.733kg/m，则每米主井消耗罐道为9.5×16.733=159kg；

9.1.4梯子材料消耗：

梯子两中心线间距600mm，平台层间距4.168m。

梯子蹬间距取300mm。

一架金属梯子所需材料的重量为95.36kg，每米消耗95.36/4.168=22.88kg/m。

9.1.5每米井筒粉刷面积：

Sn=P×1=14.13×1=14.13m2

9.2副井

9.2.1每米井筒的掘进体积：

V1=S2×1m=29.21m2×1m=29.21m3

9.2.2混凝土消耗：

V2=（S2-S1）×1=（29.21-23.75）×1=5.46m3

9.2.3罐道梁消耗：

罐道梁埋入井壁的深度取壁厚的2/3，从图中测量井筒断面上罐道梁长度为5.36m，3.17m,5.82m,罐道梁层间距为4.168m。

14b型槽钢梯子梁长1.75m、1.92m、1.96m。

9.2.4每米竖井罐道梁所需钢材量为:

（5.36+3.17+5.82）×36.8/4.168=126.70kg

9.2.5罐道消耗：

每米罐道重量为38kg/m，一井筒内布置四条罐道，所以，每米竖井所需罐道为38×4=152kg。

9.2.6巷道每米钢材消耗:

126.70+152=278.70kg。

9.2.7每米井筒粉刷面积:

Sn=P×1=17.27×1=17.27m2

表9-1井筒每米工程量和材料消耗

井筒类别

掘进工程量

/m³

材料消耗（混凝土材料）

/m³

粉刷面积/m²

断面面积/m2

喷射混凝土厚度/mm

净周长/m

净面积

设计掘进

主井

20.42

2.23

14.13

15.9

20.42

150

14.13

副井

29.21

5.46

17.27

23.75

29.21

150

17.27

第十章结束语

《井巷工程》是一门理论与实践结合性很强的课程，而这次我们所进行的井巷工程课程设计就达到了理论与实践的完美结合。

井巷工程课程设计是采矿工程专业教学环节的重要一环，它是在我们学习过《井巷工程》课程以及通过认识实习之后进行的。

在为期一周的时间之内，我通过查阅了大量矿山井巷工程施工设计等方面的书籍，并结合具体案例进行井筒提升的设计编制，在此期间我们采集了大量相关数据并进行了计算处理和翻阅了部分井巷施工图纸，通过恰当有力的编制、处理及衔接，我终于在规定的时间内完成了任务。

在这为期一周的时间内，尽管时间短、任务繁重、工作量大，但我还是克服了重重困难，按质按量的完成了这项任务。

这次课程设计巩固和扩大了我所学的理论知识并使之系统化，培养了我用所学知识解决实际问题的能力，提高了我的计算、绘图、查阅基本资料的基本技能，为我今后走上工作岗位从事设计工作打下坚实的基础，从而更好的服务于祖国矿产工业的建设！

第十一章井筒断面图及附图

11.1用图解法确定主井井筒直径（如附图1所示）

11.2主井井筒断面图（如附图2所示）

11.3用图解法确定副井井筒直径（如附图3所示）

11.4副井井筒断面图（如附图4所示）

参考文献

[1]《采矿设计手册》之3（井巷工程卷）和4（矿山机械卷），中国建筑工业出版社，1989年2月。

[2]《采矿手册》第二卷和第五卷，《采矿手册》编辑委员会编，冶金工业出版社，1991年12月第一版，2005年5月第四次印刷。

[3]《采矿工程设计手册》中下卷，张荣立主编，煤炭工业出版社，2003年5月。

[4]《井巷工程》第二版，周昌达主编，冶金工业出版社，1993年。

[5]《冶金矿山井巷工程设计参考资料》上、下册，南昌有色冶金设计院编，冶金工业出版社，1979年1月。

[6]东兆星吴士良,井巷工程.徐州.中国矿业大学出版社.2005.2

[7]沈养中，工程力学〔第二版〕.北京：

高等教育出版社，2003

[8]杨孟达，煤矿地质学.北京：

煤炭工业出版社，2003.3

[9]徐永圻，采矿学.徐州：

中国矿业大学出版社，2006.12

[10]姜有，井巷工程课程设计指导书.，2007.4