井巷工程课设设计.docx

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井巷工程课设设计

井巷工程课程设计，费了很长的时间才设计完的，里面还有图片的

1.设计的目的

本课程设计是“井巷工程”课教学的重要环节，通过本设计，使学生熟悉设计的程序和方法，培养学生独立分析和解决问题的能力，为毕业设计打下基础。

2.设计的条件

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＝2～4，为稳定性较差岩层，涌水量360m3/h，风量60m3／s。

主井与副井所通过岩层f＝4～6，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1.2Mt/a，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）。

3.主井

3.1选择井筒断面形状；

立井井筒断面形状有圆形和矩形两种，该主井为双箕斗井，年产1.2Mt/a，穿过普氏系数f=4-6的岩层，中等稳定的Ⅲ类围岩,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。

选用锚杆喷射混凝土支护。

3.2选择罐道形式及材料

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。

罐道有矿用工字钢罐道、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。

3.3确定断面尺寸

3.3.1井筒各构件平面尺寸计算

采用FJD2.5（5.5）型双箕斗，其外形参数为h×b：

1236×1452mm。

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

3.3.2井筒提升间尺寸计算

L=m0+2h+b1/2+b4/2

x=1/2（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，m

=1236+124=1360mm

h——罐道的高度，h=180mm

b1——罐道梁1的宽度,b1=122mm

b4——罐道梁4的宽度,b,=116mm

x——罐道梁、中心线至箕斗外边缘的距离，mm

A——箕斗的宽度,A=1236mm

所以：

L=m0+2h+b1/2+b4+2d=1360+2*180+122/2+116/2=1839mm

x=1/2（L+A）=1/2（1839+1236）=1537.5mm

3.2.2梯子间尺寸的计算

M=600+600+m+b2/2

式中M——梯子间短边梁中心线与井壁交点至主梁2中心线的间距,mm;

600为梯子孔宽度,mm

m——梯子孔边至罐道梁2的宽度。

使用金属梯子m=77mm

b2——罐道梁2的宽度,b2=122mm

所以M=600+600+m+b2/2=1200+77+122/2=1338mm

H——梯子间两次梁中心线间距,一般取H=2（700+70）=1540mm,其中700为梯子孔前后宽度,70为梯子梁宽度。

J——梯子间另一侧短边次梁中心线至井筒中心线的距离取300mm

S——梯子间短边次梁中心线至井筒中心线的距离,为1240mm

3.3.3图解法确定井筒直径（附图1-1）

（1）按计算出的提升间、梯子间平面结构布置尺寸。

（2）沿箕斗拐角B、C点角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=4333mm。

（4）按要求以0.5m进级确定井筒直径D=4.5m。

（5）验证并调整M,△1,△2

150

式中e——井筒中心线至罐道中心线的距离，测量约为518mm

R——井筒近似净半径，为2250mm

B——箕斗中心线距箕斗一端的距离为726mm

C——箕斗中心线距箕斗另一端的距离为726mm

——箕斗最突出部分距梯子梁内边的安全距离，取150mmb——罐道梁2的宽度，为122mm

将上述结果带入上式得：

=271

150mm,△2=150mm

100mm,M=1374mm

1331mm。

2

3.3.4风速验算

V=Q/S0≤Vmax

式中Q——井筒要求通过的风量,为80

/s

V——井筒实际风速,m/s

S0——井筒通风有效断面积,S0=S-A,A为梯子间面积取2

Vmax——井筒允许的最高风速,取8m/s

则V=80/{（3.14×2.252）-2}=5.76m/s＜8m/s

故满足通风要求.

3.3.5选用支户方式和支户参数

采用喷射混凝土支护，中等稳定岩层，井筒净直径4.5m，查表取支户厚度为350mm。

井筒掘进直径为4.5+0.35×2=5.2m。

3.3.6井筒断面布置

梯子间：

如主井断面图（附图1-2），选用梯子代号1，取梯子宽度400mm

，两梯子中心线间距600mm，平台层间距4m。

梯子蹬间距取300mm。

管子间：

如主井断面图（附图1-2），排水管布置在梯子间旁边较大的隔间里。

3.3.7每米竖井材料消耗

混凝土消耗：

[（R+0.35）2-R2]×1=3.14×（2.62-2.252）×1=6.99m3

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1,2,3,4长度分别为4.89m，1.89m,1.89m,2.84m，罐道梁层间距为4.168m，查《井巷工程》（孙昭铮主编，化学工业出版社，1991年5月第一版表5-4）I28a型钢罐道梁（1，4）重量取43.5kg/m，I25a型钢罐道梁（2，3）重量38.1kg/m。

每米竖井所需要的钢材（4.89+2.84）/4.168*43.5+3.77/4.168*38.1=115.1kg/m。

罐道消耗：

每米罐道重量为23kg/m，一井筒内布置四条罐道，所以，每米竖井所需罐道为23*4=92kg/m。

3.3.8按1：

50绘制主井井筒断面图（附图1-2）。

4．副井断面设计

4.1选择井筒断面形状

选择承受地压性能好、通风阻力小、服务年限长、维护费用少、便于施工的圆形断面。

4.2井筒提升容器与装备

采用3#单层罐笼（YJGG-2.2型）。

选用钢轨罐道。

I25b型钢做罐道梁（附图2-1中1,2），I20b型钢作辅助罐道梁（附图2-1中3）。

梯子梁选[16型钢。

副井内铺设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。

4.3确定提升间和梯子间的尺寸

4.3.1提升间尺寸分别按下列公式计算：

C

=E

+B

+E

C

=E

+B

+E

式中：

C

——1、3号罐道梁中心线距离，mm

C

——1、2号罐道梁中心线距离，mm

E

、E

、E

、E

——罐道梁与罐道连接部分尺寸。

根据初选的罐道、罐梁类型分别为190mm，195mm，195mm，195mm

B

、B

——两册罐道之间距离，mm，其值取为1450mm

所以：

C

=190+1450+195=1835mm

C

=195+1450+195=1840mm

4.3.2梯子间尺寸分别按下列公式计算：

M=600+600+m+d2/2

式中：

600——梯子孔宽度，毫米；

m——梯子孔至2号罐道梁的距离，取77mm；

d2——2号罐道梁的宽度，查表为116mm

所以：

M=1200+77+112/2=1333mm

H=2（700+65）=1530mm

式中：

700——梯子孔前后的宽度，mm；

65——梯子梁宽度，mm

通常取J=200-400m，因此

S=H-J=1530-300=1230mmJ取300mm。

4.3.3图解法确定井筒直径（附图2-1）

（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=150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等于5449mm。

（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d

=568mm。

按下式验算和修正安全间隙l及梯子间布置尺寸M。

l=R-

=167>150mm

M=

+d

-C

=1362>1333mm

经验算，合乎要求。

4.4风量验算

V=Q/S0≤Vmax

式中Q——井筒要求通过的风量,为80

/s

V——井筒实际风速,m/s

S0——井筒通风有效断面积,S0=S-A,A为梯子间面积取2

Vmax——井筒允许的最高风速,取8

/s

则V=80/{（3.14×2.752）-2}=3.67

/s＜8

/s

故满足通风要求.

4.5选用支户方式和支户参数

采用喷射混凝土支护，中等稳定岩层，井筒净直径5.5m，查表取支户厚度为550mm。

井筒掘进直径为5.5+0.55×2=6.6m。

4.6井筒断面布置

梯子间：

如主井断面图，选用梯子代号1，取梯子宽度400mm

，两梯子中心线间距600mm，平台层间距4m。

梯子蹬间距取300mm。

管缆布置：

由于该井筒需要布置的管线较多，按井筒管缆布置原则，把动力电缆与信号电缆分别布置在梯子间两侧，如副井断面图（附图2-2）。

4.7每米竖井材料消耗

混凝土消耗：

×[（R+0.55）2-R2]1=3.14×（3.32-2.752）×1=10.45m3

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1、2罐道梁长度为6.06m，5.84m,3号罐道梁长度为3.52m,罐道梁层间距为4.168m，I22b型钢罐道梁重36.5kg/m,I20b型钢罐道梁重31.1kg/m.

每米竖井罐道梁所需钢材量为:

（6.06×36.5+5.84×36.5+3.52×3.11）/4.168=130.48kg/m。

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/m。

4.8按1：

50绘制副井井筒断面图（附图2-2）。

5.石门

5.1选择巷道断面形状

年产120万t矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在20年以上，采用600mm轨距双轨运输的大巷，其净宽在3m以上，又穿过稳定性较差的岩层，故选用钢筋砂浆锚杆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。

5.2选择巷道净断面尺寸。

（1）确定巷道净宽度B

查表知道ZK10—600/550电机车宽A1=1060mm,高h=1550mm

YCC1.2（6）3t矿车宽1050mm高1200mm。

根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽C=840mm，非人行道一侧宽A=400mm，又知道本巷双轨中线距b=1300mm,则两电机车之间距离为：

1300—（1060/2+1060/2）=240mm

故巷道净宽度：

B=a1+b+c1=（400+1060/2）+1300+（1060/2+840）=3600mm。

（2）确定巷道拱高h0

半圆拱形巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800mm。

半圆拱半径R=h0=1800mm。

（3）确定巷道壁高H3

1）按架线电机车导电弓子要求确定h3

由《井巷工程》课本表2-5中半圆拱形巷道壁高公式得：

式中：

h4——轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》取h4=2000mm；hc——道床总高度。

查《井巷工程》表2.9选用30kg/m钢轨，得hc=410mm，道渣高度hb=220mm；

n——导电弓子距拱壁安全间距，取n=300mm；

K——导电弓子宽度之半，K=718/2=359mm,取K=360mm；

b1————轨道中线与巷道中线间距，

b1=B/2-a1=3600mm/2-930mm=870mm。

故：

h3≥2000mm+410mm-[（1800-300）2-（360+870）2]1/2mm=1552mm

2）按管道装设要求确定h3

式中h5——渣面至管子底高度，按《煤矿安全规程》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=300mm；

D——压气管法兰盘直径，D=335mm；

b2————轨道中线与巷道中线间距,

。

故：

h3≥1800mm+900mm+220mm-[18002-（360+300+335/2+430）2]1/2mm=1633mm

3）按人行高度要求确定h3

式中j——距壁j处的巷道有效高应不小于1800mm。

j≥100mm,一般取j=200mm。

故h3≥1800mm+220mm-[18002-（1800-200）2]1/2=1195mm

综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h3=1820mm。

这巷道净高度H=h3—hb—h0=1820—220+1800=3400mm。

（四）确定巷道净断面积S和净周长P

由《井巷工程》课本表2.6得净断面积S=B（0.39B+h2）

式中h2------道渣面以上巷道壁高，h2=h3—hb=1820—220=1600mm

故S=3600×（0.39×3600+1600）=10.8m2

净周长P=2.57B+2h2=2.75×3.6+2×1.6=12.5m

（五）用风速校核巷道净断面积

由公式V=Q/S校核，查《井巷工程》课本表2.8知Vm=8m/s，已知通过大巷风量Q=60m3/s，则

V=Q/S=60/10.8=5.56＜8m/s

设计的大巷断面积，风速没超过规定，可以使用。

（六）选择支架参数

采用锚喷支护，根据巷道净宽3.6m、穿过稳定性较差岩层，即属Ⅳ类围岩、服务年限大于10年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为直径为20mm螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度≥700mm，设计锚固力≥110KN。

锚杆长度2.0m，成方形布置，其间排距0.80m×0.80m；托板为8mm厚150mm×150mm的方形钢板。

喷层厚度T=120mm，分两次喷射，每次各喷60mm厚，故支护厚度T=T1=120mm。

（七）选择道床参数

根据本巷道通过的运输设备，已选用30kg/m钢轨，其道床参数hc,hb，分别为410mm和220mm，渣面至轨面高度ha=hc—hb=410—220=190mm.采用钢筋混凝土轨枕。

（八）确定巷道掘进断面尺寸

由《井巷工程》课本表2.6查得计算公式得：

巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3600+2×120=3840mm

巷道计算掘进宽度B2=B1+2δ=3840+2×75=3990mm

巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3400+220+120=3740mm

巷道计算掘进高度H2=H1+δ=3740+75=3815mm

巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1+h3）=12739584mm2取S1=12.7m2

巷道计算掘进断面积S2=B2（0.39B2+h3）=13470639mm2取S2=13.5m2

5.3布置巷道内水沟和管线

已知通过本巷道的量为360m3/h，现采用水沟坡度为3‰，查《井巷工程》课本表2.12得：

水沟深500mm，水沟宽500mm，水沟净断面积0.25m2；水沟掘进断面积0.306m2，每米水沟盖板用钢筋2.036kg、混凝土0.0323m3，水沟用混凝土0.161m3。

。

管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道一侧，通讯电缆挂在管子上方。

5.4计算巷道掘进工程量及材料消耗量

由《井巷工程》课本表2.6计算公式得：

每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S2×1=13.5m3

每米巷道墙脚计算掘进体积V3=0.2（T+δ）×1=0.2（0.12+0.075）×1=0.04m3

每米巷道拱与墙喷射材料消耗

V2=（1.57（B2—T1）T1+2h3T1）×1=（1.57（3.99—0.12）0.12+2×1.82×0.12）×1=1.16m3

每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T1×1=0.2×0.12×1=0.024m3

每米巷道喷射材料消耗（不包括损失）

V=V2+V4=1.184m3

每米巷道锚杆消耗N=（p1-0.5a）/aa′

式中p1—计算锚杆消耗周长

p1=1.57B2+2h3=1.57×3.99m+2×1.82m=9.9043m

aa′—锚杆间距、排距，a=a′=0.8m

故N=（9.9043-0.5×0.8）/（0.8×0.8）=14.85根

折合质量为

14.85[lπ（d/2）2ρ]=14.85[2.00×3.14（0.02/2）2×7850]=73.21Kg

式中l—锚杆长度，l=2.0m

d—锚杆直径，d=20mm

ρ—锚杆材料密度，ρ=7850Kg/m3

每排锚杆数N×0.8=14.85×0.8=11.88根≈12根

每米巷道粉刷面积Sn=1.57B3+2h2

式中B3—计算净宽，B3=B2-2T=3.99m-2×0.12m=3.75m

故Sn=1.57×3.75m+2×1.6m2=9.1m2

表1石门特征

围岩类别

断面/m2

设计掘进尺寸/mm

喷射厚度

/mm

锚杆/mm

净周长/m

净

设计掘进

宽

高

型式

排列方式

间排距

锚杆长

直径

Ⅳ

10.8

12.7

3840

3740

120

镙纹钢树脂锚杆

方形

800

2000

20

12.5

表2巷道每米工程量及材料消耗

围岩类型

计算掘进工程量/m3

锚杆数量/根

材料消耗

粉刷面积/m2

巷道

墙脚

喷射材料/m3

锚杆

钢筋/Kg

树脂药卷/个

Ⅳ

13.5

0.04

14.85

1.184

73.21

29.7

9.1

5.5按1:

50绘制巷道断面图（附图5）

5.6施工组织设计

5.6.1选择机械化作业线钻、装、运等配套的型号及数量

设备名称

型号

数量

备注

气脚式风动凿岩机

7655

21台

其中13台备用

耙斗式装载机

P60B

2台

架线式电机车

ZK10—600/550

1台

矿车

YCC1.2（6）

若干台

混凝土喷射机

转Ⅱ型

2台

其中备用1台

局部通风机

29kw

2台

其中备用1台，配直径700mm胶质风筒

激光指向仪

J28

1台

5.6.2爆破作业设计

选用《井巷工程》表3.8中1段别第二系列的毫秒延期电雷管，选用2号铵梯炸药，选用FR82-150电容式发爆器。

工作面炮眼布置（附图3-3）。

初步估算炮眼的数目:

N=qSml/aP公式（3.7）

式中N-----------------炮眼数目；

q-----------------单位炸药消耗量，㎏/m3；

S-----------------巷道掘进断面，㎡；

m-----------------每个药卷长度，m；

l-----------------炮眼的利用系数；

a-----------------装药的长度系数，一般为0.5—0.6;

P-----------------每个药卷的质量,㎏；

N=1.04×12.75×0.16×0.9×2/0.5×0.15=32.6=51个

爆破原始条件

名称

数量

名称

数量

巷道的掘进断面/m2

12.75

炮眼数目/个

53

岩石的坚固性系数f

2—4

雷管数目/个

52

炮眼深度/m

2.0

总装药量/kg

32.55

装药量及起爆顺序

眼号

眼名

眼数/个

眼深/m

装药量

起爆顺序

连线方式

装药结构

单孔

小计

卷数/个

质量/kg

卷数/个

质量/kg

1

空眼

1

2.2

串联

连续反向装药

2-5

掏槽眼

4

2.2

7

1.05

48

4.20

Ⅰ

6-13

一圈辅助眼

8

2.0

5

0.75

40

6.00

Ⅱ

14-26

二圈辅助眼

13

2.0

5

0.75

65

9.73

Ⅲ

37~39,51~53

帮眼

6

2.0

2

0.30

12

1.80

Ⅳ

40-50

顶眼

11

2.0

2

0.30

22

3.30

Ⅳ

27-36

底眼

10

2.0

5

0.75

50

7.50

Ⅴ

预期爆破效果

名称

数量

名称

数量

炮眼利用率

90%

每米巷道耗药量/kgm-3

18.1

每循环工作面进尺/m

1.8

每循环炮眼总长度/m

107

每循环爆破实体岩石/m3

23.0

每平米岩体耗雷管量/个m-2

4

炸药消耗量/kgm-3

1.5

每米巷道耗雷管量/个m-1

28.9

5.6.3通风与防尘措施

1）通风：

掘进中采用局部通风机通风，其通风方式为混合式通风。

风筒选用带有刚性骨架的可缩性风筒也可应用胶质风筒。

2）防尘措施

1.湿式钻眼是综合防尘最主要的技术措施。

钻眼过程中用水冲洗炮眼，使岩粉变成浆液从炮眼流出，使粉尘不会飞扬，能显著降低巷道中的粉尘浓度。

2.喷雾洒水，对防尘和降尘都有良好的作用。

3.加强通风排尘工作。

首先在掘进巷道周围建立通风系统，以形成主风流；其次在各作业点搞好局部通风工作，保证工作面能得到足够的风量和一定得风速，以便迅速地把工作面的粉尘稀释并排到祝回风流中去。

4.加强个人防护工作。

工作面作业时戴防尘口罩，定期检查身体健康，发现病情及时治疗。

5.清扫落尘。

矿井及时清除巷道中的浮煤，清扫或冲洗沉积煤尘，定期撒布岩粉，定期对主要大巷刷浆。

5.6.4岩石装运及调车方法

使用耙斗式装载机进行装岩，巷道左侧重车线轨道距工作面15—30m，右侧空车线轨道距工作面40—60m。

采用一台5t电机车、双轨浮放道岔调车，2台10t架线式电机车运输，轨道铺设与打眼平行作业。

5.6.5合理组织施工并编制循环图表

采用综合掘进队、多工序平行交叉和正规循环作业的劳动组织形式，六小时工作制，四班掘进，两班复喷支护与掘