水平运输大巷直线段掘进工程设计-《井巷工程》课程设计文档格式.docx

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2.2.2绘制爆破作业图表 16

3.水平运输大巷施工工艺设计 18

3.1巷道掘进必须坚持正规循环作业 18

3.2编制循环作业图表 18

3.2.1确定掘进队的工作制度 18

3.2.1确定作业方式 18

3.2.3确定循环方式和循环进尺 19

3.2.4计算循环作业时间 19

3.2.5掘进队组织形式和人员配备 21

3.2.6掘进队机械设备和工器具配备 22

3.2.7循环作业图表 23

参考文献 25

致谢 26

0绪言

0.1主要设计条件

1、年生产能力：

15万吨；

2、瓦斯等级，均属于低瓦斯矿井，采用中央分列式通风；

3、地质情况，巷道周围100m内无大断层；

井下每小时最大涌水量为200m3；

岩

石坚固系数为：

f=4～6；

4、主要运输设备，采用ZK10－6/250架线式电机车牵引1.5吨固定式矿车运输；

5、通风情况，设计巷道要求每秒通过风量为：

25m3；

巷道内敷设一趟200mm的

压风管和一趟100mm的水管；

6、采用“三八”作业制。

0.2设计内容

1、运输大巷直线段的断面设计及施工图设计；

2、运输大巷爆破设计；

3、编制运输大巷施工循环图表

4、编写设计说明书。

0.3任务目的和意义

井巷工程课程设计是在《井巷工程》课程结束后，进行的一个实践性教学环节，是一次综合性专业设计能力训练。

通过课程设计，对《井巷工程》及相关课程所学内容进行融会贯通，使所学知识得到进一步巩固和加强，培养我们在设计计算、工程制图、文献查阅、运用有关施工

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标准和规范等方面的基本技能，提高独立分析问题和解决问题的实际能力。

通过课程设计主要培养如下基本技能：

1、根据具体条件设计巷道断面积的能力；

2、根据具体条件进行巷道掘进爆破设计的能力；

3、根据具体条件编制巷道施工循环图表的能力；

4、培养我们执行《煤矿安全规程》、《煤矿设计规范》及《煤矿井巷工程质量验收规范》的能力；

5、培养我们制图和撰写设计说明书的能力。

0.4设计成果

本设计根据原始资料设计出了巷道断面面积为8.5m2，计算出炮眼数量32个，炮眼深度1.3m，炮眼直径40mm。

画出巷道断面图和炮眼布置图，工作循环表。

1.水平运输大巷直线段断面设计

巷道断面设计是矿井开采设计中的一个重要组成部分，贯穿矿井服务年限，属于施工图设计的范畴。

设计的巷道断面直接作为井下巷道施工的依据，也是进行井下工

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程概预算的依据。

巷道断面设计的原则是：

在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，取得最佳的经济效果。

巷道断面设计的内容与步骤是：

首先，根据巷道的服务年限、用途和围岩性质，选择巷道断面形状和支护方式；

其次，根据巷道中多通过的设备尺寸、支护参数与道床参数、通风量和行人要求等确定巷道净断面尺寸（并进行风速验算），计算巷道的设计掘进断面的尺寸，并按允许的超挖值，求算出巷道的计算掘进断面尺寸；

然后，布置水沟和管缆；

最后绘制出巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗表。

1.1确定巷道断面形状

年产15万吨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轨距单轨运输大巷，其净宽在3m以上，又穿过中等稳定的岩层（f=4-6），故选用锚杆和喷射混凝土支护，巷道为半圆拱形断面。

1.2确定巷道净断面尺寸

1.2.1巷道净宽的确定

ZK10-6/250电机车宽a1=1060mm，高h=1550;

3t矿车宽=1050mm，高=1150mm。

根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽c=800mm，非人行道一侧宽a=400mm。

故巷道净宽度:

B=a1+c1=（400+1060/2）+（1060/2+800）=2260mm

1.2.2、巷道净高度的确定

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半圆拱形巷道的拱高h0=B/2=2260/2=1130mm。

半圆拱半径R=h=1130mm。

2）确定巷道壁高h3

1按架线电机车导电弓子要求确定h3

由表5-4中半圆拱形巷道拱高公式得

（R-300）2-（K+Z）2

h3=h4+hc-

式中:

h4为轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》取h4=2000mm；

hc为道床总高度。

查表5-11选24kg/m钢轨，再查表5-8得hc=360mm；

道渣高度hb=180mm；

300为导电弓子距拱壁安全间距K为导电弓子宽度之半，取K=360mm；

（1130-300）2-（360+200）2

Z为轨道中线与巷道中线间距，Z=B/2—a=2260/2—930=200mm。

故h3=2000+360— =1748mm

R2（-K+300+D-b）2

1

2按管道装设要求确定h3

h3=1800+hb

+n—

式中：

n——管子悬吊件总高度，取n=900mm；

300——导电弓子距管子间距；

D——压气管直径，D=200mm；

11302-（360+300+200+200）2

故h3≥1800+180+900— =2489mm。

3按人行高度要求确定h3



R2-（R-r）2

h3=1800+hb-

r——距巷道壁的距离。

距壁r处的巷道有效高度不小于1800mm。

r=100mm，一

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般取r=200mm。

11302-（1130-200）2

故h3≥1800+180-

=1339mm。

综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h3=2489mm。

1.2.3计算巷道的净断面积

S=B（0.39B+h2）

h2——道渣面以上巷道壁高，h2=h3—hB2489—180=2309mm。

故S=2260×

（0.39×

2260+2309）=7210304mm2=7.2m2

1.2.4巷道风速演算

校核巷道净断面面积值

查表5-7，知v=8m/s，已知通过大巷风量Q=25m3/s，代入式得

V=Q/S=25/7.2=3.47＜8m/s

设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。

1.3计算巷道设计掘进断面积和计算掘进断面积

1.3.1巷道支护设计

本次设计原始材料给予围岩硬度系数为4-6，故此采用锚喷支护，根据巷道净宽

2260mm、穿过较稳定岩层、服务年限大于50年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为Φ18mm螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度≥700mm，设计锚杆预紧力≥40kN，锚固力≥80kN。

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。

喷射混凝土层厚T1=100mm，分两次喷射，每次各喷50mm厚。

故支护厚度T=T1=100mm。

1.3.2道床参数的选择

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根据本巷道通过的运输设备，已选用18kg/m钢轨，其道床参数hc、hb分别为

320mm和180mm，道渣面至轨面高度ha=hc—hb=320—180=140mm。

采用钢筋混凝土轨

枕。

（见书上表5-9）

常用道床参数表

轨型/kg·

m-1

主要运输巷及倾角10°

以下斜巷

中巷及倾角10°

以上斜巷

道床总高度

hc

道碴高度

hb

碴面至轨面高

ha

24，33

15,18

360

320

200

180

160

140

270

220

不铺

130

1.3.3断面面积计算

由《井巷工程》表5-14计算公式得：

巷道设计掘进宽度 B1=B+2T=2260+200=2460mm=2.46m

巷道计算掘进宽度 B2=B1+2δ=2460+2×

75=2610mm=2.61m

巷道设计掘进高度 H1=H+hb+T=3619+180+100=3899mm=3.899m

巷道计算掘进高度 H2=H1+δ=3899+75=3974mm=3.974m

巷道设计掘进断面面积

S=B（0.39B+h）=2460×

2460+2489）=8483064mm2。

1 1 1 3

取S1=8.5m2。

巷道计算掘进断面积:

S2=B（20.39B2

+h）=2610×

2610+2489）=9153009mm2

3

取S=9.1m2。

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1.4巷道断面内水沟设计和管线布置

1.4.1水沟设计

已知通过巷道的水量为200m3/h，现采用水沟坡度为0.5%，由《井巷工程》查表5-17得：

水沟深度400mm，水沟净断面积为0.16m2,水沟掘进断面积为0.203m2。

1.4.2管线布置

1）根据煤矿安全规程规定：

1管道或电缆距车辆外缘300mm。

2动力电缆与信号电缆相距400mm。

3两缆上下间距300mm

4电缆与水管、气压管相隔400mm

5电机车空线距轨面水平相隔2500mm，与拱或顶梁的间距为300mm。

如图1-1所示：

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2.运输大巷爆破工艺设计

2.1钻眼爆破

根据规程规定，锚喷巷道必须采用光面爆破。

2.1.1凿岩设备和工器具的选择

钻眼爆破器材一览表

器材名称

雷管

炸药

凿岩机

型号

8号

抗水2号岩石铵梯炸

药

CGJ-2凿岩台车

凿岩台车优点如下：

1高效性：

钻速快，质量高。

2灵活性：

退进自由，速度，推动力可控制；

可凿不同方向的炮眼。

3普遍性：

实用于钻任何炮眼，可钻较深、直径大的炮眼。

4环保性：

能大力改善工作环境，消除油雾水气，噪音小。

2.1.2掏槽方式的选择

作用分类：

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1）斜眼掏槽

1单斜掏槽：

单斜掏槽适用于中硬及较软的岩层，当岩层中有松软的夹层和层理、节理与裂隙结构时，各掏槽眼应尽量垂直地穿过层理、节理和裂隙，并处于巷道中心

线上，避免夹钎或崩倒支架。

掏槽眼数一般为1～3个，眼距为0．3～0．6 m，与工作面的平面夹角为50°

～75°

，眼深为0．8～1．5m，装药满度系数为0.5左右。

2扇形掏槽：

适用于软岩层中有弱面可利用的巷道。

它把炮眼布置在较软的煤岩层中并成一排，炮眼向同一方向倾斜，与工作面的平面夹角一个比一个大，形成扇形。

掏槽眼的方向可随软层的位置选定，一般为3～5个，眼距为0．3～0．6 m，眼深通常为1．3～2．0m，装药满度系数为0．5左右，各槽眼利用多段延期雷管依次起爆。

3锥形掏槽：

在只有一个自由面的坚硬岩石或均质岩石中爆破时，采用锥形掏槽。

锥形掏槽就是将几个掏槽炮眼的眼底，集中在一点附近，实行集中装药，一齐起爆的

方法。

锥形掏槽可分为三眼或四眼锥形掏槽，掏槽呈锥形。

眼数、眼深和眼距根据断面大小及岩石软硬而定。

眼数一般为3～6个，多为4个。

眼口左右间距为0．8～1．2m，上、下间距为0．6～1．0m，眼底间距为0．1～0．2m，眼深应小于巷道高或宽的1／2，各槽眼同时起爆，为了加深掏槽深度和循环进度，可采用分段锥形掏槽。

锥形掏槽因槽眼方向不易掌握，钻眼工作不方便，眼深受到限制，目前在巷道掘进中已很少使用。

4楔形掏槽：

楔形掏槽和锥形掏槽一样，都是尽量在炮眼底集中装药，使炸药爆炸时形成更大的威力把岩石爆破成抛掷漏斗，集中装药在眼底呈一条直线。

槽眼对称布置，分水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽两种，均为同时起爆。

水平楔形掏槽只在水平层理发育的岩层中使用，而多数情况都使用垂直楔形掏槽。

垂直楔形掏槽两对水平方向槽眼眼口间距为1．0～1．4m，眼底间距为0．2～0．3m，但对非常难爆的岩石，

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应使眼底的距离不超过0．2 m。

装药满度系数一般为0．7。

槽眼排距（每对槽眼垂直距离）、眼数及槽眼角度根据岩石软硬决定，排距一般为0．3～0．5 m，眼数一般为

4～6个，槽眼角度一般为60°

～70°

。

垂直楔形掏槽因受巷道宽度限制，炮眼深度较浅。

2）直眼掏槽

1直线掏槽：

各炮眼彼此相距0．1～0．2 m，适用于整体性好的韧性岩石和较小的巷道断面。

2菱形掏槽：

炮眼深度2 m以下效果较好。

在坚硬岩石中，为取得较好的爆破效果，可加打空眼。

一般用毫秒电雷管分两段起爆，距离小的一对先起爆，距离大的一对后起爆。

装药满度系数为0．7～0．8，这种掏槽方式适用于各种岩石条件。

3角柱掏槽：

掏槽眼一般用两段电雷管起爆，炮眼排列，此方式适用于中硬岩石。

4螺旋掏槽：

它以中空眼为中心，周边布置4个掏槽眼，逐个加大距离，形如螺旋，因而得名。

在1、2、3号眼连线中间各加一个空眼，作为膨胀空间和附加自由面，可有效防止炸药被压死。

适用于中硬以上岩石，是较好的直眼掏槽方式之一。

本设计为水平运输大巷，岩巷，岩石硬度为4-6，为中等稳定岩层，故本设计采用直眼掏槽直线掏槽法。

2.1.3爆破参数的选择

1）炮眼直径

炮眼直径对钻眼效率、全断面炮眼数目，炸药消耗量和爆破岩石块度与岩壁平整度均有影响。

因此，应根据巷道断面大小、块度要求、炸药性能和凿岩机性能综合考虑，进行选择。

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炮眼直径大，可减少炮眼数目，炸药能量相对集中，可提高爆破效率，但钻速下降，影响爆破质量和降低围岩稳定性。

现场多根据药卷直径来确定炮眼的直径。

目前国内岩巷掘进均采用直径为27mm、32mm、和35mm三种药卷，炮眼直径需比药卷直径大6-8mm左右，所以目前岩巷掘进的炮眼直径多采用35-42mm。

2）炮眼深度的确定

以月进尺任务和凿岩、装岩设备的能力确定每一循环的炮眼深度即

l³

L

N×

k×

n×

h

l——炮眼深度，m；

L——计划月进度，m；

N——每月实际用于掘进的天数，30天；

k——正规循环率，即每月实际用于掘进工作的天数与30天之比，一般取

k=0.8～0.9；

n——每日完成掘进循环数，次；

h——炮眼利用系数，一般要求³

0.8。

本次施工中设定计划月进度为100m，正规循环率设为0.9，每日完成掘进的循环次数为3次，炮眼利用率为0.95。

所以

100 »

1.3m30´

0.9´

3´

0.95

即炮眼深度选为1.3m。

3）炮眼数目

N=qsmh

ar

N——炮眼数目；

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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

a——装药系数，即装药长度与炮眼长度之比，一般取0.5左右。

r——每个药卷的重量，g

炸药（kgm3）

雷管（个m3）

消

表7-3 平巷 耗量定额

巷道断面

m2

光爆锚喷巷道

软岩

中硬岩

硬岩f=8-10

坚硬岩f=10-11

＜10

1.27

2.53

1.79

3.10

2.55

3.15

3.19

4.22

由本次施工巷道的岩石围岩系数为4-6，巷道断面积为8.5m2，且为光面爆破，所以根据上表选取单位炸药消耗量为1.79kg/m3。

N=qSmh=1.79´

8.5´

170´

0.9=32个

即取炮眼数目为32个。

4）单位炸药消耗量见上表。

0.5´

150

2.1.4爆破网络的设计计算

《煤矿安全规程》第三百三十五条规定，井下爆破必须使用发爆器。

根据这一原则，爆破网络一律采用串联。

1）爆破器材的选择

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1炸药选用：

煤矿许用炸药岩石炸药

岩石炸药适用于无瓦斯和煤尘爆炸危险的井巷掘进，它比煤矿许用炸药威力高，适用于硬岩或中硬岩爆破，坚硬岩爆破应选用高威力炸药或水胶炸药。

本次设计选用岩石铵梯炸药。

岩石铵梯炸药，这种炸药属于中威力炸药，目前我国生产的品种为1号，2号和抗水2号，抗水3号及抗水4号类型。

其中以2号和抗水2号应用最为普遍，抗水4号是新研制的品种，威力最大，适用于爆破硬岩。

1号、2号岩石铵梯炸药适用于爆破中硬岩，3号适用于软岩，抗水型适用于软岩，抗水型适用于涌水或淋水工作面，但还应采取套加防水套措施。

（井下每小时最大涌水量为200m3）故此选用抗水2号。

岩石铵梯炸药组成与性能见表4-8。

2雷管选用

起爆器材一般采用8号雷管，延秒、半秒、毫秒等都能满足使用， 时间也不能大130ms。

《煤矿安全规程》第320条：

在采掘工作面，必须使用煤矿许用瞬发电雷管或煤矿许用毫秒延期电雷管。

使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130mm。

不同厂家生产的或不同品种的电雷管，不得掺混使用。

不得使用导爆管或普通导爆索，严禁使用火雷管。

故此本次设计选用煤矿许用毫秒电雷管。

3发爆器的选用

发爆器（放炮器）：

井下使用。

①直流电源（1.5V干电池）②交流器（直流电源

—交流高压电）③整流线路（交流高压电—直流高压电）；

④充电器（直流高压电）

⑤充电电压指示（主电容电压达到额定电压后，发光，可以放炮）⑥毫秒限时开关及

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放电回路；

（毫秒限时开关接通电爆网路的时间为3—6ms，随后释放主电容的电荷）

⑦防爆外壳。

巷道掘进电爆网络的起爆电源，主要采用防爆型电容式发爆器。

电容式发爆器所能提供的电流不太大，一般只用于起爆串联网络的电雷管。

MFB系列煤矿用电容式发爆器（简称发爆器）适用于具有甲烷、煤尘爆炸性气体混和物的煤矿井下，在周围环境温度为-20℃～40℃，相对湿度为95%左右时作起爆电雷管之用。

也可适用于其他矿业、开山、采石及消除障碍等爆破工程中作起爆电雷管之用。

此次施工选用型号为MFB-80A的电容式发爆器，引发能力为80/发，峰值电压为

950/V，主电容量为40*2/µ

F，输出冲能27/A2·

ms，供电时间4-6/ms，最大外阻

260/Ω。

2.2爆破说明书和爆破图表的编制

2.2.1爆破说明书的编制

爆破说明书是井巷施工组织设计中的一个重要组成部分，是指导、检查和总结爆破工作的技术文件，其主要内容包括有：

1凿岩设备和工器具的选择

2掏槽方式的选择

3爆破参数的选择

4爆破网络的设计计算

5绘制爆破作业图表

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2.2.2绘制爆破作业图表

表3—1 爆破原始条件表

序号

名称

单位

数量

掘进断面

2

m

8.5

岩石坚固性系数

f

4~6

炮眼深度

1.3

4

炮眼数目

个

32

5

工作面涌水量

m3/h

表3—2 炮眼排列表

眼号

炮眼名称

炮眼深度（m）

炮眼长度（m）

倾角

装药量

爆破顺序

联线方式

水平

（°

）

垂直

卷/眼

小计（卷）

2.4

空眼

1.5

90

1.3.5

掏槽眼

6

18

Ⅰ

串

并

联

6-17

扩槽眼

60

Ⅱ

29-31

底眼

86

Ⅲ

18-28

周边眼