岩石巷道设计与施工课程设计说明书.docx
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岩石巷道设计与施工课程设计说明书.docx
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岩石巷道设计与施工课程设计说明书
《井巷设计与施工》课程设计说明书
采矿工程专业
班级:
姓名:
学号:
指导老师:
岩石巷道设计与施工课程设计说明书
一、课程设计的目的与任务...................................................5
二、设计条件..............................................................5
三、设计内容...............................................................5
1.1选择巷道断面形状简述理由...............................................5
1.2选择道床参数...........................................................6
1.3确定定管线布置位置.....................................................6
1.4确定巷道净断面尺寸......................................................6
1.4.1巷道净宽度............................................................6
1.4.2巷道净高度的确定....................................................7
1.5验算风速...............................................................7
1.6支护参数的选取.........................................................8
1.6.1支护形式的选取.......................................................8
1.6.2锚喷支护参数确定.....................................................8
1.7水沟参数的确定.........................................................8
1.8确定巷道掘进断面尺寸...................................................8
1.9编制巷道断面特征表和每米巷道材料消耗量表...............................9
1.10绘制巷进断面施工图....................................................11
第二部分巷道施工技术措施..................................................11
2.1钻眼爆破工作...........................................................11
2.1.1选择钻眼机具:
........................................................11
2.2选择爆破器材...........................................................12
2.3编制巷道掘进爆破图表...................................................13
2.3.1炮眼深度的确定(按进度指标或循环组织确定).............................13
2.3.2计算总装药量和炮眼数目、炸药消耗量的分配及实际装药量..................13
2.3.3掏槽方式的选择,根据设计掘进断面布置工作面炮眼........................14
2.3.4设计爆破网络装填结构.................................................14
2.3.5编制爆破图表.........................................................16
2.3.6钻眼爆破工作组织.....................................................17
2.3.7钻眼爆破工作的技术要求及安全措施.....................................18
2.4巷道掘进的通风工作.....................................................18
2.4.1确定通风方式.........................................................18
2.4.2通风设备的布置.......................................................19
2.5岩石装运工.作...........................................................19
2.5.1岩石装运工作的重要性,计算每一循环出矸量(实体或松散体)...............19
2.5.2装岩机型号和数量的确定,列表说明技术特征,.............................19
2.5.3确定巷道掘进调车和运输方式(说明提高装岩生产率的措施).................20
2.5.4装岩机与调车设备在巷道中的布置(说明书中作简要说明、并在大图中示出)...21
2.6支护工作................................................................21
2.6.1临时支护方式确定及其施工.............................................21
2.6.2巷道永久支护...........................................................21
2.6.3永久支护的施工工艺、技术措施及质量要求.................................23
2.7巷道掘进的辅助工作.....................................................23
2.7.1工作面压风和水的供应..................................................23
2.7.2工作面排水:
..........................................................23
2.7.3工作面供电:
...........................................................23
2.7.4工作面测量工作(方向和坡度控制方法)...................................23
2.7.5其它辅助工作(临时轨道及管路接长的时间安排)...........................23
2.8编制巷道施工循环图表...................................................24
2.8.1.确定循环作业方式......................................................24
2.8.2确定一循环各工序的工作量.............................................24
2.8.3确定一循环各工序所需的时间...........................................24
2.8.4.编制循环图表(掘进、支护或掘进和支护).................................26
2.8.5施工组织...............................................................26
2.9技术经济指标...........................................................26
3.0主要参考文献.............................................................27
一、课程设计的目的与任务
采矿专业的学生,经生产实习,并学完专业基础课程和《井巷设计与施工》第一篇巷道及硐室工程后,即可具备了巷道课程设计的条件。
巷道课程设计是《井巷设计与施工》课程的重要教学环节之一,其任务是设计巷道断面施工图和编制巷道施工技术措施。
通过设计来巩固学生所学的专业理论知识,使学生掌握巷道断面施工图和巷道施工技术措施的设计内容和编制方法,使学生得到一次分析和解决工程技术问题能力的基本训练,并进一步提高学生的运算和绘图能力,培养学生独立阅读资料、掌握技术信息和编写技术文件的能力。
二、设计条件
某矿年设计能力为450万吨,低瓦斯矿井,采用中央分列式通风,其最大涌水量为210
m3/h。
通过该矿第一水平南翼运输大巷的涌水量为160m3/h,采用ZK14--9/550架线式电机车牵引MG1.7-9B,矿车运输。
大巷穿过的岩层为中等稳定,岩石的坚固性系数f=4~6,埋深680m,长2100m,大巷需通过的风量为36m3/s。
巷道内敷设一趟直径为200mm的压风管、一趟直径为100mm的水管及通讯、动力、信号电缆各一趟。
该巷道的施工进度要求:
150米/月
三、设计内容
第一部分:
巷道断面施工图设计
1.1选择巷道断面形状:
名称
使用说明
备注
矩形断面
矩形断面利用率高,承载能力低,一般用于定压,侧压都小,服务年限短的巷道
梯形断面
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,
梯形断面常用于木材,金属,钢筋,混凝土等棚式支架的巷道
半梯形断面
同梯形断面差不多
半圆拱形断面
承载性能比较好,拱部成形比较容易,施工简单,普遍用于开拓巷道和硐室
圆弧拱形断面
多用于采区巷道
三心拱形断面
断面利用率比较高,施工比较方便
封闭拱形断面
底鼓严重
椭圆形断面
四周压力大但不均匀
圆形断面
四周压力均匀
年产450万t矿井的第一水平南翼运输大巷,服务年限一般在20a以上;采用900mm轨距双轨运输大巷,一般巷道宽度要在4.0m以上;巷道所穿过的围岩坚固系数f=4~6为一般稳定围岩。
故决定选择锚喷支护,半圆拱形断面普遍用于开拓巷道和硐室。
故使用直墙半圆拱断面。
1.2选择道床参数
根据巷道通过的运输设备矿车(ZK14—9/550)架线式电机车牵引MG1.7-9B矿车运输,选用30kg/m钢轨,其道床参数:
hc=360mm hb=200mm
砟面至轨面高度:
ha=hc-hb=360-200=160mm
采用钢筋混凝土轨枕
1.3确定管线布置位置
管子悬吊在人行道一侧,动力电缆挂在非人行道一侧,通讯电缆挂在管子上方。
1.4确定巷道净断面尺寸
1.4.1确定巷道净宽度B
查表1-1知,ZK14-9/550架线式电机车宽1335mm,高1550mm;MG1.7-9B矿车宽1150mm,高1150mm。
故选
=1335mm,根据《煤矿安全规程》并参照标准设计,选取巷道人行巷宽度c=860mm;非人行巷一侧宽a=440mm,查表1-2知,双轨轨道中心线距b=1735mm,则两电机车之间距离为:
t=1735-(1335/2+1335/2)=400mm。
故巷道净宽度:
B=a+2A1+c+t=440+2×1335+860+400=4370mm。
半圆巷道拱高:
ho=B/2=4235/2=2185mm
半圆拱半径:
R=ho=2185mm。
1.4.2巷道净高度的确定
先确定巷道断面墙高h3
1按架线电机车导线弓子要求确定h3
由表1-2,半圆拱行巷道壁高公式得
h3≥h4+hc-
式中:
h4——从轨高面起电机车架线高度,按《煤矿安全规程》规定取h4=2000mm;
hc——道床总高度,查表1-7选用30kg/m钢轨,再查表1-9得hc=360mm,道砟高度hb=200mm;
n——导电弓子距拱壁安全距离,取n=300mm;
k——导电弓子宽度之半,k=718/2=359mm,取k=360mm;
b1——轨道中线与巷道中心线间距
b1=B/2-a-A1/2=4370/2-440-1335/2=1077.5mm
故h3≥2000+360-
≥1141mm
②.按管道安设要求确定
按导电弓子距管子距离的要求,由表1-2得:
h3≥h5+h7+hb
式中:
h5--砟面至管子底高度,按《煤矿安全规程》规定,选取
=1800mm
h7——管子悬吊件总高度,取
=900mm;
m——导电弓子管子的间距,取m=300mm;
D——压气管法兰盘直径,对Ф=200mm管子,D=325mm;
——轨道中心线与巷道中心线间距
=B/2
=4370/2
=657.5mm;
故
≥1800+900+200
≥1293mm;
按电机车距管子距离要求,由表1-2得:
≥
+
+
-
式中:
——电机车最大宽度
=1335mm
m——电机车距管子间安全距离
取
=200mm . 其它符号同前。
故
≥1800+900+200-
≥1512
据架线式电机车运算,按上述要求计算即可确定巷道壁高
可不必作其它要求的计算。
综上计算,并考虑一定的富余量和人行高度,故确定
=1800mm.则
巷道净高:
H=
=2185+1800-200=3785mm
1.4.3确定巷道净断面积S和净周长P
式中
——砟面以上巷道壁高
=
-
=1800-200=1600mm
故S=4.37×(0.39×4.37+1.6)=14.4m2
P=2.57B+2
=2.57×4.37+2×1.6=14.4m
1.5验算风速
查表1-3得:
允许最高风速:
Vm=8m/s
设计规范允许最高风速:
Vm=8m/s
已知通过巷道风量:
Q=36m3/s
代入公式得:
V=Q/S=36/13.9=2.6m/s
则V 1.6选择支护参数 1.6.1支护形式的选取 巷道穿过的岩层f=4~6一般稳定围岩。 并且服务年限较长留有足够的安全系数,;并用组合拱理论使用树脂锚杆; 1.6.2锚喷支护参数确定 锚杆为直径为φ20mm的螺纹钢,锚深取1800m,出露长度100mm,锚杆长度1900mm,间排距0.6×0.0.6m锚杆布置到墙角。 喷层厚度T=150mm,药卷直径23mm。 树脂药卷规格 型号 规格(mm) 重量kg 适用钻孔 CK2335 23×350 300±10 28±2 CK2350 23×500 400±10 28±2 CK2535 25×350 340±10 32±2 K2335 23×350 300±10 28±2 K2535 25×350 340±10 32±2 E3535 35×350 670±10 42±2 E2835 28×350 400±10 32±2 三径匹配 钻孔直径比锚杆直径大6~10mm 钻孔直径比树脂药卷大6mm左右 一般钻孔直径29mm,锚杆直径20、22mm,药卷直径23mm。 故此处选择K2335型树脂药卷比较适宜。 1.7确定水沟参数 由于水沟服务年限较长,采用锚喷水沟类型。 水沟布置在人行道一侧,并加设盖板。 水沟盖板顶面与道碴面齐平,已知通过巷道的流水量为160m3/h,选择水沟坡度3‰。 水沟宽500m,深500m,净断面积0.225m2掘进断面积0.272m2每米水沟盖板用钢筋2.036kg,用混凝土0.0323m3每米水沟用混凝土0.152m3, 1.8确定巷道掘进断面尺寸 可由表1-8公式计算下列各式: 1、巷道设计掘进宽度: =B+2T=4370+2 150=4670mm 2、巷道计算掘进宽度: = +2δ=4670+2 75=4820mm 3、巷道设计掘进高度: =H+ +T=3785+200+150=4135mm 4、巷道计算掘进高度: = +δ=4085+75=4160mm 5、巷道设计掘进断面积: =4.47(0.39×4.47+1.8)=15.8㎡ 6、巷道计算掘进断面积: =4.62(0.39×4.62+1.8)=16.6㎡ 1.9编制巷道断面特征表和每米巷道材料消耗量表 计算公式得: 1、每米巷道拱和墙计算掘进体积 V1=S2×1=16.6×1=16.6m3 2、每米巷道墙角计算掘进体积 V3=0.2(T+δ)×1=0.2×(0.15+0.075)×1=0.045m3 3、每米巷道拱和墙喷射混凝土材料消耗 V2=[1.57(B2-T1)T1+2h3T1]×1=[1.57×(4.62-0.15)×0.15+2×1.8×0.15]×1=1.59m3 4、每米巷道墙角喷射混凝土消耗 V4=0.2T1×1=0.2×0.15×1=0.03m3 5、每米巷道喷射混凝土消耗 V=V2+V4=1.59+0.03=1.62m3 6、每米巷道锚杆消耗量 N=(P1—0.5M)/(M·M′) P1——计算锚杆消耗周长 P1=1.57B2+2h3=1.57×4.62+2×1.8=10.85m M——锚杆间距 M=0.8m M′——锚杆排距 M′=0.8m N=(10.85-0.5×0.8)/0.8×0.8=17根 7、折合重量为: W= =17[(1.9+0.1)×3.1416× ×7850]=83.8kg L—锚杆有效长度 L=1.8m 0.1m为锚杆露出长度 D——锚杆直径 D=0.02m r——锚杆材料容量 r=7850kg/m3 每排锚杆数量: n=17×0.8≈14根 每米巷道锚杆树脂药卷卷消耗量 17根×2卷/根=34卷 (每个药卷规格: 直径×长×重=φ23×350mm×300g) 8、每米巷道粉刷面积: Sn=1.57B3+2h2 B3——计算净宽度 B3=B2-2T=4.82-2×0.15=4.52mm Sn=1.57×4.52+2×1.6=10.4m2。 第一水平南翼运输大巷每米工程量及材料消耗量 围 岩 类 别 围岩 松动 圈/m 计算掘进 工程量/m3 锚 杆 数 量 /根 材料消耗 粉 刷 面 积 /m 喷射混凝土/m3 锚杆 巷 道 墙 脚 钢 筋 /Kg 树脂药卷卷/个 Ⅲ 1.0~1.4 16.6 0.045 17 1.62 83.8 34 10.4 第一水平南翼运输大巷特征表 围岩类别 围岩松动圈m 断面/m3 设计掘进尺寸/mm 喷射厚度/mm 锚杆/mm 净 周 长/m 净断面 设计掘进 宽 高 形式 外露长度 排列方式 间 排 距 离 长 度 直 径 Ⅲ 1.0~1.4 14.4 15.8 4670 4135 150 快硬 100 三花 800 1900 Φ20 14.4 1.10绘制巷进断面施工图 第二部分: 巷道施工技术措施 (一)钻眼爆破工作 2.1.1选择钻眼机具: 1、选择凿岩方式: 钻研爆破方法破岩 2、凿岩机的选择 电动: 对硬岩适应能力差、不防爆 气动: 浅孔或中深孔爆破,普遍采用 液压凿岩机: 能力强,已经被采用,发展趋势 手持式: 劳动强度大,基本被淘汰 气腿式: 普遍采用 凿岩台车: 与液压凿岩机配合使用,人工效率高,发展趋势。 一般矿井建设连锁工程或生产矿井的开拓工程中,可采用凿岩台车,以利提高工效和机械化程度 此运输大巷为开拓运输大巷,为缩短工期可选择凿岩台车。 考虑凿岩台车类型与主要技术经济指标,结合巷道断面的净断面积的大小14.4m2和围岩的f=4~6,最终选用LC10-2B型履带式防爆全液压双臂台车。 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。 3、钎杆的规格、钎头的形状和直径: 钎杆选取直径为22mm六角锥形钎杆,钎头则选用与之配套的QTY42/Z22,其形状为一字型,直径为42mm。 4、确定同时工作的凿岩机数: 由于施工的速度要求每月的进尺为150m,断面较大,并且为双轨巷道,所以可以选用2台凿岩机车。 2..2选择爆破器材 1、选择炸药种类: 由于此巷道穿过瓦斯地段,故选用炸药是应注意瓦斯,这里选取煤矿硝铵炸药。 2、药卷规格: 直径32mm,长度150mm,150g/卷 3、选择雷管的品种: 含瓦斯岩层只能使用电雷管,总延期时间不大于130ms。 此处为低瓦斯巷道,只能用煤矿许用炸药且采用毫秒延期雷管总延期时间不大于130ms。 IV段毫秒电雷管。 4、选择放炮器的型号: 放炮器的主要技术参数 额定引 爆发数 额定负 载电阻 网路电 阻测量 范围 充电测 量范围 光闭锁 灵敏度 声报警 度 发爆器与闭锁报警器电缆连 接长度 连 锁遥控 距离 200发 1220Ω 2~2000Ω 100~ 4000V ≥30LX >60dB ≤1000 m <1m 钻眼爆破器材一览表 器材名称 雷管 炸药 凿岩机 型号 8号 2号岩石硝铵炸药 CGJ—2凿岩台车 2.3编制巷道掘进爆破图表 2.3.1炮眼深度的确定(按进度指标或循环组织确定) 炮眼深度决定了每一掘进循环钻眼和装岩的工作量、循环进尺以及每班的循环次数。 炮眼深度主要根据岩石性质、巷道断面、
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