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1、1. 前言兖州矿业集团济宁三号井为1998年投产的现代化大型矿井，设计生产能力为5Mt/年，服务年限为81年。采用立井开拓、单水平倾斜大巷条带开采。地面标高38m，生产水平520m，属低沼气矿井。通风方式为中央并列式通风，井下最大涌水量450m3/h，通过第一水平东运输大巷的流水量为180m3/h，风量为60m3/s；采用XK8-6/110A直流电机车牵引1t矿车运输。内设压风管76 x 3.0焊接钢管一路，另设动力、照明、通讯和信号电缆各一路。大巷穿过的岩层有砂岩、泥岩，主要以泥岩为主，实测围岩松动圈：砂岩为0.71.2m，泥岩为1.51.9m。试设计运输大巷直线段的断面，并计算单位工程掘进
2、工程量和材料消耗量，绘制巷道断面施工图。2.设计条件2.1地质条件矿山巷道所通过的岩层为砂岩和泥岩，普氏系数f=48,为稳定性较好的岩层，涌水量450m3/h，风量为60m3/h。主井与副井所通过的岩层f=48，中等稳定，风量按60m3/h考虑。该矿井为低沼气矿井。2.2生产能力与服务年限矿山年产量5Mt，其服务年限为81年。2.3运输设备及装备水平运输大巷，压风管76 x 3.0焊接钢管一路，动力、照明、通讯和信号电缆各一路。电机车型号：XK8-6/110A矿车：1t矿车3巷道断面设计3.1选择巷道断面形状3.1.1断面选型的影响因素我国矿井下使用的巷道断面形状，按其结构的轮廓可分为折线型和
3、曲线型两大类，前者如矩形、梯形、不规则形等；后者如半月拱形、圆形拱形、三心拱形、马蹄形。椭圆形和圆形等。一般情况下，作用在巷道上的低压和方向在选择巷道断面形状是起主要的作用的，当顶压和侧压较小时，则选用直墙拱形断面（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，往往也直接影响巷道断面形状的选择。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的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，由于锚喷支护广泛应用，
4、为了简化设计和有利于施工，巷道断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的经济效益。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。综上所述，影响巷道断面形状选择的主要因素主要有以下几点：1、巷道穿过围岩的性质，即与围岩的普氏系数、地压大小、方向和特征有关2、巷道的用途及服务年限3、支护形式，即支架材料和支护结构4、巷道的施工方法，即掘进设备和掘进方式等其中1）、2）因素其主导作用，由它们决定断面形
5、状和支护形式。根据该巷道是一条服务年限较长（81年）的主要运输巷道，所穿过的岩层是中等坚硬和中等稳定的围岩圈，巷道断面为半圆拱形。3.2确定巷道净断面尺寸设计巷道断面尺寸，巷道净断面必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修、施工的需要。因此，巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途，存放或通过它的机械、器材或运输设备的数量和规格，人行道宽度与各种安全间隙以及通过巷道的风量等。3.2.1计算巷道净宽度B查表可知，XK8-6/110A电机车宽A1=1054mm、高h=1550mm；1t矿车宽880mm、高1150 mm。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
6、。又查表知本巷双轨中线距b=1300mm，则两电车之间距离为1300（1054/2+1054/2）=246mm 200mm，符合安全要求故巷道净宽度的确定：B=a1+b+c1=（400+1054/2）+1300+（1054/2+840）=35943.2.2确定巷道拱高半圆拱形巷道拱高h0=3594/2=1797m。半圆拱半径R=1797mm。3.2.3确定巷道避高h31按架线电机车导电弓子要求确定h3由表38中半圆拱形巷道拱高公式得hh4+hc（R-n）2-(K+b1)2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。查表35选22kg/m钢轨，再查表37得h
7、c=380mm，道楂高度h0=220 mm；n导电弓子距拱壁安全间距，取n=300；K导电弓子宽度之半，K=718/2=359，取K=360mm；b1道轨中线与巷道中线间距，b1=B/2-a1=3594/2-927=870mm故h32000+360-（1797-300）2-（360+870）2=1506mm2.按管道装设要求确定h3h3h5+h7+hbR2（K+m+D/2+b2）2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，b2=B
8、/2-C1=3594/2-1367=430mm。故h31800+900+200-17972-（360+300+335/2+430）2=1380mm；3.按人行高度要求确定h3h31797+ hbR2（Rj）2式中j距壁j处的巷道有效高度不小于1800mm。j200mm，一般取j=200mm，一般取j=200mm。故h31800+20017972（1797200）2=1176mm综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为1800mm，则巷道净高度H= h3hb+ h0=1800200+1797=3397mm。3.2.4确定巷道净断面积S和净周长P由表38得净断面积S=B（0.39B+h2）式中
9、h2道楂面以上巷道壁高，h2=h3hb=1800200=1600mm故S=3594（0.39 x 3594+1600）=10787966.04mm=10.8m 2净周长P=2.57B+2 h =2.57 x 3594+2 x 1600=12437mm=12.4m 23.2.5用风速校核巷道净断面积，验算风速井下几乎所遇航道都起通风作用。巷道通过的风量是根据对整个矿井生产通风网络求解得到的。当通过该巷道的风量确定后，断面越小，风俗越大。风速大，不仅会煤尘，影响工人身体健康和工作效率，而且易引起煤尘爆炸事故。为此，煤矿安全规程规定了各种不通用途的巷道所允许的最高风速。同时，为使矿井增产留有余地和经
10、济风速的要求，一般不选用表中所列的最高风速。设计时，应在不违反煤矿安全规程的情况下，按照煤炭工业设计规范规定，矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s，为矿井增产留有余地。查表34，知vmax=8m3/s；煤炭工业设计规范vmax=6 m3/s，取vmax=6 m3/s。已知通过大巷风量Q=60m3/s，代入式（39）得v= Q/S=60/10.8=5.5568m3/s设计的大巷断面积，风俗没超过规定，可以使用。3.2.6选择支护参数本巷道采用锚喷支护，使用锚杆支护的作用，使用锚杆支护，既可发挥其加固拱作用和悬吊作用，使复合顶板内的各煤岩体与锚杆紧固成一个所谓的“组合梁”，从而提高顶板岩层的抗弯
11、强度，减少各岩层层面滑移、离层和冒落的机率，从而保证巷道的稳定性，又能适应国家天然林保护工程实施以来所导致的木材无法采购的外部环境。使用锚杆支护代替原来的棚式支护，取消了木材消耗，有效地保障了国家“天然林保护工程”顺利实施，有利于环境保护。同时也减轻了操作人员的体力劳动，消除了棚式支护所带来的操作不安全隐患，改善了操作人员的劳动环境，杜绝了超时劳动和超体力劳动的现象。锚喷支护既能充分发挥锚杆作用，又充分发挥喷射混凝土的作用。同时网使围岩表面破碎圈完整化，使喷层平整均匀，增加抗弯、抗剪能力，并具有较高柔性和较大的允许变形量。锚喷支护突破了传统旧的支护形式和支护理论，不是消极地支护已松动的围岩，而
12、是主动地保持围岩的完整性、稳定性，控制围岩变形、位移及裂隙发展，充分发挥围岩自身的支承作用。即以护为主，以支为辅，是加固松动圈而不是支护松动圈的一种较为合理且适用断层破碎带不稳定岩石的一种支护形式。根据巷道净宽3.594m、穿过中等稳定岩层，服务年限大于10年等条件，药卷直径2350mm。查表515得锚喷支护参数：锚杆长1.8m，间距a=0.701.0m，排距取a,=0.8m,锚杆直径d=18mm，喷射混凝土初喷50mm，复喷70mm，故喷射混凝土厚度小于等于120mm，所以此处选用喷射混凝土层厚T1=100mm。锚杆预紧力大于等于40KN。喷射混凝土厚度选择。喷层过薄影响支护强度，过厚影响其
13、柔性，使脆性增加，易于围岩离层，而使围岩形成的承载结构不能保持。根据巷道服务年限、跨度、围岩稳定性和该矿实际经验，确定喷射混凝土厚度为100mm。故支护厚度T=T1=100mm。3.2.8选择道床参数 对轨道敷设的要求是：钢轨的型号应与行驶车辆的类型相适应，轨道敷设应平直，且具有一定的强度和弹性；在弯道出，轨道连接应光滑，接运输巷道内统一线路必须采用同一型号的钢轨；道岔的型号不得地域线路的钢轨型号；轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。矿井多使用钢筋混凝土轨枕或木轨枕，个别地点也有用轨枕的。混凝土轨枕主要用于井底车场，运输大巷，上下山和中巷；木轨枕主要用于道岔等处，钢轨枕主要用于固定道床。
14、由于预应力钢筋混凝土轨枕具有较好的抗裂性和耐久性，构建刚度大，节约木料，造价低等优点，所以应当大力推广使用。根据本巷道通过的运输设备，已选用22kg/m钢轨，其道床参数hc、hb分别 为380和220mm，道楂面至轨面高度ha=hchb=380220=160mm。采用钢筋混凝土轨枕。3.2.9确定巷道掘进断面尺寸由表38计算公式得：巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3594+2 x 100=3794mm（T为喷层厚度）巷道计算掘进宽度B2= B1+2=3794+2 x 75=3944mm（为超挖误差，一般为75mm）巷道设计掘进高度H1=H+ hb+T=3397+220+100=3717mm巷道
15、计算掘进高度H2= H1+=3717+75=3792mm巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1+h3）=3794 x（0.39 x 3794+1800）=1244303mm ，取S1=12.4m2 巷道计算掘进断面面积S2=B2（0.39B2+h3）=3944 x（0.39 x 3944+1800）=1316570mm ，取S2=13.2m2 4.布置巷道内水沟和管线根据生产需要，巷道内需要敷设诸如压风管、排水管一级其他管路。此外，还有动力电缆、照明和通讯电缆等电缆。4.1.管道布置管道的布置要考虑安全、架设和检修的方便，一般应符合下列要求：1）管道应布置在人行道的一侧，管道的架设一般采
16、用托架、管墩及锚杆吊挂等方式，并要考虑检修的方便；若架设在人行道上方，管道下部距道楂或水沟盖板的垂高不应小于1.8m，若架设在水沟上，应以不妨碍清理水沟为原则。砌碹支护的主要运输巷道，一般用槽钢或角钢讲管道支托在人行侧的顶部；锚喷支护的主要运输巷道，可将管路锚吊在行人侧的顶部。2）当管道与管道呈交叉或平行布置时，应保证管道之间有足够的更换距离，管道架设在平巷顶部时，应不妨碍其他设备的维修与更换。3）管道与运输设备之间必须留有不小于0.2m的安全距离。4.2.电缆布置电缆布置的一般要求1） 动力电缆和通讯电缆一般不要敷设在巷道的同一侧，如受条件限制设在同一侧时，通讯电缆设在动力电缆上方0.1m以
17、上的距离处，以防电磁场作用干扰通讯信号。2） 电缆与压风管、供水管在巷道同一侧敷设时，必须敷设在管子上方，并保持0.3m以上的距离。3） 电缆悬挂高度应保证当矿车掉道时不会撞击电缆，或者电缆发生坠落时，不会落在轨道上或运输设备上，所以电缆悬挂高度一般为1.5到1.9m，电缆两个悬挂点的间距不应大于3.0m；电缆与运输设备之间距离不应小于0.25m；电缆同风筒相互之间应保持0.3m以上距离。4） 高压电缆和低压电缆在巷道同侧敷设时，相互之间距离应不大于0.1m以上。高压电缆之间、低压电缆之间之间的距离不得小于50mm，以便摘挂方便。5） 有煤尘瓦斯突出煤层中的回风巷，禁止设置动力电缆。已知通过本
18、巷道的水量为180m3/h，水沟一般布置在人行道一侧，并尽量避免穿越运输线路，在特殊情况下，可将水沟布置在巷道中间或非人行道一侧。平巷水沟坡度取0.30.5，或与巷道坡度相同，但应不小于0.3，以利于排水。所以现采用水沟坡度为0.3，查表311得；水沟深450mm，宽500mm，水沟净断面积为0.225m2。水沟掘进断面积0.272 m2，每米水沟盖板用钢筋2.036kg、混凝土0.0323m，水沟用混凝土0.152m。5.计算巷道掘进工程量及材料消耗量由表38计算公式得：每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S2 x 1=13.2 x 1=13.2m每米巷道墙角计算掘进体积V3= 0.2(T+)
19、x 1=0.2 x (0.1+0.075) x 1=0.04m每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=1.57(B2-T1)T1+2h3T1 x 1 =1.57(3.944-0.10) x 0.10+2 x 1.80 x 0.10 x 1=0.96m每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T1 x 1=0.2 x 0.10 x 1=0.02m每米巷道喷射材料消耗（不包括损失） V=V2+V4=0.96+0.02=0.98m每米巷道锚杆消耗（仅供部打锚杆） N =2(P/2a)+1/a,式中P计算锚杆消耗周长中，P计算锚杆消耗周长，P=1.57B2=1.57 x 3.944=6.19mm;a、a, 锚杆间距
20、和排距，a = a,=0.8m。所以P/2a=6.19/(2x0.8)=3.869，取值为4，则N =(2x4+1)/0.8=11.3根折合重量为：11.3 l（d/2）2=11.3(1.80+0.05) x 3.14 x (0.018/2) x 7850=41.74 kg式中l锚杆深度，l=1.8mm；d锚杆直径，d=14mm；锚杆材料密度，=7850kg/m3 。每排锚杆数为N,x0.8=11.3 x 0.89根。每米巷道锚杆注孔砂浆消耗 V0= N,l(SK-Sm )式中SK、Sm 分别为锚杆孔和锚杆的断面积则V0= N,I(SK-Sm )=11.3x1.8 x3.14 x0.25 (0
21、.0422-0.0142)=0.023m每米巷道粉刷面积：Sn=1.57B3+2h2式中B3=B2-2T=3.944-2x0.10=3.74m故Sn=1.57x3.74+2 x1.60=9.07m6绘制巷道断面特征表和每米巷道材料消耗量表材料消耗量表运输大巷特征围岩类别断面面积/m2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型式排列方式间、排距锚杆长直径10.812.537943697100钢筋砂浆方形80018001812.4运输大巷每米工程量及材料消耗围岩类型计算掘进工程量/ m锚杆数量/根材料消耗/mm粉刷面积/ m2巷道墙角喷射材料/ m锚杆钢筋/kg注砂浆
22、/ m13.20.0411.30.9841.740.0239.076钻眼爆破工作目前，岩巷掘进仍主要采用钻眼爆破方法破烟，而且在今后相当长的时期内仍然是煤矿岩巷的主要掘进方法。岩巷或半煤岩巷的部分断面掘进机开始在我国煤矿中使用，全断面掘进机也已经在个别矿区开始使用。但是，这两类掘进机在我国煤矿岩巷中的推广应用还需要很长的过程。我国煤矿岩巷的钻眼爆破，从手工凿岩、硝铵炸药、普通雷管、浅眼爆破起步，到手持式凿岩机、液压凿岩机台车、高威力水胶炸药、乳化炸药、高精度毫秒电雷管、非电起爆器以及各类起爆器、中深孔光面爆破，使我国的造岩爆破技术得到了长足的发展。与此同时，凿岩机理、破岩机理、爆破技术以及施工
23、设备的可靠性、自动化程度也有了较大的发展。目前，钻眼爆破技术的发展趋势是中深孔、光面爆破和断裂成型（刻槽）爆破技术。在进行凿岩爆破施工前，首先要确定凿岩爆破参数，其涉及的因素很多，大的方面有设备类型与状态、岩石与岩体条件、施工方案与方法、施工队伍与施工技术及使用的材料等。一般先根据经验公式或定额计算基本参数取值范围，然后按计算值进行炮孔布置设计，根据炮孔布置的结果和预先确定的施工方案修正并重新确定凿岩爆破基本参数。目前，岩巷掘进仍主要采用钻眼爆破方法破岩，而且在今后相当长的时期内仍然是煤矿岩巷主要的掘进方法。岩巷或半煤岩巷的部分断面掘进机开始在我国煤矿中使用，全断面掘进机也已经在个别矿区开始使
24、用。但是，这两类掘进机在我国煤矿岩巷中的推广应用还需要很长的过程。6.1选择钻眼机具从我国目前穿孔设备的现状来看，大多数采用手持式凿岩机和气腿式凿岩机打眼，眼径有两种类型：普通型和小直径型。手持式凿岩机：重量轻，手持操作，可钻各种方向的较小直径，较浅深度的炮眼，主要用于凿炮眼孔径为34到35mm，孔深小于3m，用于软，中，硬岩层。气腿式凿岩机：重量一般24到30千克，主机安设在气腿上，靠气腿推动钻进，可凿水或倾斜的炮眼，孔径40到42mm孔深小于5m，用于软中硬岩层。由于气腿式凿岩机其机身重量由气腿支撑，减轻了体力劳动，因而在岩巷中包括一些铁路、公路或其他公用的隧道掘进中应用比较广泛。其价格相
25、对于凿岩台车较为低廉，效益较好，对煤矿的支出较少，而且不需要专业的知识便可以操作。因此，气腿式凿岩机是本巷道采用的主要凿岩机。6.2选择爆破器材雷管主要有瞬发电雷管、秒延期电雷管、毫秒延期电雷管，本巷道采用8#毫秒延期电雷管，由于本矿井为低瓦斯矿井，在生产掘进过程中不可避免的会遇到瓦斯。采用8#电雷管，毫秒延期。秒延期都能满足使用，但是在穿过有瓦斯的底层时，不能选用有瓦斯的雷管，毫秒延期雷管时间也不能大于130ms。各段的一延期时间可通过调节药量和硅铁颗粒的大小来控制。避免因为电雷管的引爆而引发瓦斯爆炸。本巷道采用水胶炸药，水胶炸药的爆炸性能如爆速和起爆敏感度高，可用8#雷管直接起爆；抗水性强
26、；可塑性好；机械感度低；安全性好；且炸药密度、爆炸性能可在较大范围内进行调节，故适应性强。6.2爆破参数的确定6.2.1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等与岩壁平整度均有影响。因此，应根据巷道断面的大小，块度要求，炸药性能和凿岩机性能综合考虑，进行选择。炮眼直径大，可以减少炮眼数目，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，炮眼直径42mm。6.2.2炮眼深度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、巷道断面大小、循环作业方式、凿岩机类型、炸药威力、工人技术水平等因素
27、来确定。根据式lL/Nkn式中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=0.80.9； n每日完成掘进循环数，次；炮眼利用系数，一般要求0.8。式中L=105m，N=30天，k=0.85，n=3次，=0.9代入式中可得l=1.526.2.3炮眼数目炮眼数目直接决定着钻眼工作质量、爆破岩石的块度、巷道形状等。炮眼数目取决于岩石性质、巷道断面形状和尺寸、炮眼直径和炸药性能等因素。合理的炮眼数目应以保证爆破效果的实现为原则。一般是先以岩层性质和断面大小进行初步估算，然后在设计断面图上作炮眼布置图，得出炮眼
28、总数，并通过实践调整修正。炮眼数目也可以根据单位炸药消耗量，按上述经验方法确定炮眼数目。N=qSm/aP式中N炮眼数目；q单位炸药消耗量，kg/ m;S巷道掘进断面积，m；m每个要捐长度，m；a装药系数，即装药长度与炮眼长度之比，一般去0.5左右；P每个药卷的重量，kg。五、巷道的施工与组织管理 1施工作业方式的选择 巷道采用光面爆破施工,并一次成巷的施工工艺.掘进和支护顺序作业,在掘进工作面与支护工作面之间应设有临时支护控制围岩.掘进与支护两大工序再时间上按先后顺序施工,先将巷道掘进一段距离,然后停止施工,边拆除临时支架,进行永久支护工作.当围岩稳定时一般掘支间距为2040米. 工作面组织安
29、排2巷道施工的基本管理制度（1）工作岗位的责任制：任务到组，固定岗位，责任到人。（2）技术交底制：施工队、施工的工程，都要有施工组织设计（或作业规程、施工技术安全措施）并在开工前由工程技术人员向掘进队全体施工人员进行技术交底，使每个职工对自己所施工的巷道的性质、巷道的用途、规格质量要求、施工放案、施工设备、安全措施等有比较安全的了解。（3）施工原始资料积累制：施工原始资料积累制要求，对施工的工程质量，班组要有自检，互检，掘进队要有旬检，工程要有月检的质量原始检查记录；班组要有工人出勤，主要材料消耗，班组进度，工程量，正规循环作业完成情况的原始记录资料；对隐藏工程应作好原始记录；对砂浆、混凝土做
30、取样实验，并有试压说明书；锚杆应有锚固力检验记录；等等。（4）工作面交接班制度：工作面交接制度要求每班负责人，各工种以及每个岗位上的职工，都要有现场对口交接，并作到交任务、交措施、交设备、交安全，使工作面连续及时作业，充分利用工时。（5）安全生产责任制：为确保安全生产，要根据作业特点，制定灾害预防计划，安全技术措施，并严格贯彻执行；要定期开展安全活动，经常进行安全教育；要建立和健全群众的安全组织和正常的安全检查制度；要按规定配齐安全生产用具和职工劳动保护用品；要搞好工业卫生，改善劳动条件，作好综合防尘。（6）质量负责制：贯彻质量负责制就是质量标准，施工规范，设计要求落实到班组、个人、并严格执行；实行工程安全挂牌制（班组，个人留名）队长，技术员要全面负责本队的工程质量；要建立自检，互检等质量检查制度；要严格按照质量标准规范进行验收，评定等级，不合格的工程要反修；对质量不负责任的人要追究责任，对一贯重视质量，工程优秀的要表扬，奖励此外还有考勤制，设备维修包机制，岗位练兵制和班组经济核算制。
