井巷工程设计

某铅锌矿-60m运输大巷断面和支护设计 一、 巷道断面形状选择 该矿为铅锌矿，并且设计年产量为80万t，属于中型的冶金矿山，一般来说，其第一水平的运输大巷服务年限较长，又因其穿过中等稳定围岩，故其巷道承受地压较大。因此，根据其年产量、服务年限、承受地压等特点，在此选用拱高f0=B0/4的三心拱形断面，轨距为600mm双轨运输线路，锚喷支护作为永久支护。 二、 确定运输大巷尺寸 (一) 确定净宽B0 由《矿山采矿设计手册·井巷工程卷》（以下简称手册）查表1-3-3知：ZK10-6/250电机车长4500mm、宽1060mm、高1600mm、两轨中心距1400mm，YCC矿车长1900mm、宽1050mm、高1200mm、两轨中心距1350mm，两者相比之下取较大值，故运输设备宽度b=1060mm，两轨中心距s=1400mm。又由手册中表1-3-2以及表1-3-1分别查得，对于冶金矿山，非人行侧安全间隙b1=300mm，人行道宽度b2=800mm。 表1-3-1 人行道宽度表 （mm） 冶金部门 建材部门 化工部 ≥800 ≥800 ≥800 >800 ≥800 ≥800 ≥1000 ≥1000 ≥1000 ≥800 ≥700 ≥700 ≥10000 ≥10000 ≥10000 ≥10000 表1-3-2 安全间隙表 运输设备 设备之间 冶金部门 建材部门 有轨运输 ≥300 ≥250 无轨运输 皮带 ≥400 与支护之间 化工部门 冶金部门 建材部门 化工部门 ≥300 ≥300 ≥250 ≥300 ≥600 ≥600 ≥400 ≥400 ≥400 表1-3-3 设备外形尺寸及线路中心距表 (mm) 运输设备 设备外形尺寸 长 宽 920 高 轨距 600 中心距 1250

井下矿用架线式电机车 3t 6t 10t 14t 20t (6) 2420 2980 4500 4800 固定式矿车 4900 7390 1200 6YGC0.7 1500 71090 1220 980 1150 1280 1060 1230 1360 1060 1230 1360 1360 1600 850 850 1200 1200 1300 1500 850 980 980 1050 1250 1400 1800 1600 1750 1550 1550 1600 1600 1600 1700 1000 1050 1200 1200 1550 1550 1050 1050 1050 1200 1300 1650 1700 1600 1650 6YGC1.2 3000 7 6YGC2.0 3000 7 翻转式厢车 单侧曲轨侧卸式 底卸式 3700 7200 1500 1650 1650 1900 3000 3900 5000 3900 5400 762 900 600 762 900 600 762 900 600 762 900 600 600 762 600 762 600 762 762 900 762 900 600 600 762 900 600 600 600 762 762 900 762 900 762 762 900 900 1400 1550 1300 1450 1600 1400 1550 1700 1400 1550 1700 1700 1900 1150 1150 1350 1500 1650 1800 1150 1300 1300 1350 1550 1700 2100 1900 2050

故净高度： B0=b1+b+s+b2 =300+1060+1400+800 =3560mm 将计算出的净宽度按50mm进级，取B0=3600。 (二) 选择道床参数 该矿年生产能力80万吨，又根据井内运输设备，查表1-7，选用24Kg/m钢轨，采用钢筋混凝土轨枕。由表1-8查得轨面水平至底板水平之间距离h6=400mm，道渣层厚度hd≥90mm，此处取150mm，轨枕高度取150mm，底板水平到道渣水平之间的距离h5=250mm，所以道渣至轨面的高度h4==h6-h5=400-250=150mm. 表1-7 运输量与电机车质量、矿车容积、轨距、轨型的一般关系 运输量/万ta <8 表1-8 常用钢筋混凝土轨枕规格 轨型/kg·m-1 15 18 22.24.50 钢筋混凝土轨枕 h6 320(260) 320(270) 350 350 400 h5 160(100) 160(100) 200 200 250 木轨枕 h6 300(250) 320(260) 320 320 350 h5 140(100) 140(100) 160 160 200 1机车质量/t 机车容积/m 3轨距/mm 轨型/kgm1 人推车 双轨 双轨 双轨 ≥ 900 以上

(三) 确定巷道净高度H0 1. 拱高f0及参数。由表1-10可知： f011B03600900mm 44大圆弧半径 R==3258mm 小圆弧半径 r==623mm 其示意图如下：

表1-10 三心拱断面计算表 项目名称 从轨面算起电机车（矿车）高度 从轨面算起巷道墙高 从道渣面算起巷道墙高 从底板面算起巷道强高 电机车架线高度 三心拱拱失高度 巷道掘进高度 巷道净宽度 单轨 双轨 巷道掘进宽度 无充填 有充填 巷道净断面积 f0B0/3 f0B0/4 f0B0/5 单位 mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm 符号或计算公式 h h1 h2=h1+h4 h3=h2+h5 H f0 H1=h3+f0+d B0=a+c=b1+2b+m+b2 B0=a+s+c=b1+2b+m+b2 B1=B0+2T B1=B0+2T+2δ S0(h20.263B0)B0 S0(h00.198B0)B0 S0(h00.159B0)B0

拱部面积 f0B0/3 d=T d≠T m2 m2 m2 m2 m2 m2 m2 m2 Sd(1.33B01.57d)d Sd0.26(3B1d2B0T) Sd(1.22B01.57d)d f0B0/4 d=T d≠T 边墙面积 整体式 喷射混凝土 基础面积 巷道掘进断面积 巷道净周长 f0B0/3 f0B0/4 f0B0/5 Sd0.198(4B1d2B0T) ST=2h3T ST=2(h3+T SG=(K1+K2)T+(K2+ Sn=S0+h5B0+Sd+St m2 m2 m2 P2.33B02h2 P2.22B02h2 P2.16B02h2 2. 巷道净墙高h2。按照以下方法来确定： 1) 按照电机车架线要求确定。 由手册知道电机车架线弓子宽度为800~900mm，故可取其一半K=450；由于金属矿山主运输平巷当电压小于500v时，架线至轨面高度不低于1800mm，故此处架线高度H=1900mm。非人行侧线路中心至墙的距离 ab1b1060300830mm22 raK6238304500.7520.55rb1623300raK6238304500.7520.55 rb1623300由于故到点弓子在小圆弧内， h2Hh4(rb1)2(raK)21900150(623300)2(623830450)2 1837mm2) 按照管道架设高度要求确定。计算如下：

h21800h'1800300DDD(rb')2(Kb1rc)2222300300300(6230)2(4503006231330)22221631mm式中，h’——管道占用的垂直距离等于压风管和水管直径之和，即h’=200+100=300mm； D——管道法兰盘直径，即D=200+100=300mm。； b’——管道法兰盘与支架之间的间隙，由于管道直径为200mm，在150~250之间，由手册知道b’=0； c——在人行道一侧的线路中心至墙的距离，b1060cb28001330mm 223) 按照行人要求确定。计算过程如下： h21800r2(r100)218006232(623100)2 1461mm由以上三种情况可知需要将净墙高设计为1837mm，按10mm的倍数向上选取，即净墙高h2=1840mm。 3. 巷道净高度H0。计算如下： H0=f0+h2=900+1840=2740mm (四) 计算巷道净断面积S0及净周长P 由上面的表1-10可知 S0=（h2+）B0 (1.840.1983.6)3.69.19m2 P=0’+2h2=×+2×=11.894m 式中，B0’=B0+2倍的锚杆外露长度=+2×= (五) 用风速校核净断面积 已知通过第一水平-60m运输大巷的风量Q=28m2/s,由手册知道允许最高风速Vm=6m/s（如下表） 表1-6 巷道允许最高 井巷名称 专用风井、风硐 专用物料提升井 风桥 提升人员和物料的井筒 运输巷道、采区进风道 采矿场、采准巷道 允许最高风速/m·s15 12 10 8 6 4 -1

V=Q283.05m/s6m/s S09.19满足风速要求，断面选择合理，无需修改断面尺寸 (六) 初选支架参数 该围岩属于中等稳定围岩，且坚固系数f=8~10，属于第III类围岩查表1-8-28，可选用T=50mm厚的混凝土喷层以及长~的锚杆进行联合支护（此处锚杆长度暂定为，选用原理见后面支护设计），选用直径?22螺纹钢筋作成的砂浆锚杆，锚杆间距，排距，锚杆外露长度选为50mm。 表1-8-28 围岩类别 B5m 不支护 Ⅰ 巷（硐），斜井的锚杆支护设计参数 5m土，设置~2.0m长的锚杆，必要时，采用仰拱 土，设置~3.0m长的锚杆，采用仰拱，必要时加设钢架 (七) 确定巷道断面尺寸 巷道设计掘进宽度（无充填时）B1为B1=B0+2(T+50)=3600+2×(50+50)=3800mm 巷道设计掘进高度H1为 H1=H0+h5+T+50=2740+250+50+50=3090mm 巷道拱断面积Sd为 Sd=+’)T’=×+××=0.4549m2 式中，T’=T+50=100mm. 巷道边墙断面积ST为 ST=2(h3×T’)= 2(h2+h5)×T’=2×+×=0.418m2 巷道掘进断面积Sn为 Sn= S0+ Sd+ ST+ S基=+++×=10.93m2 三、 水沟设计和管线布置 已知通过此巷道的水量为150m3/h，现采用水沟坡度与巷道坡度相同，即%。查《井巷工程》教材的表，选用锚喷支护的水沟，水沟深400mm，宽400mm，水沟净断面积，水沟掘进断面积，每米水沟混凝土用量为，盖板混凝土用量。 表 拱形、梯形巷道水沟规格和材料消耗表 流量/（m2/h） 巷道类别 支护类别 坡度 净尺寸/mm 宽B 上宽B1 下宽B2 深H 净 掘进 断面/m2 每米材料消耗量 水盖板 沟 混钢混凝凝筋土土/Kg /m3 3/m . % % % 拱形大巷 喷0~86 锚 砌0~96 碹 喷86~172 锚 砌96~197 碹 0~97 0~100 97~205 0~112 0~123 112~227 300 350 350 300 350 400 400 100~227 123~254 400 350 450

采区梯形 喷锚 砌碹 喷锚 砌碹 棚式 棚式 棚式 棚式 172~302 205~349 227~382 500 450 无 无 无 无 197~349 227~403 254~450 500 450 500 302~374 349~432 382~472 500 500 349~397 403~458 450~512 500 450 550 0~78 78~118 0~90 90~136 0~100 230 180 260 100~152 250 220 300 118~157 136~181 152~202 280 250 320 157~243 181~280 202~313 350 300 350 管子按照规定悬吊在人行道一侧上方，电力电缆在非人行道一侧，通讯电缆挂在墙上。如图所示：

四、 计算巷道掘进工作量及材料消耗量 (一) 每米拱顶巷道所需喷射混凝土材料量。计算如下： (二) V1=1×[+’)T’-+0.2313m3每米巷道两墙所需喷射混凝土材料量，计算如下： V2=2(h2+h5)×T×1=2×+×=0.209m3 (三) 每米巷道所需锚杆根数N与充填砂浆V3。 设锚杆轴向距离为1m，径向间距为1m，则 11.890.51.0N=11根 1.01.0V34(D2d2)l'Nl40.033m3(0.04520.0222)1.55111.6 式中D——锚杆孔直径，取45mm； d——锚杆直径，取22mm； l’——锚杆孔深度，取1550. (四) 由设计知，每米水沟混凝土用量V4==，盖板混凝土用量。 五、 绘制巷道断面施工图 根据以上设计结果，绘制出巷道断面施工图，如下图所示。

六、 编制工程量及材料消耗量表 运输大巷特征 断面/m 2设计掘进尺寸/mm 宽 高 3090 净断面尺寸/mm 拱高 900 宽 3600 净全高 2740 支护厚度/mm 墙厚 50 拱厚 50 净周长 拱和墙 计算掘进3工资量/m 巷道 3800 工程量及巷道支护材料消耗量 混凝土材料消耗量/m 3其他材料/根 水沟 锚杆 11 喷拱 喷墙 填孔 水沟盖板 七、 锚喷支护设计

围岩力学参数：重力密度γ=m3,粘聚力C= MPa，内摩擦角φ=40°，埋深160m。 (一) 求最小计算半径Rc 由于坚固系数f=8~10，查图1-8-5得Kf= RcB03.82.6m 2Kf20.73(二) 求最小支护抗力Pimin 1. 计算下列系数 a1Ccot1cot401.19MPaa2(P01)(1sin)(25500101601.19106)(1sin40)14.5MPa Rc(1sin)255002.6(1sin40)a30.026MPa3sin13sin401ABa1a31.190.0260.084a214.5a30.0260.002a214.52. 求M值 令M=0，则f1=A= 令M=1，则f1=A-B= 在图1-8-7上找出(0,、(1,,连接此两点的直线交φ=40°的曲线于某点，此点对应M=，则 Pimin=a3(1-M )=×（）= (三) 根据经验初选支护参数 锚杆选用直径?22螺纹钢筋作成的砂浆锚杆，锚杆间距，排距。长度按照LL0.16~0.7的经验范围0.6，则L=×=.，故取。混凝土采r0r0用强度等级C20. (四) 计算支护抗力 由L°°0.6（r0=Rc）,φ=40，查图1-8-9得初始剪切角ρ=，则r04245402523()457.52422 剪切区高度b=2Rccosρ=2××°=

剪切区弧长之半a=..Rc18011锚杆倾角β=(90)(9032.5)28.75 221. 喷射混凝土抗力 喷射混凝土抗剪强度fvs= (90)2.63.14(9032.5)2.61m 180Pis2dfvscosbsin20.052.0cos7.50.11MPa 4.39sin252. 锚杆抗力 Φ22锚杆截面积Ast=×10-4m2，抗拉强度fst=，间排距d1、d2都为1m。则 PiA2aAstfstcosbd1d222..610.0004372.4cos28.750.15MPa 4.39113. 总抗力 PiPisPiA0.150.110.26MPa (五) 判定支护方案可靠性 1. 安全系数n n 2. 加固深度与松弛范围比值 求K值 Pi0.2612.0Pimin0.0218 P0Ccot25500101601106cot40K28.9 PiCcot0.261061106cot40由K、φ值在图1-8-10上查得R/r0= 则R==×= 所以，L1.60.68 Rr04.942.6即加固深度为松弛范围的68%，因岩石参数折减较少，如果施工质量有保证，此支护方案是可靠的（L一般在~）。 Rr0附录 支护设计相关图表（见下页）

四、课程设计摘要（中文） 本课程设计是某铅锌矿-160m运输大巷断面和支护设计。该矿年生产能力为80万吨，属于中型的金属矿山，其巷道围岩较稳定，为双轨运输巷道，巷道设计采用锚喷联合支护。 设计时，先根据其年生产能力、地压情况、运输设备等初步确定巷道断面的形状为三心拱形，采用锚喷支护。初步确定断面形状之后，就要具体确定其断面尺寸先确定其净断面尺寸并进行风速验算，再在净断面尺寸的基础上将道床参数以及支护参数考虑进去，并加上一定的超挖值从而确定其掘进断面尺寸，根据断面尺寸进行管线布置、支护参数初定以及工程量、材料消耗量的计算等。最后，从安全以及经济方面考虑，就要对支护参数进行验证，计算支护抗力、加固深度、支护范围等，最终根据算出的安全系数以及支护深度知道支护合理。