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课程设计说明书
题目名称：
巷 道 断 面
和
交 岔 点
设
计
系
部：
专
业：
班
级：
学生姓名：
指导老师：
完成日期：
2010-12-23
学校
课程设计评定意见
设计题目：
巷道断
面 和 交 岔 点
设计
学生姓名：
专业班级
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）：
年
月
日
《井巷工程》课程设计任务书
一、
设计题目：巷道断面和交叉点设计
二、
设计目的：本课程设计“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。
三、
设计原因：巷道是井下生产的动脉，巷道断面设计，主要是选择巷道断面形状、确定巷道净断面尺寸和掘进断面尺寸，其合理与否，直接影响到煤矿生产的安全和经济效益。
四、
设计原则：在满足煤矿安全、生产和施工等方面技术要求的前提下，最大限度地提高断面利用率，缩小断面、降低造价，有利于加快施工速度，以获得最佳的经济效益。
五、
设计内容和步骤：首先选择巷道断面形状。确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算；其次，根据支架参数和道床参数计算出巷道的设计掘进断面尺寸，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，绘制巷道断面的施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗表。
目 录
一、巷道断面设计
1、确定巷道断面形状┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉5
2、确定巷道断面的尺寸┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉5
(1)计算巷道净宽度 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉5
(2)计算巷道拱 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉6
(3)计算巷道壁高 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7
(4)计算巷道净断面面积 和净周长 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7
(5)用风速校核巷道净断面面积┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7
(6)选择支护参数┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉8
(7)选择道床参数┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉8
(8)计算巷道掘进断面尺寸┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉10
3、布置巷道内水沟和管线┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉10
(1) 巷道内水沟的布置┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉10
(2) 管线布置┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉11
4、计算巷道掘进工程量和材料消量┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉12
5、巷道断面施工图┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉14
二、交岔点设计
1、选定基本数据┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉15
2、交岔的平面尺寸计算┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉15
3、中间断面尺寸计算┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉16
巷道断面设计
天山煤矿年设计能力110万吨，为低瓦斯矿井，采用中央分列式通风，井下最大涌水量为320m3∕h。通过该矿第一水平东翼运输大巷的涌水量为180m3∕h，采用XK8-6∕110架蓄电池电机车牵引1.5吨矿车运输。该大巷穿过的岩层为中等稳定，岩石的坚固系数?=6～8，大巷需通过的风量为28m3∕ｓ。巷道内敷设一趟直径为200mm的压风管和一趟直径为100mm的水管。
（一）
确定巷道断面形状
年产110万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轨距双轨运输大巷，且穿过中等稳定岩层，所以选择砂浆锚杆与喷射混凝土支护、半圆拱形断面。
（二）
确定巷道断面尺寸
1.
计算巷道净宽度B
根据表6 –
1可知，XK8-6/100A蓄电池电机车宽A1=1054mm、高h=1550mm；1.5t矿车宽1050mm、高1150mm。取巷道人行道宽度c
=840mm，非人行道一侧宽a=400mm。又根据表6 – 2双轨中线距b=1300mm，则电机车之间的距离为：1300
– (1054/2+1054/2)=246>200mm，符合安全要求。
巷道净宽度：
B=a1+b+c1 = (400+1054/2) + 1300 +
(1054/2+840)
=927 + 1300 + 1367=3594 mm
表６－１
几种常用运输设备的宽度和高度 ｍｍ
|
运输设备类型
|
宽度
|
高度ｈ
|
|
运输设备类型
|
宽度
|
高度ｈ
|
|
ＺＫ ／２５０架线式电机车
|
１０６０
１３６０
|
１５００
|
ＸＫ８－６／１１０Ａ蓄电池电机车
|
１０５４
|
１５５０
|
|
ＺＫ１４－９／５５０架线式电机车
|
１３３５
|
１６００
|
１ｔ固定式矿车
|
８８０
|
１１５０
|
|
ＺＫ１０－ ／５５０－７Ｃ架线式电机车
|
１０５０
１３５０
|
１６００
|
１．５ｔ固定式矿车
|
１０５０
|
１１５０
|
|
３ｔ底卸式矿车
|
１２００
|
１４００
|
|
ＸＫ２．５－６／４８Ａ蓄电池电机车
|
９２０
|
１５５０
|
ＴＤ７５固定式输送机
|
１５１５
|
１２００
|
|
ＳＰＪ－８００吊挂式输送机
|
１２００
|
９００
|
表６－２ 双轨巷道轨道中心距数值
ｍｍ
|
运输方式
|
直线部分
|
曲线部分
|
|
１ｔ或０．５ｔ矿车
|
１２００
|
１３００
|
|
１．５ｔ矿车
|
１３００
|
１６００
|
|
３ｔ矿车
|
１６００
|
１８００
|
|
６００ｍｍ轨距电机车
|
１３００
|
１６００
|
|
９００ｍｍ轨距电机车
|
１６００
|
１９００
|
2.
计算巷道拱
半圆拱形巷道拱高h0=B/2=3594/2=1797mm,其半径R=
=1797mm。
3.
计算巷道壁高h3
按人行高度计算 ，即： ≥1800 + hb -
式中 j—— 距巷道壁的距离，距壁j处巷道有效高度不小于1800
mm,j≥100mm, 一般取j=200mm。
≥1800+200- mm =1176mm
根据上述计算，按管道要求且考虑一定的富余量，确定巷道壁高 =1800 mm。故巷道高度为：
H= =1800-200+1797=3397mm
4.
计算巷道净断面面积S和净周长P（根据表6-12）
S=B(0.39B+ )
式中 ——道碴面以上巷道壁高， =
=1800-200=1600mm
S=3594ⅹ(0.39X3594+1600)=10814400mm=10.8m
P=2.57B+2 h =2.57X3594+2X1600=12437mm=12.4mm
5. 用风速校核巷道净断面面积
根据表6-4，知Vmax=6m/s,已知通过大巷风量Q=28 ，将其代入式（6-6）得：
V=Q/S=28/10.8=2.56m/s<6
m/s
计算确定的大巷断面面积满足风速的规定，可以使用。
表6-4
井巷中的允许风流速度
|
井巷名称
|
允许风速/m·
|
|
最低
|
最高
|
|
无提升设备的风井和风硐
|
|
15
|
|
专为升降物料的井筒
|
|
12
|
|
风桥
|
|
10
|
|
升降人员和物料的井筒
|
|
8
|
|
主要进、回风巷
|
|
8
|
|
架线电机车巷道
|
1.0
|
8
|
|
运输机巷、采区进、回风巷
|
0.25
|
6
|
|
采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷
|
0.25
|
4
|
|
掘进中的岩巷
|
0.15
|
4
|
|
其他通风人行巷道
|
0.15
|
|
6、选择支护参数
根据巷道净宽3.594m、穿过中等稳定岩层即属Ⅲ类围岩、服务年限大于10年等条件，该巷道采用锚喷支护，根据表6-11选择锚喷支护的参数：锚杆长1.8m，间距a=0.8m,排距
=0.8m
,钢筋直径d=14mm,喷射混凝土层厚（支护厚度）T1=100mm，锚杆外露长度T2=50mm，支护厚度T=T1=100mm
。
7、选择道床参数
根据巷道的运输设备，已选用24kg/m钢轨，其道床参数hc=360mm、hb=200mm，道碴面至轨道面高度ha=hc-hb=360-200=160mm。选用钢筋混凝土轨迹。
表6-5
巷道轨型选择及其技术特征
|
巷道类型
|
运输方式及设备
|
矿车容积
|
轨距/mm
|
钢轨型号
/kg
|
|
井底车场及主要运输大巷
|
8t、10t电机车或12t、14t机车牵引列车
|
5t底卸式
3t底卸式
|
900
600
|
≥30
24
|
|
<8t机车
|
1t固定式
|
600
|
18
|
|
无极绳，≦5t机车
|
1t固定式
|
600
|
15
|
|
采区运输巷道
|
上、下山
|
钢丝绳运输
|
1.5t固定式
|
600（900）
600
|
15
15
|
|
运输巷、回风顺槽
|
≦5t机车或钢丝绳运输
|
1.5t固定式
1.0t固定式
|
600（900）
600
|
15
11或15
|
|
表6-6
常用轨枕规格
mm
|
|
轨枕类型
|
轨距
|
轨型/kg
|
全长
|
全高
|
上宽
|
下宽
|
|
木轨枕
|
600
|
11
15或18
14
|
1200
|
100
120
140
|
---
120
130
|
120
150
160
|
|
900
|
15或18
24，30
|
1600
|
120
140
|
120
130
|
150
160
|
|
钢筋混凝土轨枕
|
600
|
11或15
18
|
1200
|
130
130
|
120
160
|
140
180
|
|
900
|
24,30
|
1700
|
145
|
170
|
200
|
|
预应力钢筋混凝土轨枕
|
600
|
15或18
|
1200
|
115
|
100
|
140
|
表6-7
常用床道参数
|
巷道类型
|
钢轨型号/kg
|
道床总高度 /mm
|
道碴高度 /mm
|
道碴面值轨道面垂高 /mm
|
|
井底车场及主要运输巷道
|
≥24
|
360
|
200
|
160
|
|
18
|
320
|
180
|
140
|
|
采区运输巷道
|
上、下山
|
15或18
|
220
|
可不铺道碴，轨枕沿底板浮放，也可在浮放轨两侧充填掘进矸石
|
|
|
|
|
|
|
|
8、计算巷道掘进断面尺寸（根据表6-12）
巷道设计掘进宽度
B1=B+2T=3594+2X100=3794mm
巷道计算掘进宽度
B2=B1+2&=3794+2X75=3944mm
巷道设计掘进高度
H1=H+hb+T=3397+200+100=3697mm
巷道计算掘进高度
H2=H1+&=3697+75=3772mm
巷道设计掘进断面面积
S1=B1(0.39B1+h3)=3794x(0.39x3794+1800)=1244303mm2,
取S1=12.4m2
巷道计算掘进断面面积
S2=B2(0.39B2+h3)=3944x(0.39x3944+1800)=1316570mm2,取S2=13.2m2
（三）
布置巷道内水沟和管线
1、巷道内水沟的布置：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0.3%～0.5%，或与巷道坡度相同，但应不小于0.3%，以利于排水。
2、管线布置：要求有：
第一、管道一般设在人行道一侧，特殊情况下也可设在非人行道一侧。
第二、在架线式电机车运输巷道内，管道不能直接置于巷道底板上，以免腐蚀管道，管道与运输设备之间的距离一般不小于0.2m。
第三、井筒和巷道内的通信和动力电缆不宜设在同一侧，，如受限制必须在同一侧时，在井筒内应敷设在距动力电缆上方0.3m以外的地方，在巷道内，通信电缆一敷设在动力电缆上方0.1m以上的地方；第四、高压电缆和低压电缆在巷道同侧敷设时，其距离应大于0.1m；同时高压电缆之间、低压电缆之间的距离不小于50mm。
第五、电缆与管道同侧敷设时，电缆要挂在管道上方0.3m以上。
第六、电缆悬挂高度要保证矿车掉道是不撞击电缆，或电缆发生坠落时，不会落在轨道上或运输设备上，其高度一般为1.5～1.9m电缆悬挂点的间距不大于3.0m；电缆与运输设备之间的安全距离不小于0.25m。
已知通过该巷道的涌水量为180m3/h,采用0.3％的水沟坡度，根据表6-15，确定水沟深450mm、宽500mm，净断面积0.225m2，掘进断面面积0.272m2，每米水沟盖板用钢筋2.036kg、混凝土0.0323m3，水沟用混凝土0.152m3。
表6-15
拱形、梯形水沟规格及材料消耗
|
巷
道
类
别
|
支护类别
|
流量/m ·h
|
净尺寸/mm
|
断面/m
|
每米材料消耗量
|
|
坡度
|
宽度
|
深度H
|
净
|
掘进
|
盖板
|
水沟
|
|
0.3%
|
0.4%
|
0.5%
|
上宽B
|
下宽B
|
钢筋/kg
|
混凝土/m3
|
混凝土/m3
|
|
拱形大巷
|
锚喷
|
0～86
|
0～97
|
0～112
|
300
|
350
|
0.105
|
0.144
|
1.336
|
0.0226
|
0.114
|
|
砌碹
|
0～96
|
0～100
|
0～123
|
350
|
300
|
350
|
0.114
|
0.139
|
1.336
|
0.0226
|
0.099
|
|
锚喷
|
86～172
|
97～205
|
112～227
|
400
|
400
|
0.16
|
0.203
|
1.633
|
0.0276
|
0.133
|
|
砌碹
|
96～197
|
100～227
|
132～254
|
400
|
350
|
450
|
0.169
|
0.207
|
1.633
|
0.0276
|
0.120
|
|
锚喷
|
172～302
|
205～349
|
227～382
|
500
|
450
|
0.225
|
0.272
|
2.036
|
0.0323
|
0.152
|
|
砌碹
|
197～349
|
227～403
|
254～450
|
500
|
450
|
500
|
0.238
|
0.278
|
2.036
|
0.0323
|
0.137
|
|
锚喷
|
302～374
|
349～432
|
382～472
|
500
|
500
|
0.25
|
0.306
|
2.036
|
0.0323
|
0.161
|
|
砌碹
|
349～397
|
403～458
|
450～512
|
500
|
450
|
550
|
0.261
|
0.309
|
2.036
|
0.0323
|
0.145
|
|
采区梯形
|
棚式
|
0～78
|
0～90
|
0～100
|
230
|
180
|
260
|
0.05
|
0.146
|
|
0.093
|
|
棚式
|
78～118
|
90～136
|
100～152
|
250
|
220
|
300
|
0.07
|
0.174
|
0.104
|
|
棚式
|
118～157
|
136～181
|
152～202
|
280
|
250
|
320
|
0.08
|
0.195
|
0.110
|
|
棚式
|
157～243
|
181～280
|
202～313
|
350
|
300
|
350
|
0.11
|
0.236
|
0.122
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
（四）
计算巷道掘进工程量和材料消耗量
根据表6-12知：
每米巷道拱与墙计算掘进体积 V1=S2X1=13.2X1=13.2m3
每米巷道墙脚计算掘进体积
V3=0.2(T+&)X1=0.2X(0.1+0.075)X1=0.04m3
每米巷道拱与墙喷射材料消耗
V2=[1.57(B2-T1)T
+2h3T1]X1
=[1.57(3.944-0.10)X0.10+2X1.80X0.10]X1=0.96m3
每米巷道墙脚喷射材料消耗
V4=0.2T1X1=0.2X0.10X1=0.02m3
每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗量）
V=V2+V4=0.96+0.02=0.98m3
每米巷道锚杆消耗（仅供部打锚杆）
N
=[2(P /2M)+1]/M
式中 P 1——计算锚杆消耗周长，P 1=1.57B
=1.57X3.944=6.19mm;
M、M --锚杆间距和排距，a =a =0.8m。
P /2M=6.19/(2X0.8)=3.869，取值为4，则
N =(2X4+1)/0.8=11.3根
折合质量为：
11.3x[( +0.05) Л(
ρ]=11.3[(1.80+0.05)X3.14X(0.018/2) X7850]=41.74
kg
其中， l为锚杆深度，l=1.8 ;0.05
为锚杆露出长度；d为锚杆直径，d=18 ；ρ为锚杆材料密度，ρ=7850kg/ 。
每排锚杆数为 X0.8=11.3X0.8≈9根。
每米巷道锚杆注孔砂浆消耗 V = ( )
其中， 、 分别为锚杆孔和锚杆的断面积。
则 =11.3X1.8X3.14X(
)/4=0.023m3
每米巷道粉刷面积
=1.57 +2
为计算净宽 =
=3.94-2X0.10=3.74m
则
=1.57X3.74+2X1.6=9.07m2。
（五） 绘制巷道断面施工图。编制巷道特征表和材料消耗表。
根据计算结果，按1∶50比例绘制巷道断面图（图6-8），并附工程量及材料消耗量表（表6-16及表6-17）。
表6-16
运输大巷特征
|
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
|
外露
长度
|
排列
方式
|
间、排距
|
锚杆长
|
直径
|
|
|
Ⅲ
|
10.8
|
12.5
|
3794
|
3697
|
100
|
钢筋砂浆
|
50
|
方形
|
800
|
1800
|
14
|
12.4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
表6-17
运输大巷每米工程量及材料消耗量
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围岩
类别
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计算掘进工程量∕m3
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锚杆
数量
∕根
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材料消耗∕mm
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粉刷面积
∕m2
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巷道
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墙角
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喷射
材料
∕m3
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锚杆
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钢筋
∕kg
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注砂浆∕m3
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Ⅲ
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13.2
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0.04
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11.3
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0．98
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41.74
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0.023
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9.07
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交叉点设计
天山煤矿井底车场，采用XK8-6∕110A架蓄电池电机车运输，在一个双轨单侧（左）交叉点处，要求支巷对主巷的转角为45o。选用的道岔型号为DX624-5-1516（左），巷道的曲线半径为15m。交叉点采用锚喷支护。
（一）
选定基本数据
已知：巷道断面为半圆拱形，其中Ⅰ-Ⅰ断面 =3800mm， =950mm；Ⅱ-Ⅱ断面 =3700mm， =850mm；Ⅲ-Ⅲ断面
=3900mm， =1050mm。因此选取道岔的尺寸，其参数为： =3258mm， =4142mm，θ= 。
（二）
交岔点平面尺寸计算
根据式（6-10）至（6-20）可得：
= -
=4142X0.98-15000X0.198=1089mm(D段在岔心的左侧)
H=R
=15000X0.98+4142X0.198=15520mm
取斜墙斜率 则：
538mm
设计要求巷道对主巷的转角为 ，故从道岔起的弯道转角为：
α =δ-α=
弯道长度为：
L=Rα
Л∕180o=15000ⅹ33o34′44″ⅹЛ∕180o=8786mm
（三）
中间断面尺寸计算
已知Ⅰ-Ⅰ断面自底板起的墙高为2200mm，而在 断面处的墙高为1600mm，按式（6-21）可知：
即 段内每延长 处的墙高降低量为72mm。
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