4-1
4巷道与交岔点设计
巷道是井下生产的动脉。根据开拓设计的要求和为了适应矿体的变化或地质条件的特殊要求，
巷道大部分区段是直的，有些区段则是弯曲的。两条巷道相交处或一条巷道分岔处，则又构成不同
类型的巷道交岔点。
断面设计是否合理，将直接影响煤矿生产的安全和经济效益。断面设计的主要原则是：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和步骤是：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，绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和
每米巷道工程量以及材料消耗量一览表。
4.1巷道断面设计
4.1.1巷道断面形状选择
我国煤矿井下使用的巷道断面形状，按其构成的轮廓线可分为曲线形和折线形两大类。前者如
半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等；后者如矩形、梯形、不规则形等（见
图4-1）。
图4-1巷道断面形状
(a)矩形；(b)梯形；(c)半梯形；(d)半圆拱形；(e)圆弧拱形；(f)三心拱形；
(g)封闭拱形；(h)椭圆形；(i)圆形
巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道用途及其服务年限、所处的位置（即作用在巷道上地压
的大小和方向、围岩性质）、选用的支架材料和支护方式、掘进方法和采用的掘进设备等因素。
一般情况下，巷道的用途和服务年限是考虑选择断面形状的重要因素。服务年限长达几十年的
开拓巷道，采用受力性能好的各种拱形断面较为有利；服务年限短的准备巷道或回采断面多采用断
面利用率高的梯形或矩形断面。
作用在巷道上的地压大小和方向在选择断面形状时也起主要作用。当顶压较大、侧压较小时，
则应选用直墙拱形断面（半圆拱、圆弧拱或三心拱）；当顶压、侧压都很大且有严重底鼓时，就必须
4-2
选用诸如马蹄形、椭圆形或圆形等封闭式断面。
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。金属支架
和锚杆可用于任何形状的断面；喷射混凝土支护方式适用于拱形等曲线断面。
掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定的影响。目前，岩石平巷掘进仍是采用
钻眼爆破方法占主导地位，它能适应任何形状的断面。未来在使用全断面掘进机组掘进的岩石平巷，
选用圆形断面无疑是更为合适的。
上述选择巷道断面形状应考虑的诸因素，彼此是密切联系而又相互制约的。条件要求不同，影
响因素的主次位置就会发生变化。所以，应该综合分析，抓住主导因素兼顾次要因素，以便能选用
较为合理的巷道断面形状。
4.1.2巷道断面布置
根据巷道的用途和生产要求，巷道内除通过运输设备和铺设轨道外，还设有水沟、人行道和各
种管路、电缆。
巷道的断面布置，一方面要有效合理地利用断面，减少掘砌工程堡，另一方面要有利于安全生
产，有利于巷道内设备、设施的使用和维护。
对直墙拱形巷道断面，一般将水沟和人行道布置在同一侧，管路则可布置在人行道侧或非人行
道侧。如采用封闭拱形如圆形、椭圆形断面等，为充分利用断面，双轨巷道可将人行道布置在中间，
水沟则利用底部富裕面积；设置输送机和轨道线路的巷道，若用椭圆形断面，可设想分上、下两层，
上层安设胶带机或行人，下层则可设轨道行车，底部设置水沟。
巷道内的设备和设施要按生产的要求进行选择和布置。
1）道床参数选择
道床参数是指钢轨型号、轨枕规格和道渣厚度。道床结构见图4-2。
图4-2道床结构图
钢轨的型号是以每米长度的质量来表示的。煤矿常用的型号是11~33kg／m。钢轨质量越大，强
度越高，稳定性就越好。钢轨型号根据巷道类型、通过的运输设备来选取，见表4-1。
表4-1巷道轨型选择及技术特征
巷道类型运输方式及设备矿车容积轨距/mm钢轨型号/kg?m
-1
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
<8t机车1t固定式60018
井底车场及主要运输大巷
无极绳，≤5t机车1t固定式60015
4-3
上、下山钢丝绳运输1.5t固定式
600（900）
600
15
15采区运输
巷道运输中巷、回
风顺槽
≤5t机车或钢丝绳运输
1.5t固定式
1t固定式
600（900）
600
15
11~15
轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。目前多使用钢筋混凝土轨枕，木轨枕主要用在
道岔处。由于预应力钢筋混凝土轨枕具有较好的抗裂性和耐久性、构件刚度大、节约木料、造价低
等优点，所以应大力推广使用。常用的轨枕规格见表4-2。
表4-2常用轨枕规格单位：mm
轨枕规格轨距轨型/kg?m
-1
全长全高上宽下宽
600
11
15或18
24
1200
100
120
140
--
120
130
120
150
160木轨枕
900
15或18
24、30
1600
120
140
120
130
150
160
600
11或15
18
1200
130
130
120
160
140
180
钢筋混凝土轨枕
90024、301700145170200
预应力钢筋混凝土轨枕60015或181200115100140
道床应选用坚硬和不易风化的碎石或卵石做道碴，粒度以20～30mm为宜，并不准掺有碎末等
杂物，使其具有适当孔隙率，以利于排水和有良好的弹性。道碴的高度也应与选用的钢轨型号相适
应，其厚度不得小于100mm，至少要把轨枕1/2～2/3的高度埋入道碴内。道床宽度可按轨枕长度再
加200mm考虑。相邻两轨枕中心线距一般为0.7~0.8m，在钢轨接头、道岔和弯道处应适当减小。
道床有关参数见表4-2。
大型矿井特别是采用底卸式矿车运输时，井底车场和主要运输大巷应积极推广整体（固定）道
床。这种道床可用混凝土一次浇灌而成，也可先在轨道下铺设轨枕，然后再浇灌混凝土。但是，有
低鼓且未处理的巷道不宜采用整体道床。
表4-2常用道床参数单位：mm
巷道类型
钢轨型号
/kg?m
-1
道床总高度
h
c
道碴高度
h
b
道碴面至轨道面垂高
h
s
≥24360200160
井底车场主要运输巷道
18320180140
采区
运输
巷道
上、下山15或18220
可不铺道碴，轨枕沿底
板浮放，也可在浮放轨
枕两侧充填掘进矸石
2）水沟设计
为了排出井下涌水和其他污水，设计巷道断面时应根据矿井生产时通过该巷道的排水量设计水
沟。水沟通常布置在人行道一侧，并尽量少穿越运输线路。只有在特殊情况下才将水沟布置在巷道
中间或非人行道一侧。
平巷水沟坡度可取0.3%～0.5%，或与巷道的坡度相同，以利水流畅通。
运输大巷的水沟可用混凝土浇筑，也可把钢筋混凝土预制成构件，然后送到井下铺设。采区中
间巷的水沟，可根据巷道底板性质、服务年限长短、排水量大小和运输条件等因素考虑是否需要支
4-4
护。回采巷道的服务年限短、排水量小，故其水沟不用支护。棚式支架巷道水沟一侧的边缘距棚腿
应不小于300mm。
为了行人方便，主要运输大巷和倾角小于15°斜巷的水沟应铺放钢筋混凝土预制盖板，盖板顶
面应与道渣面齐平。只有在无运输设备的巷道或倾角大于15°的斜巷以及采区中间巷和顺槽才可不
设盖板。
常用的水沟断面形状，有对称倒梯形、半倒梯形和矩形几种。各种水沟断面尺寸应根据水沟的
流量、坡度、支护材料和断面形状等因素确定，常用的水沟断面及尺寸见图4-3。
为了简化设计，可以直接在设计部门提供的各种断面形状水沟的技术特征表(参见表4-3)中选取。
图4-3采区梯形巷道水沟断面
表4-3拱形、梯形巷道水沟规格和材料消耗表
流量/m
3
?h
-1
净尺寸/mm断面/m
3
每米材料消耗量
坡度宽B盖板水沟
巷
道
类
别
支护类
别
0.3%0.4%0.5%
上宽
B1
下宽
B2
深
H
净掘进
钢筋/kg
混凝土
/m
3
混凝
土/m
3
300锚喷
砌碹
0~86
0~96
0~97
0~100
0~112
0~123350300
350
350
0.105
0.114
0.144
0.139
1.336
1.336
0.0226
0.0226
0.114
0.099
400锚喷
砌碹
86~172
96~197
97~205
100~227
112~227
123~254400350
400
450
0.160
0.169
0.203
0.207
1.633
1.633
0.0276
0.0276
0.133
0.120
500锚喷
砌碹
172~302
197~349
205~349
227~403
227~382
254~450
500450
450
500
0.225
0.238
0.272
0.278
2.036
2.036
0.0323
0.0323
0.152
0.137
500
拱
形
大
巷
锚喷
砌碹
302~374
349~397
349~432
403~458
382~472
450~512500450
500
550
0.250
0.261
0.306
0.309
2.036
2.036
0.0323
0.0323
0.161
0.145
采
区
梯
形
棚式
棚式
棚式
棚式
0~78
78~118
118~157
157~243
0~90
90~136
136~181
181~280
0~100
100~152
152~202
202~313
230
250
280
350
180
220
250
300
260
300
320
350
0.05
0.07
0.08
0.11
0.146
0.174
0.196
0.236
无
无
无
无
0.093
0.104
0.110
0.122
3）管线布置
根据生产需要，巷道内需要敷设诸如压风管、排水管、供水管、动力电缆、照明和通信电缆等
管道和电缆。管缆的布置要考虑安全和架设检修的方便，一般应符合下列要求：
4-5
（1）管道通常设置在人行道一侧，也可设在非人行道侧。管道架设可采用管墩架设、托架固
定或锚杆悬挂等方式。若架设在人行道上方，管道下部距道碴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。
（2）在架线式电机车运输巷道内，不要将管道直接置于巷道底板上（用管墩架设），以免电流
腐蚀管道。管道与运输设备之间必须留有不小于0.2m的安全距离。
（3）通信电缆和动力电缆不宜设在同一侧。如受条件限制设在同一侧时，通信电缆应设在动
力电缆上方0.1m以上的距离处，以防电磁场作用干扰通讯信号。
（4）高压电缆和低压电缆在巷道同侧敷设时，相互之间距离应大于0.1m以上；同时高压电
缆之间，低压电缆之间的距离不得小于50mm，以便摘挂方便。
（5）电缆与管道在同一侧敷设时，电缆要悬挂在管道上方并保持0.3m以上距离。
（6）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1.5～1.9m；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。
4.1.3巷道断面尺寸的确定
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及规格，
人行道宽度和各种安全间隙，以及通过巷道的风量等。
设计巷道断面尺寸时，根据上述诸因素和有关规程、规范的规定，首先定出巷道的净断面尺寸，
并进行风速验算；其次，根据支护参数、道床参数计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许加大
值（超挖值）计算出巷道的计算掘进断面尺寸；最后，按比例绘制巷道断面施工图，编制巷道特征
表和每米巷道工程量及材料消耗量表。
1）巷道净宽度的确定
直墙拱形和矩形巷道的净宽度，系指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平距离。对于
梯形巷道，当其内通行矿车、电机车时，净宽度系指车辆顶面水平的巷道宽度；当其内不通行运输
设备时，净宽度系指从底板起1.6m水平的巷道宽度。
运输巷道净宽度，由运输设备本身外轮廓最大宽度和《煤矿安全规程》所规定的人行道宽度以
及有关安全间隙相加而得；无运输设备的巷道，可根据行人及通风的需要来选取。
图4-4巷道净断面尺寸计算简图
如图4-4所示，拱形双轨巷道净宽度按下式计算。
tCAaB+++=
1
2
（4-1）
式中，B－巷道净宽度，指直墙内侧的水平距离，m；
a－非人行侧的宽度，《煤矿安全规程》规定，a≥0.3m；当巷道内安设输送机时，输送机距支护
或碹墙最突出部分之间的距离，a≥0.5m。
4-6
A
1
－运输设备的最大宽度，m，几种常用运输设备的宽度和高度见表4-4。
C－人行道的宽度，《煤矿安全规程》规定，从巷道道碴面起1.6m的高度内，C≥0.8m，在人车
停车地点C≥1.0m，在巷道高度1.6m至1.8m之间不得架设管、线和电缆。
t－在双轨运输巷道中，两列对开列车最突出部分之间的距离，《煤矿安全规程》规定：t≥0.2m，
在采区装载点t≥0.7m，在矿车摘挂钩地点t≥1.0m。
表4-4几种常用运输设备的主要计算尺寸单位：mm
运输设备类型宽度(A1)高度(h)运输设备类型宽度(A1)高度(h)
蓄电池电机车110/68AXK?10541550
架线电机车250/
9
7
6
10
7
?ZK
1060
1360
1550
1t固定式矿车8801150
架线电机车550/
9
7
14?ZK
133516001.5t固定式矿车10501150
3t底卸式矿车12001400
架线电机车7550/
9
7
6
10CZK??
1050
1212
1350
1600
TD75固定式输送机15151200
蓄电池电机车48/65.2AXK?
9201550SPJ-800吊挂胶带输送机1200900
2）巷道净高度的确定
矩形、梯形巷道的净高度系指自道渣面或底板至顶梁或顶部喷层面、锚杆露出长度终端的高度；
拱形巷道的净高度是指自道渣面至拱顶内沿或锚杆露出长度终端的高度。
《煤矿安全规程》规定，主要运输巷道和主要风道的净高，自轨面起不得低于1.9m。架线电机
车运输巷道的净高，必须符合有关规定：电机车架空线的悬挂高度，自轨面算起在行人的巷道内、
车场内以及人行道同运输巷道交叉的地方不得小于2m；在不行人的巷道内不得小于1.9m；在井底
车场内，从井底到乘车场其高度不得小于2.2m。电机车架空线和巷道顶或棚梁之间的距离不得小于
0.2m。采区（盘区）内的上山、下山和平巷的净高不得低于1.8m。
确定拱形巷道的净高度，主要是确定其净拱高和自底板起的壁（墙）高，如图4-4所示。
b
hhhH?+=
30
（4-2）
式中，H--拱形巷道的净高度，m；
h
0
--拱形巷道的拱高，m；
h
3
--拱形巷道的墙高，m；
h
b
--巷道内道碴高度，按表4-6选取，m。
（1）拱高h
0
的确定
拱的高度常以与巷道净宽的比来表示（称为高跨比）。
半圆拱的拱高h
0
、拱的半径R均为巷道净宽的1/2，即h
0
=R=B/2。圆弧拱的拱高，煤矿多取巷
道净宽的1/3，即h
0
=B/3。个别矿井为了提高圆弧拱的受力性能，取拱高h
0
=2B/5。金属矿山由于围
岩坚固稳定，可将圆弧拱的拱高h
0
取为巷道净宽的1/4或1/5。
（2）2．墙高h
3
的确定
拱形巷道的墙高(h
3
)系指自巷道底板至拱基线的垂直距离（见图4-4）。为了满足行人安全、运输
通畅以及安装和检修设备、管缆的需要，拱形巷道的墙高h
3
设计按架线电机车导电弓子顶端两切线
的交点处与巷道拱壁间最小安全间隙要求、管道的装设高度要求、人行高度要求、1.6m高度人行宽
度要求和设备上缘至拱壁最小安全间隙要求等5种情况，表4-5中公式计算，并取其最大者。
上述计算出的墙高h
3
值，必须按只进不舍的原则，以0.1m进级。
4-7
计算条件计算公式
条款说明半圆拱圆弧拱
按架线电机车导电弓子要求
计算
电机车导电弓子外缘与巷道拱
壁之间距n≥200，一般取n＝
200，K为导电弓子宽度之半
22
341
()()
c
hhhRnKb≥+???+
2222
341
()()()
2
c
B
hhhRRnkb≥+????+
双
轨
22
3572
(/2)
b
hhhhRKmDb≥++??+++
2222
3572
()(/2)
2
b
B
hhhhRRKmDb≥+++???+++
按
导
电
弓
子
单
轨
电机车导电弓子与管子距离
不小于一定值m≥300
管子最下边应满足1800的人行
高度，即
5
1800h≥
22
3571
(/2)
b
hhhhRKmDb≥++??++?
2222
3571
(/2)(/2)
b
hhhhRBRKmDb≥+++???++?
双
轨
22
1
35712
(/)
2
b
A
hhhhRmDb≥++??+++
2222
1
35712
(/2)(/2)
2
b
A
hhhhRBRmDb≥+++???+++
按管道的装
设要求计算
按
电
机
车
单
轨
电机车距管子不小于一定值
m
1
≥200
管子最下边应满足1800的人行
高度，即
5
1800h≥
22
1
35711
()
22
b
A
D
hhhhRmb≥++??++?
2222
357111
()(2/2)
2
b
B
hhhhRRAmDb≥+++???++?
按人行高度要求计算
距壁j处的有效高不应小于
1800，
100j≥
，一般取j=200
22
3
1800()
b
hhRRj≥+???
2222
3
1800(/2)(/2)
b
hhRBRBj≥++????
双
轨
22
312
1600(/2)
b
hhRCAb′≥+??++
2222
31
1600(/2)(/2)
b
hhRBRCAb≥++???++
按1.6m高度人行宽度
要求计算单
轨
渣面起1.6m水平处，运输设备
上缘与拱壁间距700C′≥，即保
证有700宽的人行道
22
1
1600(/2)
b
hhRCAb′≥+??+?
2222
1
1600(/2)(/2)
b
hhRBRCAb≥++???+?
双
轨
22
312
(/2)
c
hhhRCAb′≥+??++
2222
31
(/2)(/2)
c
hhhRBRCAb≥++???++
人行
侧单
轨
22
1
(/2)
c
hhhRCAb′≥+??+?
2222
1
(/2)(/2)
c
hhhRBRCAb′≥++???+?
按设备上缘
与拱壁最小
安全间隙要
求计算
非人行侧
渣面起1.6m水平处，运输设备
上缘与拱壁间距700C′≥，即
保证有700宽的人行道
运输设备上缘与拱壁间距
200a′≥，一般取200a′=
22
31
(/2)
c
hhhRaAb′≥+??++
2222
31
(/2)(/2)
c
hhhRBRaAb′≥++???++
4-8
3）巷道的净断面积
巷道的净宽和净高确定后，巷道的净断面面积便可以求出。
半圆拱巷道净断面面积：S=B(0.39B+h2)(4-3)
圆弧拱巷道净断面面积：S=B(0.24B+h2)(4-4)
三心拱巷道净断面面积：S=B(0.26B+h2)(4-5)
4）巷道风速验算
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，断面越小风速越大。风速大，不仅会扬起煤尘，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》规定了各种不同用途的巷道所允许的最高风速
（见表4-6）。但是，为使矿井增产留有余地和满足经济风速的要求，一般不选用表中所列
的最高风速。《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。所以设
计出巷道净断面后，还必须进行风速验算，即
axm
v
S
Q
v≤=（4-6）
式中，v--通过该巷道的风速，m/s；
Q--根据设计要求通过该巷道的风量，m
3
/s；
S--巷道的净断面面积，m
2
；
V
max
--该巷道允许通过的最大风速，按表4-3确定，m/s。
表4-6巷道允许的最高风速
巷道名称允许最高风速
1
max
/
?
?smv
风桥
主要进、回风道
架线电机车巷道
输送机巷道，采区进、回风巷
回采工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷
掘进中岩巷
其他行人巷道
10
8
8
6
4
4
-
一般对低瓦斯矿井，按前述方法所设计出的巷道净断面尺寸均能满足通风要求。但是，
对高瓦斯矿井往往不能满足。这时，巷道的净断面尺寸就需要根据允许的巷道最高风速和《煤
炭工业设计规范》规定的最高风速要求来进行计算。
5）巷道的掘进断面
巷道的净尺寸加上支护和道床参数后，便可获得巷道的设计掘进尺寸，进而求算出巷道
的设计掘进断面积。
半圆拱巷道设计掘进断面面积为：
)39.0(
3111
hBBS+=
(4-7)
圆弧拱巷道设计掘进断面面积为：
31
22
1
57.127.124.0hBTBTBS+++=
(4-8)
梯形巷道的设计掘进断面面积为：
2/)(
14311
HBBBS+=
(4-9)
式中，符号意义参见图4-4、4-5。
巷道设计掘进断面尺寸加上允许的掘进超挖误差值δ（75mm），即可求算出巷道计算
掘进断面尺寸。因此，在计算布置锚杆的巷道周长、喷射混凝土周长和粉刷面积周长时，就
4-9
应用比原设计净宽大2δ的计算净宽作为计算基础，以便保证巷道施工时材料应有的消耗
量。
4.1.4巷道支护参数设计
50年代，我国在开拓巷道中多数就地取材用石灰岩或花岗岩料石砌碹，少数复杂地层
采用金属支架和钢筋砼砌碹，采区和服务年限较短的巷道多采用木材支架。60年代，我国
在开拓巷道仍以料石支护为主，但由于水泥工业的发展和坑木代用的提出，在华东、华北、
中南等地区砼砌块得到了发展，同时各种钢筋砼棚子和矿用工字钢梯形支架在一些主要矿区
的采区巷道中也广泛推广，锚喷支护的试点在河南、山西等省取得了成功。进入70年代随
着砼喷射机和机械手的研制成功，锚喷支护得到了较大范围的推广和应用，因而我国巷道及
地下工程的支护出现了较大的改革。特别是80年代末，平庄、淮南等矿务局在软岩巷道中
锚喷支护的攻关成功，1992年末吉林梅河口矿在褐煤矿井中锚喷支护的有效使用，使锚喷
支护逐步成为我国岩巷支护的主要形式。目前由于我国综采工作面的大量增加，不仅采区巷
道断面相应加大，而且开拓巷道也多布置在煤层中，因而在煤巷中也已大量推广应用锚喷支
护。
1）现代支护结构原理
随着岩石力学的发展和锚喷支护的应用，逐渐形成了以岩石力学理论为基础的，支护与
围岩共同作用的现代支护结构原理，应用这一原理就能充分发挥围岩的自承力，从而能获得
极大经济效果。当前国际上广泛流行的新奥地利隧道设计施工方法，就是基于现代支护结构
原理基础之上的。归纳起来，现代支护结构原理包含的主要内容有以下几方面：
(1)现代支护结构原理是建立在围岩与支护共同作用的基础上，即把围岩与支护看成是
由两种材料组成的复合体。按一般结构观点，亦即把围岩通过岩石支承环作用使之成为结构
的一部分。显然，这完全不同于传统支护结构的观点，认为围岩只产生荷载而不能承载，支
护只是被动地承受已知荷载而起不到稳定围岩和改变围岩压力的作用。
(2)充分发挥围岩自承能力是现代支护结构原理的一个基本观点，并由此降低围岩压力
以改善支护的受力性能。
发挥围岩的自承能力，一方面不能让围岩进入松动状态，以保持围岩的自承力；另一方
面允许围岩进入一定程度的塑性，以使围岩自承力得以最大限度的发挥。当围岩洞壁位移接
近允许变形值ur
0max
时，围岩压力就达到最小值。围岩刚进入塑性时能发挥最大自承力这一
点可由图4-5加以说明。无论是岩石的应力应变曲线还是岩体节理面的摩擦力与位移的关系
曲线都具有同样的规律，即起初随着应变或位移的增大，岩石或岩体的强度逐渐获得发挥，
而进入塑性后，又随着应变或位移的增大，强度逐渐丧失。可见，围岩刚进入塑性时，发挥
的自承力最大。
按上所述，现代支护结构原理一方面要求采用快速支护，紧跟作业面支护，预先支护等
手段限制围岩进入松动；另一方面却要求采用分次支护，柔性支护，调节仰拱施作时间等手
段允许围岩进入一定程度的塑性，以充分发挥围岩的自承能力。
4-10
图4-5岩石应力-应变和摩擦力-位移曲线
（a）岩体单轴压缩试验的应力应变关系；（b）岩体节理面位移和摩擦力的关系
Ⅰ--弹性区；Ⅱ--强度下降区；Ⅲ--松动区
(3)现代支护原理的另一个支护原则是尽量发挥支护材料本身的承载力。采用柔性薄型
支护，分次支护或封闭支护，以及深入到围岩内部进行加固的锚杆支护，都具有充分发挥材
料承载力的效用。喷层柔性大且与围岩紧密粘结，因此喷层主要是受压或剪破坏，它比受拉
破坏的传统支护更能发挥混凝土承载能力。我国铁道科学院铁建所曾进行过模拟试验，表明
双层混凝土支护比同厚度单层支护承载力高，一般能提高20％～30％。所以分次喷层方法，
也能起到提高承载力作用。
(4)根据地下工程的特点和当前技术水平，现代支护原理主张凭借现场监控测试手段，
指导设计和施工，并由此确定最佳的支护结构型式，参数和最佳的施工方法与施工时机。因
此，现场监控量测和监控设计是现代支护原理中的一项重要内容。
(5)现代支护原理要求按岩体的不同地质、力学特征，选用不同的支护方式，力学模型
和相应的计算方法以及不同的施工方法。如稳定地层、松散软弱地层，塑性流变地层，膨胀
地层都应当分别采用不同的设计原则和施工方法。而对于作用在支护结构上的变形地压，松
动地压及不稳定块体的荷载等亦都应当采用不同的计算方法。
2）锚杆支护机理
（1）悬吊作用
悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂于其上的坚固老顶上，如图4-6所示，或者
是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连结在松动区外的完整坚固岩体上，使松动岩块不
致冒落。
（2）组合梁作用
组合梁作用是指将层状岩体各层用锚杆连结并紧固（图4-7），锚杆把数层薄的岩层组
合成类似铆钉加固的组合梁，提高了岩层的整体抗弯能力。在相同载荷作用下，组合后的组
合梁比未组合的板梁的挠度和内应力都大为减少。
图4-6锚杆的悬吊作用图4-7锚杆的组合作用
3．挤压加固拱作用
如图4-8(a)所示，若将锚杆沿拱形巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每
根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联接，便在围岩中形成一个厚度为b的均匀的连续
压缩带〔图4-8(b)〕。它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，阻止上部围岩的松动和
变形，这就是挤压加固拱。显然，对锚杆施加预张拉力是形成加固拱的前提。锚杆预应力的
作用，一方面在锥形体压缩区内产生压应力，增加节理裂隙面或岩块间的摩擦阻力，防止岩
块的转动和滑移，亦即增大了岩体的粘结力，提高了破碎岩体的强度；另一方面，锚杆通过
锚头和垫板对围岩产生的压应力，改善了围岩的应力状态，使压缩带内的岩石处于三向受力
状态，从而使岩体强度得到提高，这就是挤压加固拱的力学特征。
4-11
上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实际上是相互补充的综合作用，只不过在不
同地质条件下某种支护作用占主导作用而已。
图4-8锚杆的挤压加固拱
（a）单体锚杆对破裂岩石的控制；（b）锚杆的挤压加固拱
1—锚杆；2—岩体挤压加固拱；3—喷混凝土层；4—岩体破碎区
3）锚喷支护参数设计
锚杆支护理论计算法主要是利用悬吊理论、组合梁理论、冒落拱理论、组合拱(压缩拱)
理论以及其他各种力学方法，分析巷道围岩的应力与变形，进行锚杆支护设计，给出锚杆支
护参数的解析值。这种设计方法的重要性不仅与工程类比法相辅相成，而且为研究锚杆支护
机理提供了理论工具。下面分别介绍有代表性的按悬吊理论和按冒落拱理论设计锚杆支护参
数的方法。
（1）按悬吊理论设计锚杆支护参数
在层状岩层中开挖的巷道，顶板岩层的滑移与分离可能导致顶板的破碎直到冒落；在节
理裂隙发育的巷道中，松脱岩块的冒落可能造成对生产的威胁；在软弱岩层中开挖的巷道，
围岩破碎带内不稳定岩块在自重作用下也可能发生冒落。如果锚杆加固系统能够提供足够的
支护阻力将松脱顶板或危岩悬吊在稳定岩层中，就能保证巷道围岩的稳定。
(a)锚杆长度
锚杆长度通常按下式计算：
321
LLLL++=（4-10）
式中，L
1
为锚杆外露长度，其值主要取决于锚杆类型及锚固方式，一般L
1
=0.15m。对
于端锚锚杆，L
1
=垫板厚度+螺母厚度+(0.03～0.05m)，对于全长锚固锚杆，还要加上穹形球
体的厚度。L
2
为锚杆有效长度。L
3
为锚杆锚固段长度，一般端锚对L
3
=0.35~0.7m，由拉拔
试验确定；当围岩松软时，L
3
还应加大。
对于全长锚固锚杆，锚杆的有效长度则为L
2
+L
3
。
显然，锚杆外露长度(L
1
)与锚杆锚固段长度(L
3
)易于确定，关键是如何确定锚杆有效长
度(L
2
)。通常按下述方法确定L
2
：①当直接顶需要悬吊而它们的范围易于划定时，L
2
应大
于或等于它们的厚度。②当巷道围岩存在松动破碎带时，L
2
应大于或等于巷道围岩松动圈
厚度L
p
。
（b）锚杆间排距的确定
如果采用等距离布置，每根锚杆所负担的岩体重量为其所承受的荷载，可按下式计算：
2
aLQ
p
γ≥（4-11）
4-12
p
L
Q
a
γ
≤（4-12）
式中：Q－单根锚杆负担岩石重量，Kg；
γ－岩体的容重，Kg/m
3
；
a－锚杆的间排距。
从上述公式中可以看出，锚杆的拉应力、间排距、锚杆直径互为函数的关系，即确定了
其中任意两个量后，可求出另一个量。在实际工作中，锚杆直径由于施工的要求，其直径不
宜小于14mm（多在16～22mm范围内选择）；对于锚杆的间排距，往往是根据锚杆间岩体
的完整情况及工程类比法确定，如图4-9所示。如果计算所选的间排距超过1.0m时，应适
当缩小间排距或者采取加网等措施。
图4-9锚杆参数确定示意图
1－锚杆；2－锚杆支护区；3－锚杆非支护区；4—混凝土喷层
（c）锚杆直径的验算
如前所述锚杆直径不宜小于14mm，根据工程类比法选用后按下式验算：
[]
4
2
d
P
t
π
σ=
（4-13）
由P＝Q得：
[]
t
Q
d
σ
6.3=
（4-14）
式中：P－锚杆杆体的承载力；
Q－锚杆的锚固力，根据现场实测锚固力拉拔试验数据确定。
（2）组合拱理论法设计锚杆支护参数
（a）组合拱的厚度
亦可用下式计算组合拱的厚度：
α
α
tg
altg
b
?
=
（4-15）
式中：b－组合拱的厚度；
l－锚杆的有效长度；
4-13
a－锚杆的间排距
α－锚杆对破裂岩体压应力的作用角，经试验知α接近45
0
。
因此，组合拱的厚度可按下式计算：
alb?=（4-16）
由上可见，加长锚杆、减少锚杆间排距可以增大组合拱的厚度，使围岩更加稳定。
4）金属支架支护
金属支架是一种优良的坑木代用品。金属支架的主要型式如下。
(1)梯形金属支架
梯形金属支架用18~24kg/m钢轨、16~20号工字钢或矿用工字钢制作，由两腿一梁构
成，其常用的梁、腿连接方式亦如图4-10所示。型钢棚腿下焊一块钢板，是防止它陷入巷
道底板。有时还可以在棚腿之下加设垫木或铁靴子（铁板底座）。
钢轨不是结构钢，就材料本身受力而言，用它制作支架不够合理，但轻型钢轨容易获得，
所以仍在使用。理想的应采用工字钢来制作这种支架。
这种支架通常用在回采巷道中，在断面较大、地压较严重的其他巷道里也可使用。
(2)拱形可缩性金属支架
拱形可缩性金属支架用矿用特殊型钢制作，它的结构如图4-11所示。每架棚子由三个
基本构件组成---一根曲率R
1
的弧形顶梁和两根上端部带曲率为R
2
的柱腿。弧形顶梁的两端
插入或搭接在柱腿的弯曲部分上，组成一个三心拱。梁腿搭接长度约为300~400mm，该处
用两个卡箍固定。柱腿下部焊有150mm×150mm×10mm的铁板作为底座。
图4-10梯形金属支架图4-11拱形可缩性金属支架
支架可缩性可用卡箍的松紧程度来调节和控制，通常要求卡箍上的螺帽扭紧力矩约为
150Nm，以保证支架的初撑力。拱梁和柱腿的圆弧段的曲率半径R
1
和R
2
值的关系是
R
2
/R
1
=1.0~1.5（常用的比值是1.25~1.30）。在地压作用下，拱梁曲率半径R
1
逐渐增大，R
2
逐渐变小。当巷道地压达到某一限定值后，弧形顶梁即沿着柱腿弯曲部分产生微小的相对滑
移，支架下缩，从而缓和了顶岩对支架的压力。这种支架在工作中可不止一次地退缩，可缩
性比其他形式支架都大，一般可达30~35cm。在设计巷道断面选择支架规格时，应考虑留出
适当的变形量，以保证巷道的后期使用要求。
拱形可缩性金属支架适用于地压大、地压不稳定和围岩变形量大的巷道，支护断面一般
不大于12m
2
。支架棚距一般为0.7~1.1m，棚子之间应用金属拉杆通过螺栓、夹板等互相紧
4-14
紧拉住，或打入撑柱撑紧，以加强支架沿巷道轴线方向的稳定性。
5）砼大弧板支护
砼大弧板支护是专为软岩设计的新型支护，见图4-12。这种支护的特点是采用了超高
标号钢筋砼弧板，弧板砼强度等级达C100。其截面含钢率1.3％左右，板厚0.2～0.3m,宽
0.32～0.49m，每块重4.8～8t，每圈根据巷道断面大小由4～6块弧板组成圆形支架，每2～
3圈相接、成巷lm。支架的每米均布承载能力达500～700kN。
弧板支护用HP-1型机械手架设。该机可在轨道上行走，最大起重能力≤100kN，适用
于直径4～5m的巷道。弧板架设后，为增加其可缩性，板后充填100mm厚的柔性填层。在
施工时如遇顶邦难于维护时，可采用锚喷支护与弧板联合支护，即先锚喷支护后再架设弧板。
6）锚注支护
在锚喷支护基础上或在原金属支架、砌碹支护基础上，进行壁后注浆，可以增强支护结
构的整体性和承载能力，保证支护结构的稳定性，既具有锚喷支护的柔性与让压作用，又具
有金属支架和砌碹等支护方式的刚性支架的作用，组成联合支护体系，共同维持巷道的稳定。
围岩注浆后，一方面将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体的内聚力、内摩擦角及
弹性模量，从而提高了岩体强度，可以实现利用围岩本身作为支护结构的一部分；另一方面，
使普通端锚锚杆实现全长锚固，从而提高了锚杆的锚固力和可靠性，且注浆锚杆本身亦为全
长锚固锚杆，它们共同将多层组合拱联成一个整体，共同承载，提高了支护结构的整体性和
承载能力。其注浆加固机理如图4-13所示。
图4-12砼大弧板支护图图4-13注浆加固支护机理图
1—平滑可缩夹层；2—软性充填材料；1—普通金属锚杆；2—注浆锚杆；3—金属网
喷层；3—吊装孔、注浆预留孔；4—砼高强弧板4—注浆扩散范围；5—锚杆作用形成的锚
岩拱；6—喷网层作用形成的组合拱
7）锚索支护
与锚杆支护相比，锚索支护具有锚固深度大、锚固力大、可施加较大的预紧力等诸多优
点，是大松动圈巷道支护加固不可缺少的重要手段。其加固范围、支护强度、可靠性都比普
通锚杆支护要好。
一般认为锚索主要起悬吊作用，如图4-45所示。锚索把下部大松动圈范围内群体锚杆
形成的组合拱或组合拱之外不稳定岩层悬吊在稳定岩层中。例如岩层中的层理面造成的离层
等悬吊于上部稳定的岩层。同时，由于锚索可施加较大的预紧力，可挤紧和严密岩层中的层
理、节理裂隙等不连续面，增加不连续面之间的摩擦力，从而提高围岩的整体强度。对于大
断面巷道、硐室锚索还起一个重要的作用—减跨作用。
锚索的主要部件有钢绞线、锁具和锚固剂。钢绞线的选择标准是强度高、韧性好、低松
弛，既有一定的刚度又有一定的柔性，可盘成卷便于运输，有能自身搅拌树脂药卷实现快速
4-15
安装，适合在空间尺寸较小的巷道中使用。目前广泛采用7股5mm高强钢绞线绞成，直径
为15.24mm，目前也有Φ17.8mm的大锚索在工程中应用。锁具多为瓦片式，规格根据钢绞
线规格选取。锚固剂有水泥浆、树脂胶泥和普通树脂药卷等。
锚索施工用锚杆钻机和空六方接长钻杆和Φ27mm双翼钻头湿式打眼，扫孔后装入药卷
（用锚索送入），用专用搅拌器和锚杆钻机将锚索边推进边搅拌，搅拌时间视锚固剂型号而
定。锚索安装十几分种后，装上托梁、托盘、锚具，用专用张拉机具进行张拉达到规定张拉
值。
实践证明，在大断面巷道、顶板破碎巷道、硐室以及煤层巷道中，施加锚索来加强顶板
控制，维护巷道稳定是非常有效的。
8）联合支护
为了适应各种困难的地质条件，特别在软岩工程中，为使支护方式更为合理或因施工工
艺的需要，往往同时采用几种支护形式的联合支护，如锚喷（索）与U型钢支架、锚喷与
大弧板或与石材砌碹、U型钢支架与砌碹等联合支护。
顶板在破碎或顶板自稳时间较短的地层中，由于锚喷支护较为及时，在揭开岩石后立即
施以先喷后锚支护，然后在顶板受控制的条件下，再按设计施以锚注、U型钢或大弧板等支
护。也有先施以U型钢支架，然后再立模浇灌砼或喷射砼，构成联合支护。
联合支护应先施柔形支护，待围岩收敛变形速度每日小于1.0mm后，再施以刚性支护，
避免先用刚性支护而由于变形量过大而破坏。由于联合支护的成本较高，设计者应收集各种
资料确认后采用。
4.1.5巷道断面设计优化
评价一个设计方案优劣的主要标准是：设计方案在技术上的可行性、先进性和经济上的
合理性。对于巷近断面设计而言亦应是如此。按本章第二节方法确定的巷道净断面积在技术
上显然是可行的．能满足生产的基本要求，但在经济上是否最合理并不清楚。
要评价巷迫断面经济上的合理性，首先必须找出巷道断面积与费用的关系。
最优巷道断面设计就是寻求能满足运输、行人、通风要求，能为施工条件所允许，且巷
道的年总费用为最小的断面。
1）巷道的年总费用
与巷道断面由关的费用主要有：巷道的基建费Fj，巷道服务期间的通风电耗费Ft和巷
道的维护费Fw。
（1）巷道的基建费：巷道的基建费Fj可近似地表达为巷道净断面积Sj的线性函数，
它随巷道净断面的增大而增大。
baSF
jj
+=（4-17）
式中系数a、b可按井巷工程定额指标经过回归分析得到。
巷道的基建费是某—时间的一次投资，为得到巷道的年总费用，需将Fj转换成年成本费
Fj；，即将基建投资分摊到年成本中去。
设收益率为i，巷道服务年限为T，则
jj
T
T
j
FkF
i
ii
F?=
?+
+
=
′
1)1(
)1(
（4-18）
1)1(
)1(
?+
+
=
T
T
i
ii
k（4-19）
4-16
（2）巷道在服务期间的通风耗电费：巷道的通风耗电费与通风压力、巷道通过的风量、
通风时间以及通风设备的效率等有关，可用下式计算：
η102
0
eTtQh
F
t
????
=（4-20）
式中
t
F——每米巷道的年通风耗电费，元/m.a
h——通风压力，可用矿井通风摩擦阻力mm水柱代替，其值为
3
2
j
S
LQPa
h
???
=（4-21）
Q—通过巷道的风量，m3/s；
t—平均每日通风时间，h／d；
To——年通风天数，d／a；
e—电价，元／kw·h；
η—通风设备总效率；
a一巷道通风摩擦阻力系数；
P—巷道净断面周长，m；
L一巷道长度，m；
Sj一巷道净断面积，m2。
巷道的周长P与断面积Sj的平方根成正比，即
5.0
j
SP?=μ（4-22）
转换系数μ，据分析一般可取3.8~4.12。
所以，每米巷道（L=1m）年通风耗电费为：
5.2
3
0
102
j
t
S
QeTta
F
?
?????
=
η
μ
（4-23）
由上式可以看出，巷道的通风耗电费随巷道净断面的增大而减少。
（3）巷道在服务期间维护费：巷道在服务期间需进行维护，所发生的费用可引入年维
护费率g，按巷道基建费用的一定比例计算，即
j
FgF?=
ω
（4-24）
所以，巷道的维护费亦随断面的增大而增加。
综上所述，每米巷道的年总费用为：
5.2
3
0
102
))((
j
j
tj
S
QeTta
baSgk
FFFF
?
?????
+++=
++
′
=
η
μ
ω
（4-25）
2）最优巷道断面设计
在巷道的年总费用中，巷道的基建费和维护费随巷道净断面积的增大而增加，而通风耗
电费随巷道净断面的增大而减少，所以巷道的年总费用是巷道净断面积的函数，且存在一个
在满足生产要求条件下年总费用最小的巷道断面积。
因此，巷道断面设计的最优准则应是，每米巷道的年总费用最低。需满足的限制条件是：
4-17
(1)运输设备外形尺寸及行人的要求；
（2)通风风量与风速的要求；
(3)施工条件的限制。
用数学语言报述，即巷道断面设计的目标函数是
5.2
3
0
102
))((
min
j
j
tj
S
QeTta
baSgk
FFFF
?
?????
+++=
++
′
=
η
μ
ω
（4-26）
约束条件：
m
0
),(
SS
V
Q
S
hBSS
j
m
j
j
≤
≥
≥
（4-27）
式中),(
0
hBS—满足运输设备外形尺寸及行人的最小断面，m2；
Vm—巷道中允许的最高风速，m／s
Sm--施工技术条件允许的最大断面，m2。
显然，本章第二节方法确定的巷道断面是满足上述数学模型约束条件的一个可行解，但
并非是最优解。
当公式(2-26)中各参数确定之后，只要对面积Sj求导数，并使0=
j
dS
dF
，即可确定最优
的巷道断面。
3.2交岔点设计
3.2.1交岔点类型
井下巷道相交或分岔地点的那段巷道叫交岔点。交岔点按其结构又可分为柱墙式交岔点
和穿尖交岔点（图4-14）。
柱墙式交岔点又称“牛鼻子”碹岔，在各类围岩的巷道中均可使用。在该交岔点长度内
两巷道的相交部分，共同形成一个渐变跨度的大断面，其最大断面的跨度和拱高是由相交巷
道的宽度和柱墙的宽度决定的。这种交岔点较穿尖式交岔点工程量大，施工时间长，但具有
受力条件好，容易维护等特点，所以得到普遍应用。
穿尖式交岔点一般在围岩稳定坚硬，跨度小的巷道中使用。在交岔点的长度内，两巷
道为自然相交，其相交部分保持各自的巷道断面。拱高不是以两条巷道的最大跨度来决定，
而是以巷道自身的跨度来决定。因此，碹岔中间断面的高度不超过两相交巷道中宽巷的高度。
由于拱高低、长度短、断面尺寸不渐变，从而使工程量减小，施工时间缩短，通风阻力小，
也使设计工作简化。但它较柱墙式交岔点在相同条件下具有拱部承载能力小、仅适用于围岩
坚硬、稳定，跨度较小的巷道。
4-18
图4-14牛鼻子交岔点和穿尖交岔点
（a）牛鼻子交岔点；（b）穿尖交岔点；（c）断面图
3.2.2窄轨道岔
设计交岔点的重要依据之一，是道岔的类型与尺寸，故对井下使用的窄轨道岔作一介绍。
1）道岔的构造
矿井窄轨道岔是交岔点轨道运输线路连接系统中的基本元件，它是使车辆由一条线路过
渡到另一条线路的装置。其构造如图4-15所示，它主要由岔尖、基本轨、辙岔（岔心和翼
轨）、护轮轨以及转辙器等部件组成。
岔尖是道岔的最重要零件，它的作用是引导车辆向主线或岔线运行。岔尖要求紧贴基本
轨，高度应等于或小于基本轨高度，并具有足够的强度。岔尖的摆动是依靠转辙器来完成。
辙岔是道岔的另一个重要零件，其作用是保证车轮轮缘能顺利通过。它是由岔心和翼轨
焊接钢板而成，也有用高锰钢整体铸造的。后者稳定性好、强度高、寿命比前者高6～10
倍。
图4-15窄轨道岔构造图
1－基本轨接头；2－基本轨；3－牵引拉杆；4－转辙机构；5－岔尖；6－曲线起点；
7－转辙中心；10－曲线终点；4-插入直线；10－翼轨；11－岔心；12－辙岔岔心角；
13－侧轨轴线；14－直轨轴线；15－辙岔轴线；16－护轮轨；17－警冲标
辙岔岔心角α（简称辙岔角）是道岔的最重要参数。用其半角余切的1/2表示辙岔号码
M，即
2
c
2
1α
otM＝
。辙岔号码M越大，α角越小，道岔曲线半径R和曲线长度就愈大，车
辆通过时就愈平稳。窄轨道岔的号码M分为2、3、4、5和6号5种，相应的辙岔角为28
0
04’20”、
18
0
55’30”、14
0
15’、11
0
25’6”和9
0
31’38”。应根据轨距、轨型、电机车类型、允许的曲率
半径以及行车密度等因素选用（表4-1）。
护轮轨是防止车辆在辙岔上脱轨而设置的一段内轨。
2）道岔的类型
根据分岔的形式，道岔可分为单开道岔（DK）、对称道岔(DC)、渡线道岔(DX)三大类
型（图4-16为计算简图）；单开和渡线道岔有右向和左向之分，道岔型号还要和轨距与轨型
相配合，常见的轨距为600mm和900mm两种，轨型有15、18、24、30kg/m等。
4-19
道岔规格用类型、轨距、轨型、道岔号码和曲线半径来表示，如DK615－4－15表示：
600mm的轨距、15kg/m钢轨、4号单开道岔、曲线半径为12m。
表4-1道岔型号及曲线半径
道岔号码
牵引设备矿车类型
轨距
/mm
单开对称
曲线半径/m
1t固定式6002，3，436~9
非机车牵引
1.5t固定式
600
900
3，439~12
1t固定式6004，5312~20
1.5t固定式
600
900
4，5315~25
3t固定式9004，5315~25
3t底卸式6005320~30
7t、10t架线电机
车和8t蓄电池式
机车
5t底卸式9006325~40
3t固定式9005，6325~40
14t架线电机车
5t底卸式9006330~40
图4-16道岔结构与计算简图
（a）单开道岔；（b）对称道岔；（c）渡线道岔
a―转辙中心至道岔起点的距离；b―转辙中心至道岔终点的距离；L―道岔长度
3）道岔的选择原则
道岔本身制造质量的优劣或道岔型号选择是否合适，对车辆运行速度、运行安全和集中
控制程度等均有很大关系。一般应按以下原则选用：
（1）与基本轨的轨距相适应。如基本轨线路的轨距是600mm，就应选用600mm轨距
的道岔；
（2）与基本轨型相适应。选用与基本轨同级或高一级的道岔型号，但绝不允许采用低
4-20
图4-17单轨巷道单侧分岔点平面尺
寸计算图
一级的道岔；
（3）与行驶车辆的类别相适应。多数标准道岔都允许机车通过，少数标准道岔由于道
岔的曲线半径过小（≤9m）、辙岔角过大（≥18o55′30"）时，只允许矿车行驶；
（4）与行车速度相适应。多数标准道岔允许车辆通过的速度在1.5～3.5m/s，而少数标
准道岔只允许车辆通过的速度在1.5m/s以下。
3.2.3交岔点设计
交岔点设计包括交岔点的平面尺寸设计、中间断面尺寸设计、断面形状选择、支护设计、
工程量与材料消耗量计算等几部分。
（一）平面尺寸的确定
确定交岔点平面尺寸，就是要定出交岔点扩大断面
的起点和柱墙的位置，即交岔点斜墙的起点至柱墙的长
度，定出交岔点最大断面处的宽度，并计算出交岔点单
项工程的长度。这些尺寸取决于通过交岔点的运输设备
类型、运输线路布置的型式、道岔型号以及行人和安全
间隙的要求。在设计前，应先确定各条巷道的断面及主
巷与支巷的关系，并以下述条件作为设计交岔点平面尺
寸的已知条件：所选道岔的a、b、α值；支巷对主巷的
转角δ；各条巷道的净宽度B
1
、B
2
、B
3
及其轨道中心线
至柱墙一侧边墙的距离b
1
、b
2
、b
3
。此外，尚需确定柱
墙的宽度（一般取500mm）和轨道的曲率半径R。
下面以单轨巷道单侧分岔点为例介绍交岔点平面
尺寸的确定方法。
首先，应根据前述已知条件求曲线半径的曲率中心O点的位置，以便以O点为圆心、
R为半径定出弯道的位置，见图4-17。O点的位置距离基本轨起点的横轴长度J、距基本轨
中心线的纵轴长度H，可按如下求得：
ααsincosRbaJ?+=（4-28）
ααsincosbRH+=（4-29）
从曲率中心O到支巷起点T连一直线，此OT线与O点到主巷中心线的垂线夹角为θ，
其值为：
3
2
500
arccos
bR
bH
+
??
=θ
（4-30）
θθsin)(sin)]([
3333
bBRJbBRJP+?+=??+=（4-31）
为了计算交岔点最大断面宽度TM，需解直角三角形MTN：
22
TNNMTM+=（4-32）
θsin
3
BNM=（4-33）
23
500cosBBTN++=θ（4-34）
于是，自基本轨起点至柱墙面的距离：
NMPL+=
2
（4-35）
4-21
为了计算交岔点的断面变化，需确定斜墙TQ的斜率i，其方法是先按预定的斜墙起点
（变断面起点）求算斜率i
0
，然后选用与它最相近的固定斜率i，即：
PBTNi/)(
10
?=（4-36）
根据i
0
值的大小，选取固定斜率i为0.2、0.25或0.3，个别情况可取0.15。
确定了斜墙的斜率后，便可定出斜墙（变断面）的起点Q及交岔点扩大断面部分的长
度：
i
BTN
L
1
0
?
=
（4-37）
于是，变断面的起点至基本轨起点的距离：
Y=P－L
0
（4-38）
Q点在Q
0
点之右，Y为正值；Q点在Q
0
点之左，Y为负值。
交岔点工程的计算长度L，是从基本轨起点算起，至柱墙M点再延长2000mm，于是：
L=L
2
+2000（4-39）
在支巷处，交岔点的终点应取为从柱墙面算起，沿轨道中心线2000mm处，也可近似
地按直墙2000mm计算。
（二）交岔点的中间断面尺寸计算
1）中间断面的宽度
交岔点各中间断面的宽度，取决于通过它的运输设备的尺寸、道岔型号、线路联接系统
的类型、行人及错车安全要求。
2）考虑到运输设备通过弯道和道岔时边角将会外伸，与直线段巷道相比，交岔点道岔
处的中间断面应加宽，加宽要点如下：
（1）单轨巷道单侧分岔点，在弯道内侧加宽100mm。其外侧外伸值不大，可不再加宽，
但若安全间隙很小则应加宽200mm。加宽范围为道岔转辙中心左边5m、右边1m。
（2）双轨巷道单侧分岔点，在道岔转辙中心前5m一段，双轨中心线距应加宽200mm
或200mm以上，并在左右各设置5m的过渡线段，在此范围内，巷道外侧也要相应加宽。
（3）单轨巷道对称分岔点，两侧均应加宽。
（4）双轨巷道对称分岔点，从弯道曲率中心向左3m段，两轨中心线应分别向外移动
200mm或更多，即双轨中心线加宽400mm或更多，并在其左也设置5m过渡线段，巷道也
需适当加宽。
3）为了施工方便和减少通风阻力，在井底车场的交岔点内，一般应不改变双轨中心线
距及巷道断面。这样在设计交岔点时，中间断面应选用标准设计图册中相应的曲线段的断面
（即参考运输设备通过弯道或道岔时边角外伸、双轨中线距及巷道宽度已加宽的断面）。
4）中间断面的拱高
交岔点内的巷道拱高，由于宽度逐渐加大，因而拱高也逐渐加大。半圆拱拱高仍取宽度
的1/2，圆弧拱取1/3。锚喷支护的交岔点也可降低拱高，以减少掘、支工程量。
5）中间断面的墙高
由于各中间断面的拱高将随净宽的递增而升高，为了提高断面利用率，减少掘、支工程
量，在满足安全、生产与技术需求的条件下，可将中间断面的墙高相应递减，使巷道全高的
增加幅度不致过大（图4-18）。
降低后的墙高或调整后的拱高，在T、N、M三点处应相同。这几处的巷道断面应保证
运输设备、行人及管线装设的安全间隙和距离，故必须按“巷道断面设计”中所介绍的方法
4-22
图4-19交岔点最大断面TM处断面图
和公式对墙高进行验算。设变断面部分起点处墙高为hB1，降低后最低处墙高为hTN，则墙
高降低的斜率为i′：
01
/)(Lhhi
TNB
?=′（4-40）
有了i′值，便可求得每米墙高递减值。T、N、M三点处墙高均是h
TM
。h
TM
与以B
2
、B
3
为净宽的巷道的墙高h
B2
、h
B3
的差值hΔ应控制在200～500mm。如果hΔ值过大，对施工和
安全都不利；hΔ过小则降低墙高的意义不大。在生产中，为了施工方便，亦可不降低墙高。
图4-18交岔点墙高、拱高降低示意图
（a）降低墙高；（b）降低拱高
（三）交岔点工程量及材料消耗量计算
交岔点工程量计算的范围，一般是从基本轨起点至柱墙向支巷各延展2m。工程量计算
方法有两种：一种是将交岔点按不同断面分为几个计算段，求出每段掘进体积，然后相加（包
括柱墙）；另一种是近似计算，其精度能满足工程需要，在施工中广泛应用。
（四）交岔点的作图及附表
交岔点施工图包括平面图，主巷、支巷及TM处断面图，交岔点纵剖面图，工程量和材
料消耗量表，以及变化断面各段特征表等。
（1）按1︰100的比例绘出交岔点平面图。
（2）按1︰50的比例绘出主巷、支巷及最大
宽度TM处的断面图。在TM断面图上，大断面
是实际尺寸，两个小断面和柱墙的宽度则是投影
尺寸，如图4-19所示。
（3）交岔点纵剖面图能显示拱高、墙高及大
小断面的连接，并能看出交岔点内墙高的变化情
况。
（4）作出交岔点断面变化特征表、工程量及
主要材料消耗量表。
交岔点断面特征表和工程量及材料消耗量表的格式与巷道施工图基本相同。
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