礦建2013級(jí)李根孝深井設(shè)計(jì)

1、土木工程與建筑學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書課程名稱： 井巷設(shè)計(jì)與施工 設(shè)計(jì)題目：華豐煤礦-1100下山快速掘進(jìn)及巷道支護(hù)設(shè)計(jì)專業(yè)(方向)： 礦井建設(shè) 班級(jí) 2013 級(jí) 設(shè) 計(jì) 人： 李根孝 指導(dǎo)教師： 李廷春 李為騰 山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 2016年07 月 01日指導(dǎo)教師對(duì)課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ) 指導(dǎo)教師（簽章）： 日期： 年 月 日目錄1. 原始條件2. 爆破技術(shù)影響因素分析3. 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)理論（1）巖石爆破破碎原理（2）掏槽腔內(nèi)爆破碎屑的兩相流動(dòng)原理4. 巷道凈斷面尺寸（1）7°斷面（2）24°斷面5. 附圖（1）裝藥順序及起爆順序圖（2）預(yù)期的爆破效果圖6.

2、光面爆破技術(shù)（1）光面爆破技術(shù)的基本原理（2）光面爆破的主要參數(shù)（3）光面爆破的優(yōu)點(diǎn)（4）爆破質(zhì)量及影響因素7 參考文獻(xiàn)1原始條件（1）施工巷道該巷道自六水平矸石井車場(chǎng)原停頭處開門，按方位角325°00，0坡度，施工18.7米m；方位、斷面保持不變，按7°下山施工17m，然后按下山斷面，方位角不變，24°下坡，施工六水平矸石井下山191.77m停。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該通道選用直墻半圓拱斷面。車場(chǎng)及7°下山斷面： S凈 =23.21 m2；24°下山斷面： S凈 =16.93 m2。（2）躲避硐室（兼作接替排水水倉(cāng)）下山躲避硐室布置在靠近人行道一側(cè)，

3、每40m留設(shè)一個(gè)，方位與運(yùn)矸下山方位垂直，底板水平布置，其規(guī)格為：寬×高×深2.6×2.6×2.0m。邊坡點(diǎn)處兩幫布置信號(hào)硐室，其規(guī)格為：寬×高×深4×3.5×2.5m。2 爆破技術(shù)影響因素分析下山掘進(jìn)爆破現(xiàn)狀及原因分析1. 存在的問(wèn)題及現(xiàn)狀( 1) 目前，我國(guó)部分煤礦10 °以上的全巖下山掘進(jìn)爆破普遍存在矸石堆積于掘進(jìn)迎頭，造成扒矸困難，從而影響施工進(jìn)度。( 2) 留底現(xiàn)象嚴(yán)重，造成巷道高度不夠，斷面偏小，需要二次爆破起底，影響巷道掘進(jìn)進(jìn)度。( 3) 排水困難，造成掘進(jìn)工作環(huán)境惡劣。( 4) 單次掘進(jìn)進(jìn)

4、尺小，炮眼利用率低，巖石較軟時(shí)，進(jìn)尺也只能達(dá)到1 5 m 左右，巖石硬度達(dá)到f = 8以上時(shí)，單炮進(jìn)尺減少到0 8 m 左右1-6。2.原因分析造成上述問(wèn)題的主要原因主要有以下幾個(gè)方面:( 1) 掏槽爆破效果差，掏槽眼的布置位置不合理。掏槽眼的位置一般布置在巷道的下部或中部，不利于拋渣。( 2) 起爆順序布置不合理，一般的起爆順序都是掏槽眼輔助眼周邊眼，這樣的起爆順序容易造成底眼爆破負(fù)擔(dān)大，產(chǎn)生留底現(xiàn)象。( 3) 打眼誤差大，實(shí)際施工中最大的影響因素就是打眼的水平和質(zhì)量。如果眼打偏位，爆破技術(shù)再先進(jìn)，也保證不了光爆效果。( 4) 炮眼參數(shù)選取不合理，如藥量過(guò)大或過(guò)小，炮眼數(shù)目不合理，炮眼深度不

5、合理等。3爆破參數(shù)設(shè)計(jì)理論（1）巖石爆破破碎原理爆破時(shí)巖石的破壞是應(yīng)力波和爆生氣體共同作用的結(jié)果，它們相輔相成，各自在巖石破壞過(guò)程的不同階段起重要作用。炸藥爆炸所激起的沖擊波具有極高的壓力，此壓力遠(yuǎn)大于巖石的動(dòng)抗壓強(qiáng)度，因此在藥包近區(qū)造成巖石的“壓碎”，在“壓碎”區(qū)之外沖擊波衰減為應(yīng)力波，應(yīng)力波促使巖石質(zhì)點(diǎn)朝遠(yuǎn)離爆心的方向做徑向運(yùn)動(dòng)，因此在巖石質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生拉應(yīng)力，此拉應(yīng)力大于巖石的動(dòng)抗壓強(qiáng)度，于是便造成徑向裂紋。隨后爆生氣體以較低的壓力作用在已“震裂”的巖石上，被“動(dòng)壓”( 沖擊波、應(yīng)力波) 震裂的巖石，其裂紋并沒(méi)有完全貫通而形成破碎巖塊，爆生氣體壓力雖然較低，但其作用時(shí)間較長(zhǎng)，它可滲入巖石徑

6、向裂紋中，使其尖部的應(yīng)力強(qiáng)度因子增大而使其向前延伸，最終使各裂紋相互貫通而形成破碎的巖塊，能量較大時(shí)可將巖塊拋擲出去7。( 2) 掏槽腔內(nèi)爆破碎屑的兩相流動(dòng)原理掏槽眼起爆后，槽腔內(nèi)的固體小粒子( 粉碎的巖石) 運(yùn)動(dòng)速度極大; 這些固體粒子的特性與普通流體相類似; 常把流體中的固體( 偽流體) 和流體( 氣體) 作為流體流動(dòng)問(wèn)題處理。嚴(yán)格意義上，在掏槽爆破過(guò)程中，槽腔內(nèi)的巖石碎塊與爆轟氣體混合物不能按流體處理。根據(jù)多相流體力學(xué)理論，當(dāng)流體中含有大量固體小顆粒流的時(shí)候，如果流體的流動(dòng)速度足夠大，那么這些固體顆粒的特性與普通流體類似，可認(rèn)為這些固體顆粒為偽流體，在適當(dāng)條件下，可將這種偽流體問(wèn)題按流體

7、問(wèn)題對(duì)待。因此，在掏槽爆破中，槽腔內(nèi)巖石碎快與爆轟氣體混合物可視為偽流體，并可按流體處理其拋擲過(guò)程，這種偽流體的運(yùn)動(dòng)屬于兩相流動(dòng)8。槽腔內(nèi)巖石碎塊與爆轟氣體混合物為充滿于整個(gè)槽腔空間沒(méi)有空隙的連續(xù)介質(zhì)，這種混合物的流動(dòng)為兩相流動(dòng)，可通過(guò)大量固體顆粒的統(tǒng)計(jì)平均特性來(lái)研點(diǎn)出發(fā)，深入研究更為高效的掏槽方式和更加合理的炮眼布置技術(shù)。4巷道凈斷面尺寸（1）車場(chǎng)及7°下山斷面： S凈 =23.21m2；(1)巷道凈寬度的確定：根據(jù)凈寬度的確定方法：B=a+2A1+c+t 式中：B拱形巷道凈寬度，系指直墻內(nèi)側(cè)的水平距離，m；a非人行道側(cè)的寬度，取a=0.4m； A1運(yùn)輸設(shè)備的最大寬度，查表得：A1

8、=1.26m； c人行道的寬度，取c=1.2m；t在雙軌運(yùn)輸巷道中，兩列對(duì)開列車最突出部分之間的距離；取t=0.9m； 計(jì)算得：B=0.56+2*1.26+1.5+0.9=5.48m；(2) 巷道凈高度的確定： 巷道凈高自道碴面至拱頂內(nèi)緣或錨桿露出長(zhǎng)度末端的垂直高度。 H=h0 +h3 -hb式中： H拱形巷道的凈高，m； h0拱形巷道的拱高，m，半圓拱為B/2，切圓拱，三心拱為B/3； h3拱形巷道的墻高，m，自巷道底板至拱基線的垂直距離； hb巷道內(nèi)道碴高度，m，按表取值，一般為0.18m，0.20m。 根據(jù)已經(jīng)計(jì)算出來(lái)的巷道的凈寬度B，可以計(jì)算出拱形巷道的拱高h(yuǎn)0。已知條件B=5.48m

9、，則h0=B/2=2.74m;墻高h(yuǎn)3 的確定：按架線電機(jī)車導(dǎo)電弓要求計(jì)算 h3 h4 + hc - h4 從軌面起電機(jī)車架線高度，取h4 =2.200m ； hc 道床總高度，查表1-4，運(yùn)輸方式及設(shè)備為8t的電機(jī)車，礦車容積為1t，則軌距為0.6m，鋼軌型號(hào)為18 kg/m；根據(jù)表1-6，確定hc =0.320m，道砟高度hb=0.180m； R半圓拱形巷道半徑，R=2.74m； n電機(jī)車導(dǎo)電弓頂端兩切線交點(diǎn)處與巷道拱璧間的最小安全間距，取n=0.3m； K導(dǎo)電弓寬度之半，取 K=0.36m； b1，b2 軌道中心線與巷道中心線間距，b1=1.43m； b2 =0.63m；計(jì)算得h3 =1

10、.32；所以取h3 =2.2。按管道的架設(shè)高度要求計(jì)算 按導(dǎo)電弓 (雙軌) h3 h5 + h7 +hb- h5從道碴面起管道懸吊高度，取值為1.8m； h7管道懸吊件總高，采用錨桿懸吊，取值為0.9m； m導(dǎo)電弓距管道安全間隙，取值為0.3m； D管道接頭處最大直徑，D=0.315m； hb=0.18m，R=2.74m，K=0.36m，b2=0.63m；計(jì)算得h3=0.89m；所以取h3 =3.0m; 按電機(jī)車 (雙軌) h3h5+h7+hb-h5=1.8 m, h7 =0.9m,hb=0.18m,A1=1.260m,R=2.74m；m1電機(jī)車與管道間的安全間距，取m1=0.2m；D=0.3

11、15mm，b2=0.63m；計(jì)算得h3=1.02m；所以取h3 =3.0m;按人行高度要求計(jì)算按1.8m人行高度要求計(jì)算 h3 1.8+hb- hb=0.18m，R=2.74m； j巷道有效凈高不小于1.8m處到墻的水平距離，取j=0.2m；計(jì)算得h3=1.00m；所以取h3 =3.0m；按1.6m高度人行寬度要求計(jì)算（雙軌） h3 1.6 + hb- hb=0.18m，R=2.74m，A1=1.26m，b2 =0.63m； c，當(dāng)運(yùn)輸設(shè)備上緣進(jìn)入巷道拱部范圍內(nèi)時(shí)，設(shè)備上緣到拱壁間的距離，c，0.8m，取值為0.8m； 計(jì)算得h3=0.43m；所以取h3 =3.0m;按設(shè)備上緣到拱璧最小安全間

12、距計(jì)算 人行側(cè)（雙軌） h3 h + hc- h從軌面起車輛的高度，h=1.55m； hc 底板至軌面的高度，hc=0.32m； R=2.74m，c，=0.8m，A1=1.26m，b2 =0.63m； 計(jì)算得h3=0.525m；所以取h3 =3.0m； 非人行側(cè) h3 h + hc- h=1.55m，hc =0.32m，R=2.74m ，A1=1.260m ，b1=1.43m； a，當(dāng)運(yùn)輸設(shè)備上緣進(jìn)入巷道拱部范圍時(shí)，設(shè)備上緣到拱壁間的距離，a，0.2m，取a，=0.2m； 計(jì)算得h3=0.89m；所以取h3 =3.0m；綜上計(jì)算，根據(jù)巷道凈斷面積為23.21m2的要求，取 h3 =3.0mm.

13、所以巷道掘進(jìn)斷面積為S=B*（0.39B+h2）=23.315m2 從地板起巷道的壁高h(yuǎn)3=2.278m道碴面的厚度hb=0.18m從道碴面起壁高h(yuǎn)2=2.098m巷道的凈寬度B=5.48m巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度B1=B+2T=5.68m 錨噴厚度T=0.1m巷道的計(jì)算掘進(jìn)寬度B2=B1+2=5.83m =0.075m巷道的凈斷面積s凈 =23.21m2巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積s1=B1(0.39B1+h3)=25.52m2巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面積s2=B2(0.39B2+h3)=26.54m2 （2）24°下山斷面： S凈 =16.93 m2。（同上） 從地板起巷道的壁高h(yuǎn)3=2.020m道碴面

14、的厚度hb=0.18m從道碴面起壁高h(yuǎn)2=1.840m巷道的凈寬度B=4.54m巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度B1=B+2T=4.74m 錨噴厚度T=0.1m巷道的計(jì)算掘進(jìn)寬度B2=B1+2=4.89m =0.075m巷道的凈斷面積s凈 =16.93m2巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積s1=B1(0.39B1+h3)=18.61m2巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面積s2=B2(0.39B2+h3)=19.20m21.爆破器材的選擇我國(guó)目前使用的礦用炸藥有硝銨類炸藥和含水炸藥，硝銨類炸藥價(jià)格低廉，為煤礦普遍采用。這里選用2號(hào)煤礦硝銨炸藥，直徑為 35mm，質(zhì)量為200g的藥卷，長(zhǎng)度為20cm。起爆材料一般采用8號(hào)雷管，其中秒延期雷管、

15、半秒延期雷管以及毫秒延期雷管都能滿足巷道爆破的起爆要求，在這里選擇秒延期雷管。2.炮眼直徑 目前國(guó)內(nèi)巖巷掘進(jìn)均采用直徑32mm，35mm兩種藥卷，釬頭的直徑為4043mm，所以采用藥卷直徑和炮眼直徑分別為35mm和43mm。炮眼深度 合理的炮眼深度應(yīng)以高效、高速、低成本、便于組織正規(guī)循環(huán)業(yè)為原則。采用氣腿式鑿巖機(jī)時(shí)，炮眼的深度以1.82.5m為宜，眼深超過(guò)2.5m后，鉆眼的速度明顯降低，采用配有高效鑿巖機(jī)的鑿巖臺(tái)車時(shí)，應(yīng)向深眼發(fā)展，一般眼深達(dá)到3.0m以上，通常是以月進(jìn)尺會(huì)任務(wù)和鑿巖設(shè)備的能力來(lái)確定每一循環(huán)炮眼的深度，這里選擇炮眼深度為2.2m。（1）車場(chǎng)及7°下山斷面 S凈 =16

16、.93 m2 1.炮眼數(shù)目 炮眼數(shù)目可以根據(jù)單位炸藥消耗量，按下式估算后，再按經(jīng)驗(yàn)方法確定炮眼數(shù)目 N=qSm/ap式中 N炮眼數(shù)目 q單位炸藥消耗量，kg/m3； S巷道掘進(jìn)斷面積，m2； M每個(gè)藥卷長(zhǎng)度 m； 炮眼利用率；a裝藥滿度系數(shù)，即裝藥長(zhǎng)度與炮眼長(zhǎng)度之比，一般取0.50.7； P每個(gè)藥卷的重量，kg取炮眼的數(shù)目為79個(gè)。2.單位炸藥消耗量 根據(jù)爆破工程巷道掘進(jìn)的單位炸藥消耗量定額表查的取值為1.68kg/m3 3.工作面炮眼的布置1. 掏槽眼 共布置9個(gè)掏槽眼，深度為2.4，24正掏槽眼，510負(fù)掏槽眼，布置在巷道中部稍下部。2. 輔助眼 1114輔助眼，1529,三圈眼，3047

17、二圈眼，眼距取600mm。3 .周邊眼按輪廓線布置。4857底眼，眼距600mm，5879周邊眼，眼距為600mm。3. 聯(lián)線方式 巖巷掘進(jìn)一般采用發(fā)爆器起爆，所以多采用串聯(lián)方式，它的聯(lián)接簡(jiǎn)單，不易遺漏，便于操作和檢查。5.附圖：（1）裝藥順序及起爆順序及預(yù)期的爆破效果圖眼號(hào)炮眼名稱眼數(shù)/個(gè)眼深/m裝藥量起爆順序連線方式裝藥結(jié)構(gòu)單孔合計(jì)卷數(shù)/個(gè)長(zhǎng)度/m卷數(shù)/個(gè)質(zhì)量/kg1中心眼12.6330.6II串聯(lián)連續(xù)反向裝藥24正槽眼32.4121.05367.2511副槽眼82.4110.758817.61214輔助眼32.3100.753041529三圈眼152.390.30135273047二圈眼

18、182.380.3014428.8V4857底眼102.48 0.758016VI5879周邊眼222.2拱基線以上20.3306VII拱基線以下30.45183.6合計(jì)79181.2564110.8預(yù)期的爆破效果名稱單位數(shù)量名稱單位數(shù)量炮眼利用率0.85每米巷道炸藥消耗量kg/m56.82每循環(huán)工作面進(jìn)尺 m1.95每循環(huán)炮眼總長(zhǎng)度m/循環(huán)181.2每循環(huán)爆破實(shí)體巖石 m345.25每立方米巖石雷管消耗量個(gè)/m31.75炸藥消耗量kg/m32.44每米巷道雷管消耗量個(gè)/m40.51（2）24°下山斷面： S凈 =16.93 m21.炮眼數(shù)目 取炮眼的數(shù)目為57個(gè)單位炸藥消耗量 根據(jù)

19、爆破工程巷道掘進(jìn)的單位炸藥消耗量定額表查的取值為1.78kg/m32.工作面炮眼的布置1.掏槽眼 共布置5個(gè)掏槽眼，深度為2.4，26，布置在巷道中部稍下部。2.輔助眼 79輔助眼，1019,三圈眼，2032二圈眼，眼距取600mm。3 .周邊眼按輪廓線布置。3340底眼，眼距600mm，4157周邊眼，眼距為600mm。3.聯(lián)線方式 巖巷掘進(jìn)一般采用發(fā)爆器起爆，所以多采用串聯(lián)方式，它的聯(lián)接簡(jiǎn)單，不易遺漏，便于操作和檢查。5.附圖：（2）裝藥順序及起爆順序及預(yù)期的爆破效果圖眼號(hào)炮眼名稱眼數(shù)/個(gè)眼深/m裝藥量起爆順序連線方式裝藥結(jié)構(gòu)單孔合計(jì)卷數(shù)/個(gè)長(zhǎng)度/m卷數(shù)/個(gè)質(zhì)量/kg1中心眼12.6330

20、.6II串聯(lián)連續(xù)反向裝藥26掏槽眼52.4121.05607.279輔助眼32.3110.75336.61019三圈眼102.390.7590182032二圈眼132.380.3010420.83340底眼82.480.306412.8V4159周邊眼192.2拱基線以上20.3306VI拱基線以下30.45183.6合計(jì)5775.6402135.4 預(yù)期的爆破效果名稱單位數(shù)量名稱單位數(shù)量炮眼利用率0.85每米巷道炸藥消耗量kg/m38.77每循環(huán)工作面進(jìn)尺 m1.95每循環(huán)炮眼總長(zhǎng)度m/循環(huán)135.4每循環(huán)爆破實(shí)體巖石 m333.01每立方米巖石雷管消耗量個(gè)/m31.79炸藥消耗量kg/m3

21、2.30每米巷道雷管消耗量個(gè)/m30.266.光面爆破技術(shù)分析1.光面爆破技術(shù)的基本原理爆破的過(guò)程是瞬間發(fā)生的，在一個(gè)密封的炮孔內(nèi)其膨脹氣體壓力可達(dá)十萬(wàn)個(gè)大氣壓，其傳播速度35 km/s，炮孔周圍巖石在受到巨大的壓力而破碎，在破碎區(qū)以外巖體內(nèi)產(chǎn)生很大的切向應(yīng)變和應(yīng)力。因此，在實(shí)際爆破操作中，可以利用其規(guī)律，炮孔按照一定距離沿預(yù)定的輪廓線進(jìn)行布置，待裝藥后使用同一段發(fā)雷管起爆，孔與孔之間巖石在爆生壓力的作用下，產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，孔間巖石形成裂縫并沿輪廓線貫通，從而達(dá)到光面爆破的效果。2.光面爆破的主要參數(shù)周邊眼間距(E) 、周邊眼密集系數(shù)( K) 、最小抵抗線( W) 、不耦合系數(shù)(D) 和裝藥集中

22、度()。炮眼深度受開挖面大小的影響，炮眼過(guò)深，周邊巖石的夾制作用較大，故炮眼深度不宜過(guò)大，一般最大炮眼深度取斷面寬度( 或高度) 的0.5 0.7 倍。鉆孔采用YT 28 風(fēng)鉆，炮眼孔徑為42 mm，為克服及減少巖石的夾制作用，除掏槽眼和底眼深度L = 3.7 m 外，其余周邊眼、輔助眼等炮孔深度L = 3. 5 m炮眼數(shù)量: N = qS /式中: N 為炮眼數(shù)量，不包括未裝藥的空眼; q 為單位炸藥消耗量，一般取q = 1.22.4 kg /m3 ; S為開挖段面積( m2 ) ;為裝藥系數(shù)，即裝藥長(zhǎng)度與炮眼長(zhǎng)度的比值，暫取0. 7; 為每1 m 藥卷的炸藥質(zhì)量( kg/m) 2 號(hào)巖石硝

23、銨= 0. 75。即: N = ( 1.2×80.14) /( 0.7×0.75) = 183 個(gè)。其中掏槽眼6 個(gè)，周邊眼46 個(gè)，底眼16 個(gè)，輔助眼115 個(gè)3.光面爆破的優(yōu)點(diǎn)窗體頂端（1）隧道圍巖不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生炮震裂縫，保持了圍巖完整性，從而增大了圍巖自身的承載能力，這為采用錨噴支護(hù)創(chuàng)造了有利的條件。光面爆破技術(shù)和錨噴技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)了錨噴支護(hù)的作用，特別是在松軟巖層中更能顯示這一特點(diǎn)。（2）在裂隙發(fā)育的地層中，避免裂隙擴(kuò)大和產(chǎn)生新的裂縫，提高了圍巖的穩(wěn)定性，能基本清除落石傷人事故，為快速施工提供了有利條件。（3）隧道成型規(guī)整，極大地減少了掘進(jìn)超挖數(shù)量和出碴工作量，加快了掘進(jìn)速度，節(jié)省了襯砌材料，提高了施工進(jìn)度。（4）由于隧道成型規(guī)整，凹凸很少，除增強(qiáng)