巷道斷面設(shè)計課件

1、井巷與隧道工程 Drift & Tunnel Engineering主講人：任高峰1第1頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程2 第三章 巷道斷面設(shè)計 3.1 巷道斷面形狀 3.2 平巷斷面尺寸設(shè)計 3.3 斜井?dāng)嗝嬖O(shè)計 3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計 3.5 天井與溜井設(shè)計 3.6 馬頭門設(shè)計第2頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程3 3.1 巷道斷面形狀3.1.1 概述 1）巷道斷面設(shè)計的重要意義 巷道斷面設(shè)計，主要是選擇巷道斷面形狀和確定尺寸大小，它是礦山井巷工程設(shè)計的一項主要內(nèi)容。設(shè)計出的巷道斷面直接作為井下巷道施工的依據(jù)，也是進行井巷工程概預(yù)算的依據(jù)。因此，巷道斷面設(shè)計合理與

2、否，直接影響礦山生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟效益。 2）斷面設(shè)計的基本原則 在滿足安全和使用要求的條件下，力求提高斷面利用率，縮小斷面，降低造價，便于快速施工。 3）斷面設(shè)計的內(nèi)容和步驟第3頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程4 3.1.2 巷道斷面形狀選擇 1）巷道斷面形狀的類型（圖1） 折邊形：矩形、梯形、不規(guī)則形 曲邊形：三心拱形、半圓拱形、圓弧拱形 封閉拱形、橢圓形、圓形 2）各種形狀斷面的適用性討論 3.1 巷道斷面形狀準(zhǔn)備開始了第4頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程5 矩形斷面利用率高，承載能力低，一般用于頂壓、側(cè)壓都小，服務(wù)年限短的巷道。 3.1 巷道斷面形狀第5頁，共

3、93頁。2022/8/19井巷與隧道工程6 梯形的斷面利用率較拱形高，但承壓性能較拱形差，故梯形斷面常用于服務(wù)年限不長、斷面較小或圍巖穩(wěn)定、地壓不大的巷道。 3.1 巷道斷面形狀第6頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程7 沿礦體走向開掘巷道時，為了不破壞頂板，根據(jù)礦體賦存情況，將巷道開成各種不規(guī)則形狀。 3.1 巷道斷面形狀第7頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程8 拱形斷面則常用于服務(wù)年限長（如一、二十年或更長）或圍巖不穩(wěn)定、地壓較大的巷道。 3.1 巷道斷面形狀第8頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程9四周壓力都很大且不均勻時，可采用橢圓形；四周壓力均勻時，可

4、采用圓形。 3.1 巷道斷面形狀第9頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程10 在松軟或膨脹性大的巖層中開掘巷道，當(dāng)頂壓、側(cè)壓都很大時，可采用曲墻拱形（把墻也作成曲線形）；底鼓嚴(yán)重時，可用帶底拱的封閉拱形； 3.1 巷道斷面形狀第10頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程11 木材、金屬能抗壓、抗彎；石材的抗壓強度大，抗彎性能很差，梯形斷面常用于木材、金屬支架等棚式支架的巷道；拱形斷面則常用于磚石、混凝土砌碹或金屬拱形支架的巷道。 3.1 巷道斷面形狀第11頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程12 木棚子可具有較大的可縮性；金屬棚子雖可縮性差，但可多次回收復(fù)用；而石材

5、支架很難具有可縮性。 3.1 巷道斷面形狀第12頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程13 受采動影響大的回采巷道、準(zhǔn)備巷道、常采用梯形；不受或受采動影響很小的開拓巷道、準(zhǔn)備巷道，常采用拱形。 若使用可縮性金屬拱形支架，即使是回采巷道也可以采用拱形。 3.1 巷道斷面形狀第13頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程14第14頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程15常用巷道斷面及其適用條件 第15頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程163.1.3 斷面形狀選擇考慮因素一般情況下，作用在巷道上的地壓的大小和方向，在選擇巷道斷面形狀時起主要作用。當(dāng)頂壓和側(cè)壓均不大

6、時，可選用矩形或梯形斷面；當(dāng)頂壓較大、側(cè)壓較小時，可選用直墻拱形斷面；當(dāng)頂壓、側(cè)壓都很大，尤其是有底壓時，可采用封閉曲線形斷面圓形、馬蹄形或橢圓形等封閉式斷面，它們的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能承受多向壓力。巷道的用途和服務(wù)年限也是考慮選擇斷面形狀不可缺少的因素。服務(wù)年限長達幾十年的開拓巷道，采用各種拱形斷面比較有利；服務(wù)年限短的采準(zhǔn)巷道采用梯形、矩形或折線型斷面的較多。第16頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程17支護材料和礦區(qū)習(xí)慣的支護方式也是影響斷面形狀選擇的一個因素。梯形或矩形斷面巷道一般采用木支架、鋼筋混凝土支架或金屬支架支護，一些礦井常用工字鋼或廢鋼軌作為支架材料。為克服矩形斷面承受側(cè)壓

7、性能差的缺點，我國也有一些礦井采用片石砌墻加鋼梁的矩形斷面作為主要運輸大巷的斷面形狀。在巷道側(cè)壓小、頂板巖石較好的條件下，為避免挑頂破壞頂板的完整性，也可用錨桿支護的梯形、矩形及折線形斷面。馬蹄形、橢圓形和圓形等斷面多采用料石、砌塊砌碹或現(xiàn)澆混凝土支護，拱形斷面除此之外，多采用錨網(wǎng)噴支護、U形鋼支護。3.1.3 斷面形狀選擇考慮因素第17頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程18掘進方法和掘進設(shè)備對于巷道斷面形狀的選擇也有一定的影響。目前，巖石平巷掘進仍是采用鉆眼爆破方法占主導(dǎo)地位，它能適應(yīng)任何形狀的斷面。近年來，由于錨噴支護廣泛應(yīng)用，為了簡化設(shè)計和有利于施工，巷道斷面多采用半圓拱和圓

8、弧拱，三心拱逐漸被淘汰。在使用全斷面掘進機掘進的巖石平巷中，選用圓形斷面無疑更為合適，而斷面利用率低就不再視為一個嚴(yán)重的缺點。在需要通風(fēng)量很大的礦井中，選擇通風(fēng)阻力小的斷面形狀和支護方式，既有利于安全生產(chǎn)又具有明顯經(jīng)濟效益。 3.1.3 斷面形狀選擇考慮因素第18頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程19 3.2 平巷斷面尺寸設(shè)計 3.2.1 主要尺寸 a）巷道的凈高度（H0）; b）巷道的凈寬度（0）; c）巷道的凈斷面積（S）。3.2.2 考慮的主要因素： a）巷道的用途 b）存放或通過的機械，器材或運輸設(shè)備的數(shù)量與規(guī)格 c）人行道寬度與各種安全間隙 d）通過巷道的風(fēng)速第19頁，共

9、93頁。2022/8/19井巷與隧道工程20 3.2.3 尺寸確定的步驟：a）根據(jù)規(guī)程、規(guī)范和設(shè)計因素確定凈斷面積尺寸。（詳見3.2.4）b）進行通風(fēng)風(fēng)速驗算c）根據(jù)支架參數(shù)、道床參數(shù)、計算出巷道的設(shè)計斷面 尺寸。d）并按允許加大值（超挖值）計算出巷道的掘進斷面 尺寸e）繪圖、計算工程量和材料消耗表。 3.2 平巷斷面尺寸設(shè)計第20頁，共93頁。3.2.4 平巷斷面設(shè)計b運輸設(shè)備的寬度b1運輸設(shè)備到支架的間隙b2人行道寬度m兩對開列車最突出部分間隙F雙軌運輸線路中心線間距軌距拱高h(yuǎn)0墻高h(yuǎn)3巷道凈高度H0巷道凈寬度B0道砟高度h5巷道底板到軌面高度h621第21頁，共93頁。2022/8/19

10、井巷與隧道工程22 梯形巷道凈寬，無運輸設(shè)備的巷道指巷道凈高的12處；有運輸設(shè)備的巷道，指從巷道道渣面起1.6m的高度內(nèi)設(shè)備外形輪廓的最大尺寸處的寬度。 運輸設(shè)備的寬度、人行道寬度、運輸設(shè)備到支架的間隙可查表1-3。 （1）巷道凈寬度B0的確定 拱形巷道的凈寬度指直墻內(nèi)側(cè)的水平距離，可以用下面公式計算雙軌運輸巷道凈寬度。 B02b+b1+b2+m （3.1） 或B0b+b1+b2+F （3.2）式中：b運輸設(shè)備的寬度；b1運輸設(shè)備到支架的間隙，從表3選??；b2人行道寬度；m兩對開列車最突出部分間隙；F雙軌運輸線路中心線間距，在采區(qū)裝載點和礦車摘掛鉤地點應(yīng)滿足m700mm，在任何情況下均應(yīng)滿足m

11、300mm。 第22頁，共93頁。車 輛 類 型軌距()外 形 尺 寸寬度()高度()長度()7t或8t架線電機車(或8t蓄電池機車)60010601550450010t架線或8t蓄電池機車9001360155045000.5t礦車600750110015001t 礦車60088011502000YGC1.2（6）（7）762105012003t礦車900132013003450平巷用人車600102014504300無軌膠輪車（牽引車）（英國913BUS）200218808763（美國LS5S14X）260012208700（澳大利亞MPVMK11）236013507100表1 我國電機車與

12、礦車車輛尺寸 23第23頁，共93頁。人推車無軌運輸電機車人車停車處巷道兩側(cè)礦車摘掛鉤處巷道兩側(cè)14t14t80080080080010001000表2 人行道寬度 表3 運輸設(shè)備到支架的間隙 支 架 材 料磚、石、混凝土及鋼筋混凝土砌碹不支護、木支護、及噴錨支護運輸設(shè)備固定式礦車及小于3.5m3的側(cè)卸式礦車300300大于或等于3.5m3的側(cè)卸式(底卸式)礦車300300350無軌膠輪車30030024第24頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程25運輸平巷內(nèi)一般均應(yīng)設(shè)置人行道，并保證行人安全與方便；雙軌運輸線路之間及溜礦口(或卸礦口)一側(cè)禁止設(shè)置人行道；人行道盡量不穿或少穿線路；在

13、人行道側(cè)敷設(shè)管路(架高敷設(shè)除外)時，要相應(yīng)增加人行道寬度。在標(biāo)準(zhǔn)巷道設(shè)計中，電機車運輸時一般軌距為600mm，兩軌道中心線間距F為1300mm；對于采用900mm軌距的雙軌巷道，軌道中心線間距F應(yīng)為1600mm。確定巷道斷面尺寸時，可先用上述尺寸設(shè)計軌道中心線間距，然后按通過運輸設(shè)備的最大寬度驗算兩線路中心距能否滿足要求。 （1）巷道凈寬度B0的確定第25頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程26在設(shè)計曲線巷道時，應(yīng)考慮車輛由于轉(zhuǎn)彎，車緣外凸增加了車輛計算寬度，巷道需適當(dāng)加寬，才能滿足安全要求。曲線巷道加寬值由內(nèi)側(cè)加寬值、外側(cè)加寬值和線路中心距加寬值三部分組成。采用電機車運輸?shù)那€巷道

14、，其內(nèi)側(cè)加寬值取100mm，外側(cè)加寬值和線路中心距加寬值各取200mm。決定巷道寬度雖有上述一些規(guī)定，但在設(shè)計時還要作具體分析。計算出的平巷凈寬度B0，向上化為以50mm為進位的整數(shù)。當(dāng)曲線段加寬時，與曲線段連接的直線段也要加寬，其加寬長度及曲線段加寬值見表4 。運輸方式內(nèi)側(cè)加寬外側(cè)加寬線路中心距加寬直線加寬長度電機車10020020030005000人推車5010010015003500表4 曲線巷道加寬值及直線段加寬長度（mm） （1）巷道凈寬度B0的確定第26頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程27有關(guān)巷道巷道高度的具體選擇如下： 梯形斷面巷道 （2）巷道凈高度H0的確定 巷道

15、凈高度是指道砟面至拱頂內(nèi)緣（或是梯形巷道頂梁下緣）的垂直距離。巷道的高度必須保證行人的方便及運輸?shù)陌踩?。主要運輸巷道和主要通風(fēng)巷道的凈高不得低于2m；采區(qū)(采場)內(nèi)的通風(fēng)巷道、出礦巷道等凈高不得低于1.8m；采用木支架和鋼筋混凝土預(yù)制支架的巷道應(yīng)考慮100mm的沉降值。 架線電機車運輸時，軌面至棚梁的高度可取2200mm或2400mm，架線高則分別為2000mm或2200mm（即電機車架弓線和巷道頂或棚梁之間的距離不得小于200mm）；蓄電池電機車運輸應(yīng)不小于1900m；一般軌道上、下山及木棚支護的軌道巷可取1800mm。不設(shè)軌道的采區(qū)巷道，底板至棚梁的高度視巷道用途及巷道的傾角大小而定，一般

16、不應(yīng)小于1800mm。梯形巷道的棚腿與水平面的傾角一般為80-82第27頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程28 拱形斷面巷道 如圖2，巷道底板到軌面高度h6和道砟高度h5應(yīng)與軌道類型相適應(yīng)，巷道軌型選擇見表5，h6和h5的選擇見表6。 巷道底板到拱基線高h(yuǎn)3是根據(jù)電機車架線高度、行人和管道架設(shè)等高度的要求計算確定。當(dāng)用架線電機車時，要求h3滿足導(dǎo)電弓頂端兩切線交點與拱壁間距不小于200mm；當(dāng)用蓄電池電機車或其他方式運輸時，h3應(yīng)保證人行道在高度1800mm的范圍有不小于600mm的寬度為原則。在架線電機車運輸?shù)南锏理敳堪惭b管路，則要求導(dǎo)電弓距管子的距離不得小于300mm，管子下邊

17、能滿足1800mm高度的人行道。（2）巷道凈高度H0的確定第28頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程29 拱的高度常以與巷道凈寬之比來表示，通常稱高跨比。根據(jù)巖體力學(xué)原理可知，巷道頂壓較大時，宜選擇半圓拱形，頂壓較小可選用低拱形。但拱高時，巷道斷面利用不好，拱高小時，斷面利用率較高。一般認(rèn)為拱高h(yuǎn)0=(0.350.4)B0是合理的拱高范圍。所以巷道圓弧拱和三心拱形斷面多取B03，巷道圍巖較穩(wěn)固時可取B04甚至B05。而半圓拱拱高及拱半徑均為巷道凈寬之半， B02。 巷道凈高度H0的計算式為：H0h3h0-h5 (2.6.3) 式中：h3拱形巷道墻高；h0拱形巷道拱高；h5道砟厚度。

18、設(shè)計巷道時，若有兩種以上情況，計算墻高后應(yīng)取最大值，并按10mm的倍數(shù)向上取整。 所以在進行拱形巷道凈高設(shè)計時，通常主要設(shè)計工作在于確定拱形巷道墻高（即巷道底板至拱基線之間的距離）。 通常墻高是根據(jù)電機車架線要求計算后，再按行人及管道架設(shè)等要求驗算，經(jīng)比較后確定選用其中的最大值。（2）巷道凈高度H0的確定第29頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程301）按架線式電機車導(dǎo)電弓子頂端與巷道拱壁之間的最小安全距離n計算半圓拱與圓弧拱巷道墻高h(yuǎn)3：（3）拱形巷道墻高h(yuǎn)3的確定第30頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程312）按行人要求確定巷道高度，當(dāng)有礦車運輸時，由于車高都低于成人

19、身高，此時墻高應(yīng)保證行人避車靠壁站時，距離墻壁100mm處的巷道有效凈高不小于1800mm。此時，計算半圓拱與圓弧拱巷道墻高h(yuǎn)3：（3）拱形巷道墻高h(yuǎn)3的確定第31頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程32 3）按巷道內(nèi)管路安裝要求確定墻高。若架線式電機車運輸 巷道內(nèi)的頂部裝有管路，要求導(dǎo)電弓子距管路的距離不得小于300mm，管路下邊有1800mm高度的人行道。 從上述三方面的墻高中，取其最大值定為設(shè)計的墻高。（3）拱形巷道墻高h(yuǎn)3的確定第32頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程331）軌道布置 巷道軌道由鋼軌、軌枕和道砟三部分組成。不同巷道應(yīng)從表5選擇不同型號的鋼軌，軌枕、

20、道砟應(yīng)與軌道類型相適應(yīng)（表6）。軌道示意圖 l鋼軌；2墊板；3軌枕；4道砟 （4）軌道、水溝和管線布置第33頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程34 井下窄軌線路的木軌枕規(guī)格通常有長1200mm和上寬下寬高為120150120mm和長1200mm，上、下寬與高度為130160140mm兩種，分別用于1518kgm或24kgm的鋼軌，軌距為600mm或900mm。為節(jié)約木材，目前我國礦井中已廣泛使用鋼筋混凝土軌枕。常用的鋼筋混凝土軌枕的規(guī)格見表7。 名 稱規(guī) 格 (mm)長 度全 高寬 度上 寬下 寬600軌距鋼筋混凝土軌枕900軌距鋼筋混凝土軌枕1200150012013012012

21、0150160表7 常用鋼筋混凝土軌枕規(guī)格 （4）軌道、水溝和管線布置第34頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程35 2）水溝布置 水溝設(shè)置應(yīng)遵循下列原則：水溝一般應(yīng)設(shè)置在人行道一側(cè)，其坡度與巷道坡度相同，為3-5；水溝應(yīng)加蓋板，常采用鋼筋混凝土預(yù)制板作蓋板；當(dāng)混凝土支護或不支護時，水溝側(cè)幫坡度一般為1：0.1-1：0.25；水溝充滿度取0.75；水溝中的最大流速：當(dāng)混凝土支護時為5-10ms；不支護時為3-4.5ms；水溝的最小流速應(yīng)滿足泥砂不沉淀的要求。水溝尺寸根據(jù)通過巷道的涌水量和巷道坡度選取（表8）。 水溝的斷面形狀：（1）對倒梯形；（2）半倒梯形；（3）矩形等（4）軌道、水

22、溝和管線布置第35頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程36涌水量（m3h）水溝凈尺寸（mm）水溝斷面（m2）每米材料消耗量水溝支護水溝蓋板i3i5上寬下寬深度凈掘從到從到混凝土(m3)混凝土(m3)鋼材(kg)010115120110015020030001211812611201802603403103303504002802803103602002503003500.0590.0780.0990.1330.1320.1610.1920.2380.0730.0830.0930.2380.0290.0290.0290.0291.211.211.211.21表8 巷道水溝特征表 （4）

23、軌道、水溝和管線布置第36頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程373)管線布置 巷道中常需布設(shè)各種管線，如壓風(fēng)管、排水管、供水管、電纜等。這些管線的布置要考慮生產(chǎn)安全和工人檢修操作方便。主要運輸巷道和回風(fēng)道內(nèi)，管線的敷設(shè)應(yīng)符合下列要求： 一般情況下管道設(shè)在人行道一側(cè)，管道的架設(shè)可采用管墩、托架或錨桿吊掛等方式； 動力電纜和信號電纜不宜設(shè)在同一側(cè)，如必須設(shè)在同一側(cè)時，要分開懸掛，動力電纜在下，并保持300mm以上的距離；電纜與其他管道平行敷設(shè)時，電纜要懸掛在管道上方，并隔開300mm以上的距離； 電纜懸掛高度應(yīng)保證當(dāng)?shù)V車掉道時不致撞擊電纜；電纜墜落時不致落在軌道上或運輸設(shè)備上。 （4）

24、軌道、水溝和管線布置第37頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程38 1、半圓拱:S凈=B0(0.39B0+h2) h2道碴起巷道的壁高 h2 h3 h5 2、圓弧拱：S凈=B0(0.24B0 + h2） 3、梯 形：S凈=(B1+B2)H/2 4、矩 形：S凈=BH（5）巷道的凈斷面面積第38頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程39 巷道凈斷面尺寸 + 支護和道床參數(shù) = 設(shè)計掘進尺寸 半圓拱：S1=B1（0.39B1+h3） 圓弧拱：S1=0.24B02+1.27B0T+1.57T2+B1h3 梯 形：S1=B1（B3+B4）H1/2 T砌璇或錨噴厚度，取100mm；（6

25、）巷道設(shè)計、計算掘進斷面面積巷道設(shè)計掘進斷面面積巷道計算掘進斷面面積 巷道設(shè)計掘進斷面尺寸加上允許的掘進超挖誤差值(75mm)，即為巷道計算掘進斷面尺寸。 巷道設(shè)計掘進斷面尺寸+掘進巷道超挖值計算掘進尺寸 半圓拱：S2=B2（0.39B2+h3） 圓弧拱：S2=0.24B02+1.27B0T+1.57T2+B2h3 梯 形：S2=B2（B3+B4）H1/2第39頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程40式中：巷道設(shè)計掘進寬度：B1B0+2T； 巷道設(shè)計掘進高度：H1=h3h0T；巷道計算掘進寬度：B2B1+2； 巷道計算掘進高度：H2=H1； T砌璇或錨噴厚度，取100mm；掘進巷道的

26、超挖值，可取75mm 。（6）巷道設(shè)計、計算掘進斷面面積第40頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程41通風(fēng)風(fēng)速驗算: =/S 低高 巷道的風(fēng)速m/s 通過巷道的風(fēng)量 m/s S 通過巷道的凈段面積 m2 允規(guī)程允許的最高、最低風(fēng)速 若計算出來的風(fēng)速大于最高風(fēng)速（表9） ，則要加大凈面積重新調(diào)整設(shè)計尺寸。（7）通風(fēng)風(fēng)速驗算:第41頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程423.3 斜井?dāng)嗝嬖O(shè)計 斜井是地表或地下有一個出口的傾斜井筒，是采用斜井開拓的大中型地下礦山最重要的咽喉工程，它承擔(dān)著地表生產(chǎn)系統(tǒng)與井下生產(chǎn)系統(tǒng)或地下不同階段生產(chǎn)系統(tǒng)之間連通的重任。 斜井常用斷面一般為半圓形、三

27、心拱形和梯形，在圍巖不穩(wěn)固、側(cè)壓和底壓大的礦山為保護斜井安全，也采用圓形、馬蹄形、橢圓形等。斷面尺寸根據(jù)斜井用途、提升運輸設(shè)備、管線布置、人行道、支護厚度等確定；對于通風(fēng)井，其斷面尺寸根據(jù)所需通風(fēng)量和風(fēng)速確定。第42頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程433.3 斜井?dāng)嗝嬖O(shè)計 斜井可采用各種提升容器（提升方式），斜井所能適應(yīng)的斜井傾角可按以下原則進行選?。?串車提升，井筒傾角最好為15-20，最大不超過25?；诽嵘?，一般取20-30，個別情況大于35。膠帶運輸機提升，一般不大于17，個別情況可達18。傾角在斜井全長內(nèi)應(yīng)保持不變，或變化很小，特別不允許上大下小，否則對提升、運輸帶來不

28、利影響。第43頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程443.3.1 井筒斷面形狀與設(shè)備布置 斜井井筒斷面布置形式按提升類型可分三種情況： （1）膠帶機斜井?dāng)嗝娌贾谩嗝鎯?nèi)布置設(shè)有膠帶機、檢修道和人行道。有的礦山將檢修道兼作提人的人車道。按照膠帶機、檢修道和人行道的相對位置，其斷面布置分為三種方式，見下圖。圖a布置方式的優(yōu)點是：工作人員在檢修膠帶機和軌道、裝卸設(shè)備以及清掃撒礦都比較方便，故國內(nèi)采用的較多。 第44頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程45 （2）箕斗斜井井筒斷面布置。規(guī)程規(guī)定，箕斗斜井禁止進風(fēng)，一般也不鋪設(shè)管纜（灑水管除外），故斷面布置較簡單，斷面尺寸也以箕斗的尺

29、寸為主要依據(jù)，而人行道與水溝以設(shè)于同側(cè)居多。 （3）串車斜井井筒斷面布置。斜井中無論是單軌還是雙軌，其斷面布置均按軌道、人行道、管路和水溝的相對位置,分為以下四種：3.3.1 井筒斷面形狀與設(shè)備布置 1）管路和水溝布置在人行道一側(cè)如圖a所示，此種布置使管路距軌道稍遠(yuǎn)，萬一發(fā)生跑車或掉道事故，不易砸破管路，且水管架在水溝上，斜井?dāng)嗝胬幂^好，缺點使行人出入躲避硐時，因管路妨礙不夠方便和安全。 圖中，A-礦車寬度；C-非人行道側(cè)寬度；D-人行道側(cè)寬度。第45頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程462）管路和水溝布置在非人行道一側(cè)如圖b 所示，管路靠近軌道，易被跑車或掉道 車砸壞，但出入躲

30、避硐安全方便。 圖中，A-礦車寬度；C-非人行道側(cè)寬度；D-人行道側(cè)寬度。 3）管路和水溝分開布置，管路布置在人行 道一側(cè)如圖c所示，它與圖a相似，此時 需要加大非人行道寬度以布置水溝。3.3.1 井筒斷面形狀與設(shè)備布置 第46頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程47 圖中，A-礦車寬度；C-非人行道側(cè)寬度；D-人行道側(cè)寬度。 考慮到以后可能擴大生產(chǎn)和運送大型設(shè)備，礦山采用后兩種布置較多，其缺點是斷面稍大，工程量有所增加。 4）管路和水溝分開布置，如圖d所示，它與圖b相似，但人行道一側(cè)應(yīng)適當(dāng)加寬。3.3.1 井筒斷面形狀與設(shè)備布置 第47頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程

31、483.3.2 斜井井筒斷面尺寸 斜井?dāng)嗝娉叽绲拇_定方法，與平巷斷面的確定方法基本相同，即根據(jù)斜井的用途和通過斜井的運輸設(shè)備類型、數(shù)量、人行道寬度和各種安全間隙要求，并考慮水溝、管路、電纜等的合理布置，并用通過該巷道的允許風(fēng)速進行校核后確定。 第48頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程493.2.3 斜井井內(nèi)設(shè)施 （1）斜井防滑設(shè)施：斜井中當(dāng)?shù)V車或箕斗運行時，迫使軌道沿傾斜方向產(chǎn)生很大的下滑力，軌道下滑會引起上部軌縫增大，下部軌縫縮小，甚至使上部軌道接頭處螺栓被拉斷，從而影響行車安全。為此，當(dāng)傾角超過25時，軌道必須采取防滑措施，方法是將鋼軌固定在斜井底板上。通常是每隔3050m，在

32、斜井底板上設(shè)一混凝土防滑底梁，或用其他的固定裝置將軌道固定，以達到防滑目的。有的先固定枕軌，再固定鋼軌，有的直接固定鋼軌。第49頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程50 （2）人行臺階與扶手：根據(jù)斜井傾角大小的不同，設(shè)置人行臺階與扶手。臺階踏步尺寸可按下表選用。傾角30左右時，須設(shè)扶手，扶手常為鋼管或塑料管作成。置于距斜井井幫80-100mm處。 （3）水溝：水溝坡度與斜井坡度相同：因水溝內(nèi)水流速度較大，故水溝多用混凝土澆筑。若井筒圍巖穩(wěn)定，又基本無水，可不設(shè)水溝。斜井除有縱向水溝外，還須設(shè)橫向水溝逐段截水排至縱水溝，以避免斜井底板作為礦井排水通道。橫向水溝設(shè)置在含水層下方，膠帶機斜

33、井的接頭硐室上方以及井底車場與斜井連接處附近。3.2.3 斜井井內(nèi)設(shè)施 第50頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程51 （4）管路與電纜：通常鋪設(shè)在副斜井內(nèi)，一是方便檢修，二是副井提升頻率比主井小，對管纜的安全因素要大。管纜的鋪設(shè)要求與平巷的鋪設(shè)要求相同。 （5）躲避硐：按規(guī)定在串車斜井或箕斗斜井中，提升時一律不準(zhǔn)行人。但生產(chǎn)實踐中，又必須有檢修人員在提升間隙內(nèi)進行檢修作業(yè)，為了檢修人員安全考慮，在斜井內(nèi)須安設(shè)躲避硐，通常躲避硐間的距離為30-50m，硐室的寬為1m、高1.6-1.8m、深1-1.2m。3.2.3 斜井井內(nèi)設(shè)施 第51頁，共93頁。52第52頁，共93頁。2022/8

34、/19井巷與隧道工程533.4.1 概述 豎井井筒按其用途又分為主井、副井、混合井和風(fēng)井。 主井是專門用作提升礦石的井筒， 在大、中型礦井中，提升礦石的容器多采用箕斗，所以主井又常稱作箕斗井。 副井是用作升降人員、材料、設(shè)備和提升矸石的井筒，并常兼作入風(fēng)井，由于副井采用的提升容器是罐籠，所以副井又稱為罐籠井。 在同一個井筒內(nèi)安設(shè)有箕斗和罐籠兩種提升容器時，該井筒稱為混合井，它主要用于小型礦井和老礦井改擴建的延深井。 風(fēng)井盡管有時也安設(shè)有提升沒備，該井筒仍然按其主要用途命名為風(fēng)井。3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第53頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程54 豎井井筒的組成自上而下可分為：井頸、井

35、身和井底三個部分，如右圖所示。 井頸的深度可為淺表土的全厚，也可為厚表土深度的一部分。一般要求井頸的深度為15-20m。井頸部分的井壁不但需要加厚，而且通常需要配有鋼筋。 井頸以下至井底車場水平的井筒部分叫做井身。井身是井筒的主要組成部分。 井底車場水平以下部分的井筒叫做井底。 罐籠井的井底深度一般為l0m左右；箕斗井井底深度一般為3575m，風(fēng)井井底深度45m。3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第54頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程55 井筒工程是礦井建沒主要連鎖工程項目之一。豎井井筒工程量一般占全礦井井巷工程量的5%左右，而工期卻占礦井施工總工期的4050%。井筒工程施工的快慢直接影響其它

36、井巷工程、有關(guān)的地面工程和機電安裝工程的施工。 因此，加快井筒施工速度是縮短礦井建設(shè)總工期的重要環(huán)節(jié)。同時，井筒是整個礦井的咽吼,其設(shè)計和施工質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系著礦井建設(shè)的成敗和生產(chǎn)時期的使用。 3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第55頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程563.4.2 井筒斷面設(shè)計豎井井筒斷面布置形式豎井井筒橫斷面形狀有圓形和矩形兩種。矩形多用木支護，適于服務(wù)年限短(15年以下)，提升量小，井筒穿過巖層的物理力學(xué)性質(zhì)較好，無滲水或少滲水的中、小型礦山。 3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計矩形井筒的特點是通風(fēng)阻力大，但斷面利用率較高。圓形井筒多采用料石、混凝土塊、鋼筋混凝土支護，少數(shù)井筒用磚支

37、護。豎井采用噴射混凝土支護的越來越多，特別是配合鋼絲繩罐道多繩提升，其優(yōu)越性更加顯著。 圓形井筒多用于提升量大，服務(wù)年限長(大于15年)，地壓較大的大、中型礦山。圓形井筒的特點是通風(fēng)阻力小、維護費少，但斷面利用率低。 第56頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程57另外，井筒橫斷面布置應(yīng)力求緊湊，也要保證必要的安全間隙，以達到既經(jīng)濟合理又安全的目的。 由于井筒的用途和所采用的設(shè)備不同，井筒橫斷面布置方式是多種多樣的。在圖12-2的a、b、 c、d中，采用的是剛性罐道； e和f采用的是鋼絲繩(或柔性)罐道。井筒斷面形狀及支護形式的選擇主要考慮井筒用途、井筒裝備、服務(wù)年限、井筒所穿過巖層的

38、物理力學(xué)性質(zhì)、水文地質(zhì)等條件，還要考慮施工方便。 3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計井筒斷面布置方式示意圖第57頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程58 剛性罐道的布置方式有單側(cè)布置（ 12-2，c ）、雙側(cè)布置（12-2，a，d ）和正面布置（12-2，b ）三種。 鋼絲繩罐道的布置方式如圖12-2e和f所示。 鋼絲繩罐道的根數(shù)為24根，在大、中型礦井中通常采用四根罐道。四根鋼絲繩罐道可布置在提升容器的一側(cè)或布置成四角形。 井筒斷面布置方式示意圖3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第58頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程59 提升容器的選擇是由井筒用途和礦井年產(chǎn)量決定的。 專門用作提升礦石的容器，通

39、常選用箕斗；用作升降人員、材料、設(shè)備、提升矸石的容器選用罐籠。 一套提升設(shè)備兼作提礦石和升降人員用時，應(yīng)選用罐籠。 當(dāng)一個井筒裝有兩套提升設(shè)備時，礦石容器選用箕斗，而升降人員的提升容器仍選用罐籠。 提升容器的大小應(yīng)通過具體計算來確定，也可以參照下表選取。表中提升容器具體規(guī)格尺寸，可參照有關(guān)的產(chǎn)品目錄查取。 提升容器選擇 3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第59頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程60罐道梁 罐道梁是為安設(shè)罐道、梯子間、管路和電纜等裝備用的，立井井筒采用剛性罐道時，在井筒內(nèi)需設(shè)罐道梁。 罐道梁每隔一定距離布置一層，一般采用金屬材料。罐道梁按截面形式分有工字鋼罐道梁、型鋼組合空心罐道梁

40、、整體軋制的封閉空心罐道梁和異形罐道梁等，見右圖。 罐道梁的型號應(yīng)該用計算方法來確定，也可以按經(jīng)驗選擇，如表12-2所示。 罐道梁與井壁的固定方式有梁端埋入井壁和用錨桿固定兩種。井筒裝備 3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第60頁，共93頁。61第61頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程62罐道：罐道是提升容器運行的在井筒中運行的導(dǎo)向裝置。 木罐道只是在用普通罐籠升降人員和材料設(shè)備，而又采用普通斷繩保先險器時才被采用。要求木罐道木質(zhì)致密堅固，一般用強度較大的松木，并且要進行防腐處理。 通常采用的鋼軌罐道是38kg/m鋼軌，也有采用43kg/m鋼軌的。每根鋼軌的標(biāo)準(zhǔn)長度為12.5m，考慮到井筒內(nèi)冬夏

41、溫差，鋼軌接頭處須留有4.5的伸縮縫。安裝罐道時，每根鋼軌罐道卡在四層罐道梁上，鋼軌罐道與工字鋼罐道梁之間的連接，采用特制的罐道卡子和螺栓固定如圖12-4所示（見下頁）。 木罐道鋼軌罐道3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第62頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程63 型鋼組合罐道是由槽鋼加扁鋼焊接成的矩形空心罐道。組合罐道與罐道梁間的連接方式如圖12-5所示。型鋼組合罐道3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第63頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程64 目前使用的鋼絲繩罐道有普通鋼絲繩、密封鋼絲繩和異形股鋼絲繩三種。 鋼絲繩罐道的固定有兩種方式：一種是上端固定在井架的托梁上，下端在井底內(nèi)掛以重錘拉緊，這

42、種固定裝置要求有較深的井底，井底水窩內(nèi)的淤泥應(yīng)及時清理，否則淤泥將托住重錘使罐道繩松弛，造成提升容器的碰撞事故。另一種是將鋼絲繩罐道的下端固定在井底內(nèi)，而將上端在井架托梁上用液壓千斤頂拉緊。 為了保證提升容器運行平穩(wěn)和提升工作安全，罐道繩必須具有一定的拉緊力和剛度。 鋼絲繩罐道3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第64頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程653.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第65頁，共93頁。66第66頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程67其他隔間 井筒斷面內(nèi)還有梯子間和管路電纜間。梯子間是礦井井下經(jīng)立井井筒通往地面的一個安全出口。梯子間的梯子多采用折返式布置，如圖12-6所示。 管

43、路電纜間，主要安設(shè)有排水管、供水管、壓氣管和各種電纜。 3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第67頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程68 井筒斷面尺寸主要指井筒直徑。根據(jù)選定的井筒橫斷面布置方式，提升容器的規(guī)格和數(shù)量。罐道規(guī)格、梯子間和管路電纜間的尺寸，以及根據(jù)預(yù)選的罐道梁型號和有關(guān)的安全間隙確定井筒凈直徑。煤礦安全規(guī)程規(guī)定：立井內(nèi)提升容器之間，以及提升容器最突出部分與井壁和罐道梁之間的最小間隙，必須符合表12-3的規(guī)定。確定井筒斷面尺寸3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第68頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程69井筒直徑確定步驟如下： 根據(jù)井筒用途和所采用的提升容器，選擇井筒裝備的類型，確定井筒斷

44、面布置形式。 根據(jù)所選用的井筒裝備類型，初步選定罐道梁規(guī)格和罐道規(guī)格。根據(jù)提升間、梯子間、管路和電纜的布置與尺寸，以及煤礦安全規(guī)程規(guī)定的安全間隙(表12-3)，用圖解法或解析法求出井筒凈直徑的近似值，然后按煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)井筒凈直徑小于6.5m時，以0.5m進級確定井簡凈直徑。一般以0.2m進級確定。根據(jù)初步確定的井筒凈直徑，驗算罐道梁和罐道。根據(jù)驗算結(jié)果進行必要的調(diào)整，重新安全間隙。3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第69頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程70 對根據(jù)提升容器和井筒裝備確定的井筒凈直徑，必須按照煤礦安全規(guī)程的要求進行通風(fēng)速度校核，要求井筒內(nèi)的風(fēng)速不大于允許的最高風(fēng)速，

45、即：式中：v通過井筒的風(fēng)流速度，m/s； S0井筒通風(fēng)有效斷面面積，井內(nèi)設(shè)有梯子間時 S0=S-A，不設(shè)梯子間時S0=0.9S；S為井筒凈斷面面 積，； A為梯子間斷面面積，A取2.0m2； Q通過井筒的風(fēng)量，m3/s； vmax井簡中允許的最高風(fēng)速，m/s。通風(fēng)校核3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第70頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程71 井筒掘進斷面尺寸由井筒凈斷面尺寸與永久支護厚度。 井筒永久支護的設(shè)計，首先是確定井壁結(jié)構(gòu)，然后確定井壁厚度。 目前常用的井壁結(jié)構(gòu)包括砌塊井壁（料石、磚、混凝土）、整體澆筑式井壁（混凝土、鋼筋混凝土）、錨噴井壁、裝配式井壁（弧板地面制成、井下裝配、壁后注漿

46、）和復(fù)合井壁（兩層以上井壁組合）。采用現(xiàn)澆混凝土、混凝土預(yù)制塊和料石井壁時，可按表12-4選取井壁厚度。對于砌塊井壁 還需加上100的壁后充填厚度。 井筒掘進斷面尺寸3.4 豎井?dāng)嗝嬖O(shè)計第71頁，共93頁。72第72頁，共93頁。73第73頁，共93頁。74第74頁，共93頁。二繩單層箕斗 75第75頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程763-5 天井與溜井設(shè)計 天井設(shè)計 天井的作用是連接上下兩個水平以下放礦石或廢石，提升和下放設(shè)備、工具、材料，通風(fēng)，行人以及探礦等。專門作放礦用的天井稱為溜井。 由于天井的用途不同，其斷面形狀也有所不同，通常以圓形和矩形居多。其斷面與豎井一樣，可分成

47、若干個格間，常見的有梯子間、提升間、放礦間等。一個天井是否分格間，以及分多少格間，視其用途而定。各格間的結(jié)構(gòu)、布置要求與豎井基本相同。一般矩形天井是以梯子間的長邊作為放礦間的短邊，并應(yīng)大于所溜放礦石或廢石最大塊度的3倍，以免放礦時發(fā)生堵塞現(xiàn)象。提升間尺寸按通過最大設(shè)備與材料的尺寸確定第76頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程77 合理的溜井結(jié)構(gòu)形式，對保證溜井正常生產(chǎn)，減少 生產(chǎn)故障，增加溜井使用壽命，降低成本和減少維護費用等有著重要意義。確定溜井結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)考慮的因素有地質(zhì)地形條件，溜井所穿過巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，溜放礦石的物理力學(xué)性質(zhì)和塊度，溜井上、下口裝卸礦方法，運輸設(shè)備

48、規(guī)格及溜井通過的總礦量，服務(wù)年限，以及溜井的檢查、通風(fēng)、排水、防塵等要求。合理的溜井結(jié)構(gòu)形式應(yīng)該符合運輸距離最短、開挖工程量小、維護費用低、施工方便并能保證礦山正常生產(chǎn)的要求。設(shè)計時常是選擇幾個方案進行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。 溜井設(shè)計3-5 天井與溜井設(shè)計 第77頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程78 溜井長度的選取主要取決于礦山的地質(zhì)條件、礦床賦存條件、圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)、礦山的開拓運輸方式、礦石的性質(zhì)及用途等。當(dāng)溜井中不貯存礦石時，溜井越深，礦石對溜井壁的沖擊磨損越嚴(yán)重，在這種情況下，溜井不宜太長。若溜井貯存礦石達井深的23左右，則可適當(dāng)增加溜井的長度。國內(nèi)垂直溜井深度一般

49、為60-250m；斜溜井長度一般為100-250m。當(dāng)溜井通過的巖層堅硬、穩(wěn)固、整體性好，溜井?dāng)嗝娉叽邕x擇合理，溜井允許貯滿礦石時，則溜井長度不受嚴(yán)格限制。溜井結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)溜井長度(深度)3-5 天井與溜井設(shè)計 第78頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程79 溜井傾角主要取決于礦床埋藏條件，開拓運輸方式，礦石的塊度、性質(zhì)、濕度、粘結(jié)性、自然安息角、粉礦堆積角等。垂直溜井與斜溜井相比，優(yōu)點是礦石對溜井沖擊磨損均勻，斷面利用率高，堵塞的可能性小，井筒穩(wěn)固性好，故主溜井多采用垂直溜井。傾斜溜井的傾角應(yīng)大于礦石自然安息角和粉礦堆積角，通常不小于65-75。溜井傾角3-5 天井與溜井設(shè)計 第

50、79頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程80 垂直溜井的斷面形狀有圓形、方形及矩形等，一般多采用圓形。斜溜井的斷面形狀有拱形、矩形、方形、梯形及圓形，一般多采用拱形或矩形。 溜井?dāng)嗝娉叽缫话惆此锓诺V石的最大塊度來選取，同時考慮其粘結(jié)性和粉礦含量的多少。溜井?dāng)嗝娴闹睆?或最小邊長)一般取礦石最大塊徑的5-8倍為宜；對粘結(jié)性大、粉礦多且濕度大的礦石，溜井?dāng)嗝娉叽鐟?yīng)適當(dāng)加大。溜井?dāng)嗝嫘螤罴皵嗝娉叽?-5 天井與溜井設(shè)計 溜井上口卸礦硐室結(jié)構(gòu) 溜井上口卸礦硐室結(jié)構(gòu)主要根據(jù)運輸設(shè)備類型、規(guī)格尺寸及卸礦方式等決定。第80頁，共93頁。2022/8/19井巷與隧道工程81 中間水平卸礦硐室與上口

51、卸礦硐室基本相同，所不同的是增加一段斜溜道。由于斜溜道一般不貯礦，且長度不大，所以斜溜道底板坡度應(yīng)大于礦石自然安息角，通常為60以上；寬度應(yīng)等于或小于溜井直徑；高度應(yīng)等于或大于礦石最大塊徑的4-8倍，且不小于2m。溜井中間水平卸礦硐室結(jié)構(gòu)3-5 天井與溜井設(shè)計 溜井貯礦倉及溜口結(jié)構(gòu)參數(shù) 為了礦山均衡生產(chǎn)和減少溜井堵塞，在溜井下部的適當(dāng)高度擴大溜井?dāng)嗝?，存放大量礦石，逐漸放出，此段稱為貯礦倉。貯礦倉斷面通常采用圓形或矩形。貯礦倉直徑或矩形斷面最小邊長應(yīng)等于或大于4m；貯礦倉高度根據(jù)貯礦倉斷面尺寸、溜口底板角度及粉礦堆積線來確定。 溜口結(jié)構(gòu)參數(shù)包括溜口寬度、溜口高度、粉礦堆積角、溜口底板傾角、溜口上部額墻厚度等。溜口結(jié)構(gòu)參數(shù)主要取決于所溜放礦石的性質(zhì)、塊度及裝載運轉(zhuǎn)