交叉点设计课程设计

龙岩学院

《井巷工程》课程设计

题 目：地下矿山平巷交叉点设计 姓 名：xxx 学 号：xxxxxx 班 级：采矿工程 年 级 : 2010级 指导老师 :张xxxx老师

2013-7

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交叉点设计说明书

目录

第一章 综述………………………………………………3

1.1课程设计目的…………………………………3 1.2课程设计任务…………………………………3 第二章 课程设计技术条件………………………………3 第三章 巷道断面形状选择………………………………4 第四章 巷道断面尺寸设计………………………………5

4.1 双轨巷道单侧分岔点……………………………6 4.2大巷壁高h3的确定 ……………………………6 4.3支巷壁高h3的确定………………………………7 4.4 TM壁高h3的确定………………………………8 第五章 支护方案设计……………………………………8 第六章 交岔点设计………………………………………9 第七章 工程量及材料消耗计算…………………………9 第八章 参考书目………………………………………10

第一章 综述

1.1课程设计目的

对于采矿工程专业的学生，无论是在勘探设计单位承担矿山设计任务，还是在科研院所从事专业科研开发事业，或者在生产企业进行专业技术与生产技术管

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理工作，对于地下开采起主要通道作用的井巷工程，都必须具有正确选择和设计的知识和能力。本次课程设计是在学习了相关专业基础和井巷工程专业课程的基础上，通过设计，得到专业工程设计基本能力的初步训练，为毕业设计及今后从事专业技术工作打下基础。也是对学生对以前所学知识掌握与运用能力的检验。

井巷工程课程设计，要求学生在给定原始资料的基础上，通过翻阅专业参考书和相关文献，综合运用所学知识，确定技术方案，掌握正确的设计步骤和内容，进行必要的科学计算，并运用规范的技术语言（规范的图纸及说明书）将设计意图及设计结果表达出来。

1.2课程设计任务

1．设计任务：某地下矿山平巷交叉点设计（组长安排，7人完成此任务） 2．设计要求：根据所给原始资料及平巷交叉点的规格要求，完成交叉点的平面尺寸、交叉点各断面尺寸设计，工程量及材料消耗计算，绘制交叉点施工图等；平巷交叉点设计计算可以应用有关辅助设计软件完成；

3．设计成果：①用Auto CAD严格按照制图标准，绘制交叉点施工图图（比例1：50），并用A3纸打印，并装订在说明书后面；②编写平巷交叉点设计说明书，其中应包含交叉点各断面尺寸表、工程量及材料消耗量表等表格，用A4纸打印装订。

第二章 课程设计技术条件

某双轨巷道单侧分岔点，支巷在主巷右侧，其：B1=B2 =4000mm（主巷），B3=2400mm（支巷），b1=b2=b3=1030mm，δ=45°，m=1600mm，（加宽后的轨道中心距），三条巷道均为半圆拱，墙高1800mm，砌体厚度300mm，牛鼻子厚600mm，采用7吨架线式电机车，一吨矿车，600mm轨距，设计该交岔点。

第三章 巷道断面形状选择

根据设计要求和《煤矿安全规程》规定，设计巷道要满足安全和生产要求所以本设计采用600mm轨距双轨运输大巷，其净宽应在3m以上，且穿过中等稳定岩层，采用料石砌碹支护，半圆拱形断面，

3

且墙壁高取1800mm，设计时不降墙高，交叉点采用单开.

第四章 巷道断面尺寸设计

1 、计算巷道净宽度B

由于本设计采用的是 ZK 7－６／１１０Ａ电机车所以巷道设计要求的如下基本数据：宽a1=1060mm，高h=1550mm；1t矿车宽880mm，高1150mm。取非人行道一侧宽第一断面a=500mm，第二断面a=500mm，第三断面a=500m。又根据表6 – 2双轨中线距b=1600mm

则电机车之间的距离为：1600-（1060/2+1060/2）=540mm＞200mm符合安全要求。

第一断面巷道净宽度：B1=4000 mm 第二断面巷道净宽度：B2=4000mm 第三断面巷道净宽度：B3=2400mm 2 、 计算巷道拱h。

本设计拱形采用半圆形根据几何性质我们可以求半圆拱形巷道拱高 第一断面巷道拱高：h1=B/2=4000/2=2000mm 第二断面巷道拱高：h2=B/2=4000/2=2000mm 第三断面巷道拱高：h3=B/2=2400/2=1200mm 3、 计算巷道壁高h3

①按架线电机车导电弓子计算

h3?h4+hc-

(R?n)2?(K?b1)2

式中h4 —轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》规定，取

h

4=2000mm；

4

hc—道床总高度。根据表6-6选24㎏/m的钢轨，又根据表6-7得

hc=350mm，道碴高度

hb=200mm；

n—导电弓子距拱璧 的安全距离，取n=300mm； K—导电弓子宽度之半，K=718/2=359mm，取K=360mm； b1 --轨道中线与巷道中线距离，

第一断面：b1=B/2-a1=4000/2-1060=940mm。

h3?2000+350-

(2000?300)?(360?940)22=1684.4mm

第二断面：b1=B/2-a1=4000/2-1060=940 mm

22?（360?940） H3≥2000+350-（2000?300）=1684.4 mm

第三断面：b1=B/2-a1=2400/2-1060=140 mm

22?（360?140）H3≥2000+350-（1200?300）=1355 mm

②按管道装设计算h3，即： h3?h5?h7?hb?R?(K?m?D/2?b2)22

式中h5—碴面至管子底高度，按《煤矿安全规程》规定取h5=1800mm； h7—管子悬吊件总高度，取h7=900mm； m—导电弓子距管子距离，取m=300mm； b2 —轨道中线与巷道中线距离， 第一断面：

b2?B2?C1=4000/2-1060=940mm。

h22（2000?300）?（360?300?940）?1800+900+200-=1612mm 3第二断面：

5

bh32?B2?C1=4000/2-1060=940mm.

22?（360?300?940）?1800+900+200-（2000?300）=1612mm

第三断面：

bh2?B2?C1=2400/2-1060=140 mm ?1800+900+200-

3?1200?300?2?(360?300?140)2=1891

③按人行高度计算h3即： h3?1800+hb?R2??R?r?2

式中r– 距巷道璧的距离，距璧j处巷道有效高度不小于1800mm， r?100mm，一般取r=200mm。 在第

h3?1800+200-在第

2000?1600mm?800mm 2000?1600mm?800mm 1200?1600mm?942mm

2222h3?1800+200-在第三巷道：

22h3?1800+200-h 根据上述计算，按管道要求且考虑一定富余量，确定巷道璧高

3?1800mm故巷道高:

第一断面：H=h3?hb?h0(R)?1800-200+2000=3600mm。 第二断面：H=h3?hb?h0(R)?1800-200+2000=3600 mm 第三断面：H=h3?hb?h0(R)?1800-200+1200=2800 mm 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+h2)

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式中h2—道碴面以上巷道璧高

h=h?h23b?1800-200=1600mm。

第一断面：S=4000×（0.39×4000+1600）=12.64㎡ P=2.57B+2h2=2.57×4000+2×1600=13.48m

第二断面：S=4000×（0.39×4000+1600）=12.64㎡ P=2.57B+2h2=2.57×4000+2×1600=13.48m 第三断面：S=2400×（0.39×2400+1600）=6.08㎡ P=2.57×2400+2×1600=9.37m 5、巷道风速验算

巷道的通风量是根据矿井生产通风网络计算而得，通风量确定后，断面越小风速越大。风速大，即会扬起岩粉煤尘，损害工人身体健康，影响工作效率，又会引起瓦斯煤尘爆炸事故。《煤矿安全规程》规定的巷道允许最高风速如表6-4所列。但是，按《煤矿工业设计规范》规定：矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s，以满足矿井增产和经济风速的要求。所以设计的巷道净断面，必须进行风速验算，即

V=Q/S?Vmax V—通过巷道的风速，m/s

Q—设计要求通过巷道的通风量，m/s S—巷道的净断面面积，㎡ Vmax—巷道允许通过的最大风速m/s

根据煤矿最大风量表可知Vmax=8m/s，我们可以根据本矿要求的最大

风量和巷道断面求出煤矿的供风量

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6、 选择道床参数

根据巷道的运输设备，已选用30㎞/m钢轨，其道床参数

hc=350mm ，

cbhb=200mm，道碴面至轨道面高度

h=h?ha=350-200=150mm。故选用钢筋混凝土轨枕。

7、计算巷道掘进断面尺寸（根据表6-12） 第一断面：

巷道设计掘进宽度B1=B+2T=4000+2×300=4600mm 巷道设计掘进高度 H1=H+hb+T=1600+200+300=2100mm

巷道设计掘进断面面积S1=B1(0.39B1+h3)=4600×（0.39×4600+2100）=14.5㎡ 第二断面：

巷道设计掘进宽度B1=B+2T=4000+2×300=4600mm 巷道时间掘进高度 H1=H+hb+T=1600+200+300=2100mm

巷道设计掘进断面面积S1=B1(0.39B1+h3)= 4600×（0.39×4600+2100）=14.5㎡ 第三断面

巷道设计掘进宽度B1=B+2T=2400+2×300=3000mm 巷道时间掘进高度H1=H+hb+T=1600+200+300=2100mm

巷道设计掘进断面面积S1=B1(0.39B1+h3)= 3000×（0.39×3000+2100）=14.96㎡

8、布置巷道内水沟和管线

已知通过该断面的涌水量为80m2/h，采用0.3%的水沟坡度，根

8

据表6-15，确定水沟深350mm、宽350mm和300，净断面积0.16m2，掘进断面面积0.203m2，每米水沟盖板用钢筋1.633kg、混凝土0.0276m3。

第五章 支护方案设计

根据巷道净宽4000mm、2400mm。穿过中等稳定岩层即属Ⅲ类围岩，该采用砌碹支护，据表6-10。f=4-6，砌碹厚度d=T=300mm。

第六章 交岔点设计

由设计要求可知煤矿井底车场，采用ZK7-6/110A型架线式机电车运输，在一个双轨单侧交岔点处要求支巷对主巷的转角为45°，选用的岔型号DK630-4-12岔道的曲线半径为12m，查表可以知道a=3660mm ， b=3640mm，α=14°02′10″，支岔点系用料石 砌碹支护。

（一）选型基本数据

已知：巷道断面为半圆拱形，其I-I断面：B1=4000mm， b1=1030mm ；Ⅱ-Ⅱ断面:B2=4000 mm，b2=1030mm；Ⅲ-Ⅲ断面:B3=2400mm，b3=1030mm

（二）平面交岔点尺寸的计算

计算O点到道岔中心的横轴长度D，和纵轴长度H： D=(b+d)cosα-Rsinα=2561.21mm

=（3640+2000）×cos14°02′10″-12000×sin14°02′10″ H=Rcosα+（b+d）sinα=13009.61mm

=12000×cos14°02′10″+（3640+2000）×sin14°02′10″

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计算夹角?

?=arcosH?500?bR?b32=arcos

13009.61?500-1030=28°14′06″

12000?1030从柱墩到岔心的距离

L1=（R+b3）sin?+D=（12000+1030）sin?+2561.21=8725.56mm 解直角三角形△TNM得

TN=B3cos?+500+B2=2400cos28°14′06″+500+4000=6614.44mm NM= B3 sin?=2400× sin28°14′06″=1135.41mm TM=TN2?NM2==6711.18mm TM断面面积

S= TM (0.39 TM +h2)=6711.18（0.39×6711.18+1800）=29.65 TM断面周长P=2.57TM+2h2=2.57×6711.18+2×1800 =20.85 从柱墩面刀基本轨起点的距离L1= l1+a=8725.56+3660=12385.56mm 由于设计断面巷道为双轨单侧且选用的1.5t的机车所以由常理我们选斜墙斜率i=0.3

则： L0=(TN-B1)/i=(6614.44-4000)/0.3=8714.8 Y=l1-l0-NM=12385.56-8714.8-1135.41=2535.35

设计要求支巷对主巷的转角为45°，故从道岔道起的弯道转角为： α1=δ-α=45°-14°02′10″=30°57′50″

巷道长度为L=Rα1π/180°=12000×30°57′50″=7029.18

通过绘图和计算可得出交叉点断面变化特征如下，交叉点变化断面特征计算结果：

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断面号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 TM 净宽 2400 4000 4400 4800 5200 5600 6000 6200 6509 6711 墙高 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 拱高 1200 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3254 3355

全高 3000 3800 4000 4200 4400 4600 4800 5000 5054 5155 壁厚 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 拱厚 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 第七章 工程量及材料消耗计算

根据表6-21知

第一断面每米巷道拱与墙计算掘进体积V= S2×1=15.3×1=15.3m 第二断面每米巷道拱与墙计算掘进体积V= S2×1=14.7×1=14.7m 第三断面每米巷道拱与墙计算掘进体积V= S2×1=15.74×1=15.74m 每米砌碹巷道砌拱所需材料 [B取3600，3500，3700] 第一断面：V1=1.579(B+T`）T`=1.57×（3600+300）×300

=1.57×（3.6+0.3）×0.3=1.84m3

第二断面：V1=1.579(B+T`）T=1.57×（3500+300）×300

=1.57×（3.5+0.3）×0.3=1.79m3

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第三断面：V1=1.579(B+T`）T=1.57×（3700+300）×300

=1.57×（3.7+0.3）×0.3=1.89m3

每米砌壁所需材料V`2=2h3T`=2×1800×300=2×1.8×0.3=1.08m3 每米基础所需材料

V3`=(m1+m2)T`+m1e=0.75×0.3+0.5×

0.05=0.225+0.025=0.25 m3

无水沟每米填充所需材料V4`=2(m1+m2+T`+2r)Q=2（0.5+0.25+0.3+2×0.100）×0.075=0.1875 m

第一断面每米填充所需材料V4`=1.27×4.35×0.075+2×1.6×0.075+0.1875=0.415+0.24+0.1875 =0.8425 m3

第二断面每米填充所需材料V4``=1.27×4.25×0.075+2×1.6×0.075+0.1875=0.405+0.24+0.1875=0.8325 m3

第三断面每米填充所需材料V4``=1.27×0.075×4.45+2×1.6×0.075+0.1875=0.424+0.24+0.1875=0.8514 m3 有水沟每米充填基础所需材料V`4=m1?2m22T?3?e

Q=(0.5+0.25×2+2×0.3+3×0.05) ×0.075=0.141 m3 每米基础掘进体积V`0=(m1+Q)(T+Q+e)+(m2+Q)(T`+2Q)

=(0.5+0.075) ×(0.3+0.075+0.05)+(0.25+0.075) ×(0.3+2×0.075)=0.575×0.38+0.325×0.45 =0.365 m3

第一断面每米砌碹巷道计算掘进体积V`=S2+V`0=15.3+0.365=15.7 m3 第一断面每米砌碹巷道粉面积 h2=h1+h=1.6m Sa`=1.57B+2h2=1.57×3.6+2×1.69=8.86㎡

第二断面每米碹巷道计算掘进体积V`=S2+V0`=14.7+0.365m3=15.065m3

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第二断面每米砌碹巷道粉刷面积Sa =1.57B+2h2=1.57×3.5+2×h6=8.70㎡

第三断面每米砌碹巷道计算掘进体积V`=S2+V`=15.96+0.365=16.325m3 第三断面每米砌碹巷道粉刷面积Sa`=1.57B+2h2=1.57×3.7+2×1.6=9.01㎡ 拱材料消耗量：

第一断面：Q= V1 ×L=1.84×0.41=0.76 m3 第二断面：Q= V1 ×L=1.79×2.00=3.58 m3 第三断面：Q= V1 ×L=1.89×2.00=3.78 m3 墙壁材料消耗量：Q= V`2 ×L

第一断面：Q= V`2 ×L=1.08×0.41=0.45 m3 第二断面：Q= V`2 ×L=1.08×2.00=2.16 m3 第三断面：Q= V`2 ×L=1.08×2.00=2.16 m3 基础材料消耗量：Q= V3`× L

第一断面：Q= V3`× L=0.25×0.41=0.103 m3 第二断面：Q= V3`× L=0.25×2.00=0.5 m3 第三断面：Q= V3`× L=0.25×2.00=0.5 m3 填充材料消耗量：Q= V4×L

第一断面：Q= V4`×L=0.8425×0.４1=0.350 m3 第二断面Q= V4``× L=0.8325×2.00=1.665m3 第三断面：Q= V4``× L=0.8514×2.00=1.703m3 由于设计要求我们设计如下字母代表各自的参数

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项目 净体积、掘进体积或基础掘进体积/m3 拱顶 砌筑 体积/m3 两边墙砌筑体积/m3 两边基础 砌筑体积/m3 充填体积/m3 V3?V2?公 式 LV?[(S1?S2)?g(S2?S3)?YS1]K 2符号及适用数据 S1、S2、S3、S4—分别为交岔点各断面在图中所示位置之净面积，掘进断面面积或基础掘进断面面积，㎡； L—为交岔点断面变化长度，m； g—为2-2或3-3正常断面之长度，一般g取2m； K—为调整系数，三心拱，K=1.04，半圆拱K=1.0； Y—基本轨起点至变化断面起点之距离，m S1、S2、S3、S4—分别为各断面的砌筑面积，㎡； ’V—为交岔点迎面砌筑，m3； 1S‘2、S’3、S‘4—分别为2-2、3-3、4-4`V?(S1?1?S1?4)?g(S1?2?S1?3)?YS1?1?V 断面拱顶部分净断面面积，㎡； 2T—为迎面砌筑厚度，m ```V`?T(S4?S2?S3) L(S2?1?S2?4)?g(S2?2?S2?3)?YS2?1 2 1(S3?1?S3?4)?g(S3?2?S3?3)?YS3?1 2S2-1、S2-2、S2-3、S2-4—分别为各断面两边墙但砌筑面积，㎡ S3-1、S3-2、S3-3、S3-4—分别为各断面两边基础的砌筑面积，㎡ S4-1、S4-2、S4-3、S4-4—分别为各断面充填面积，㎡ L1、L2、L3、L4—分别为断面的周长，m V4?S5?L(S4?1?S4?4)?g(S4?2?S4?3)?YS4?1 2粉刷面积/m2 L```(L1?L4)?g(L2?L3)?S4?S2?S3?YL12 交岔点工程量及主要材料消耗量可由公式

?1?V??L?S1?S2??g?S3?S4??YS1??K得

?2?净断面体积：

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?1?V??L?S1?S2??g?S3?S4??YS1??K

?2?=?11.03??10.8?30.9??2??11.26?10.38???10.8?0.40961??277.69 掘进断面体积：

?1?V??L?S1?S2??g?S3?S4??YS1??K

?2?12 =?11.03??15.3?33.4??2??15.74?14.7???10.8?0.40961??325.04 m3 拱消耗材料：

V?1L?S1?1?S1?4??g?S1?2?S1?3??YS1?1?V' 212'''V'?0.7S4?S2?S3?0.7?30.89?10.38?11.26??4.625 m3

?????????V=??11.0312.5?21.4?2?12.8?13.38?10.8?0.4096???0.3?4.625?79.10?1?2填充消耗材料：

V?1?21L?S4?1?S4?2??g?S4?4?S4?3??YS4?1 2???????11.0312.5?21.4?2?12.8?13.38?0.401?12.5=????0.05?2?23.44 m3

两边基础砌筑材料消耗：

V?V3?L?0.25?9.34?2.335m3

由公式，可算出交叉点的工程量计主要材料消耗量，其结果如下：

交叉点工程量及主要材料消耗量

断面∕㎡ 顺序 长度 净 掘进 ∕m 1

体积∕m3 净 掘进 拱 材料消耗量∕m3 柱墙 基础 填充 墩 10.8 15.3 0.41 4.43 6.28 0.76 0.45 0.103 0.350 15

2 3 4 合计

30.89 33.4 9.34 277.69 325.04 79.10 10.09 2.335 23.44 10.38 14.7 2.00 20.76 29.4 3.58 37.8 2.16 2.16 0.5 0.5 1.665 4.0 1.703 11.26 15.74 2.00 22.52 31.48 325.31 392.2 121.24 14.86 3.438 27.158

16

2 3 4 合计

30.89 33.4 9.34 277.69 325.04 79.10 10.09 2.335 23.44 10.38 14.7 2.00 20.76 29.4 3.58 37.8 2.16 2.16 0.5 0.5 1.665 4.0 1.703 11.26 15.74 2.00 22.52 31.48 325.31 392.2 121.24 14.86 3.438 27.158

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