采矿井巷工程课程设计说明书

1.设计的目的

本课程设计是 “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。 2.设计条件及服务年限 2.1地质条件

矿山第一水平石门大巷所通过岩层的普氏系数f＝2～4，为稳定性较差岩层，涌水量400m3/h ，风量60m3／s 。主井与副井所通过岩层f＝4～6，中等稳定，风量均按80 m3／s考虑。该矿井属于低瓦斯井。 2.2生产能力及服务年限

矿山年产量200万t，其第一水平服务年限30a。 2.3井筒装备

主井为双箕斗井，箕斗容积2.5m3，型号为FJD2.5（5.5）型。主井内铺设Φ300mm排水管2条，并设有梯子间。

副井为双罐笼井，采用3＃单层罐笼（YJGG－2.2型）。副井内铺设有Φ200mm供风管2条，Φ100mm供水管1条，2条动力电缆，3条照明和通讯电缆，设有梯子间。

2.4运输设备及装备

石门运输巷为双轨运输大巷，内设水沟，铺设有供风管2条，Φ80mm供水管1条，动力电缆1条，照明和通讯电缆3条。

电机车型号：ZK14－9／550； 矿车型号：MG1.7-9。

3.主井

3.1选择井筒断面形状

选圆形，因为圆形断面受力条件好，通风阻力小，并且符合当代施工工艺，便于施工支护，适用于井筒服务年限大于15年的矿山，该矿服务年限较长，故选用圆形井筒。

3.2选择罐道形式及材料：

选用槽钢组合罐道，材料为18号槽钢，其断面尺寸为200mm×200mm。（书308）

主罐梁选用28a号工字钢，其高×宽=280mm×122mm；次罐梁为20a工字钢，其高×宽=200mm×100mm；梯子梁主梁选20a工字钢，高×宽=200mm×100mm;梯子小梁选用14号工字钢，高×宽=140mm×80mm。(手册3表附-6-1)

1

3.3确定净断面尺寸：

1）箕斗布置及其相应尺寸，mm

箕斗型号：FJD2.5(5.5),其最大外形尺寸：

长×宽×高＝1236mm×1452mm×4831mm

L?m0?2h?b0

1(L?A) 2式中： L—─箕斗两侧罐道梁中心线间的距离

x?m0—─箕斗两罐道间的间距;一般情况下m0=A+2c

=1452+2×62=1576

A—─箕斗的宽度;取A＝1452

a—─罐道宽度；取a=62（设计3,1149页） h—─罐道的高度;根据型号取 h=200

b0—─同一根罐道梁双侧安装罐道时，两罐道底面的间距，等于罐道梁的宽度加上两垫板的厚度t。b0=1/2（122+100）+2×10=131mm

t—─罐道卡与罐耳之间的间距;一般取t=10 x—─罐道梁中心线至箕斗外边缘的距离。

故 L＝1576+2×200+131=2107 x=1/2(2107+1452) =1780

断面尺寸计算图

2)梯子间的布置及其结构尺寸，mm

2

M=1200+m+b3/2 S=H-d

式中 M——梯子间短边梁中心线与井壁的交点至梯子主梁中心线间距 m——梯子间安全隔栏的厚度，金属梯子间m=80 b3——梯子主梁或罐道梁的宽度

H——梯子间的两外边次梁中心线间距，即梯子间长度，取≥1600mm，平台上梯子孔左右宽度应不小于600mm，前后长度应不小于700mm，梯子梁宽均按100mm计算

S——梯子间短边次梁中心线至井筒中心线的距离

d——梯子间另一短边次梁中心线至井筒中心线的距离，考虑安装应不小于300mm，取d=350mm

M=1200+80+122/2=1341 H=1600

S=1600-350=1250

3）用图解法确定井筒直径：

根据已有尺寸用CAD作图，量测出直径为5007mm，由于直径小于6.5米，则应按0.5米进级，故井筒直径D=5500mm

4）验算并调整M， Δ1，Δ2

Δ2=R- [x2+（C+e）2] 1/2 ≥200 Δ1=（R2-S2）1/2+e-M-B- b2/2≥150

M=（R2-S2）1/2+e-B- b2/2-Δ1≥m+1200+ b2/2

Δ1——箕斗最突出部位距梯子梁内边的安全距离 Δ2——箕斗最突出部位与井壁间的安全距离 c——井筒中心线至罐道中心线的距离 R——井筒近似净半径

B——罐道中心线距箕斗一端的距离，B=726 C——罐道中心线距箕斗另一端的距离，C=726 b2——梯子梁的宽带，b2=100

e——井筒中心至罐道梁（最近的）中心的距离

m=80

经计算，得 Δ2=230，Δ1=245，M=1341 3.4风速验算：（课本313）

v?Q?vmax s03

式中： Q—─通过井筒的风量，m3/s;取Q＝80m3/s

v—─井筒内实际风速，m/s

s0—─井筒内通风有效断面积， m;井内设梯子间时，s0?s?A

2

A—─梯子间等面积，A可取2.0m2

vmax—─主井井筒允许的最高风速，m/s

《煤矿安全规程》规定 ，专为升降物料的井筒，vmax=12 m/s 则：v=80/0.25×3.14×4.52-2.0=5.8<12 m/s 故井筒净直径满足通风要求。 3.5选择支护方式及支护参数：

该井筒穿过中等稳定岩层即Ⅲ类围岩（课本16），服务年限大于20年，故采用整体浇注混凝土支护，井壁厚度为T＝300mm（手册3，164页184页） 3.6计算各部分尺寸

把2条Φ300mm排水管布置在梯子间右侧，管路用U型螺纹卡固定在罐梁上，具体情况见断面图。

3.7计算材料消耗（每米井筒） 井筒净周长：P=πD=3.14×5.5=17.27m

井筒净断面积： S1=πD2/4=3.14×5.52/4=23.75m2 井筒设计掘进断面数：S2=0.25×π(D+2T)2=29.21m2 每米井筒的掘进体积：V1=S2×1=29.21m2×1m=29.21m3

每米井筒浇注混凝土消耗材料：V2＝（S2-S1）×1＝（29.21-23.75）×1＝5.46m3 每米井筒粉刷面积：Sn=P×1=17.27×1=17.27m2

每米巷道罐道梁消耗：罐道梁埋入井壁的深度取壁厚的2/3，即200mm，从图中测量井筒断面上共用28a型钢罐道梁长8.0m重量取43.4kg/m， 20a型钢罐道梁长5.3m重量取33kg/m，14号工字钢罐道梁长3.6m重量取16.9kg/m，罐道梁层间距为4.168m。（课本308页）故每米巷道罐道梁消耗钢材： （8.0×43.4+5.3×33+3.6×16.9）/4.168=145.74kg

罐道消耗：每米罐道重量为38kg/m，一井筒内布置四条罐道，所以，每米竖井所需罐道为38×4=152kg/m。

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巷道每米钢材消耗145.7+152=297.7kg/m

主井特征

围岩类别 III

主井井筒每米工程量和材料消耗

围岩类别 III 3.8绘制井筒断面图

按1:50绘制井筒断面图，见附图 4副井的设计

4.1选择井筒断面的形状

选圆形，因为圆形断面受力条件好，通风阻力小，便于施工，服务年限长。 4.2选择罐道形式及材料

选用槽钢组合罐道，材料为18号槽钢，其断面尺寸为160mm×180mm。 1,3号罐梁选用28a号工字钢，其高×宽=280mm×122mm；2号罐梁为22a工字钢，其高×宽=220mm×110mm；4号梯子梁主梁选20a工字钢，高×宽=200mm×100mm;5，6号梯子小梁选用14号工字钢，高×宽=140mm×80mm。 4.3确定净断面尺寸

1)罐笼布置及其相应尺寸：

3#单层罐笼YJGG—2.2型，尺寸：长×宽=2200mm×1350mm。可乘人数为15人。

L1=m0+2h+1/2（b1+b2） L= m0+2h+1/2（b1+b3）

式中： L1,L——两相邻罐道梁中心线间距离

m0——提升容器要求的罐道之间水平净间距，由罐笼型号确定

断面面积/ m2 净面积 23.75 设计掘进 29.21 浇注混凝土厚度/m 300 净周长/m 17.27 掘进工程量/ m 29021 3材料消耗 混凝土/ m3 5.46 钢材kg 297.7 粉刷面积/ m2 17.27 b1,2,3——罐梁的宽度 其他符号同主井。

故 L1=1350+2×（62+10）+360+1/2（122+110）=1970

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⑧工作面炮眼布置图见附图。 2)通风防尘措施：

通风措施 ① 压入式通风

局部通风机把新鲜空气经风筒压入工作面，污浊空气沿巷道流出。在通风过程中炮烟逐渐随风流排出，当巷道出口处的炮烟浓度下降到允许浓度时（此时巷道内的炮烟浓度都已降到允许浓度以下），即认为排烟过程结束。

这种通风方式可采用胶质或塑料等柔性风筒，这种风筒比金属风筒吊挂方便，漏网也少，可用于长距离的独头借道中。压入式通风的优点是有效射程L

压

大，冲淡和排出炮烟的作用比较强；工作面回风不通过通风机，在有瓦斯涌出的工作面采用这种通风方式比较安全，其缺点是长距离巷道掘进排出炮烟需要的风量大，所排出的炮烟在巷道中随风流而扩散，蔓延范围大，工人进入工作面往往要穿过这些蔓延的污浊气流。

② 抽出式通风

局部通风把工作面的污浊空气经风筒抽出，新鲜风流沿巷道流入，风筒的排风口必须设在主要借道风流方向的下方，距掘进巷道口也不得小于10m。抽出式通风风流不经过借道，故排烟的时间或排烟所需风量与借道长度无关，只与排烟抛掷区的体积有关。但由于回风流经过通风机，如果叶轮与外壳碰撞或其他原因产生火花，有引起煤尘、瓦斯爆炸的危险，因此在有瓦斯涌出的工作面不宜采用此种通风方式。

抽出式通风的有效吸程L抽很短，只有当风筒口离工作面很近时才能获得满意的效果，而这一点对于非机组掘进工作面很难做到，故目前在平巷掘进中很少采用。抽出式通风的优点是在有效吸程内的排尘效果好，排除炮烟所需的风量较小，回风流不污染借道。抽出式通风只能采用刚性风筒或刚性骨架的柔性风筒。

③ 混合式通风

混合式通风方式是压入式和抽出式通风的联合运用。掘进巷道时，单独使用压入式或抽出式通风都有一定得缺点，为了达到快速排除炮烟的目的，可利用一辅助局部通风机做压入式通风，使新鲜风流压入工作面冲洗工作面的有害气体和粉尘。为使冲洗后的污风不在巷道中蔓延而经风筒排除，可用另一台主要局部通风机进行抽出式通风，这样就构成了混合式通风。

防尘措施：

① 湿式钻眼，使用水炮泥爆破.

② 喷雾洒水：将压力水通过喷雾器在旋转或冲击作用下，使水流雾化成细散的水滴喷射于空气中。

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③ 加强通风排尘工作：通风工作除不断向工作面供给新鲜空气外，还可将含尘空气排出，以降低工作面的含尘量。为了做好通风排尘工作，首先应在掘进巷道周围建立通风系统，以形成主风流；其次应在各作业点搞好局部通风工作，保证工作面能得到足够的风量和一定的风速，以便迅速的把工作面的粉尘稀释并排到主回风流中去。

④ 加强个人防护工作：工人在工作面作业时一定要戴防尘口罩，对工人要定期进行身体健康检查，发现病情及时治疗。

⑤ 清除落尘：及时清除巷道中的浮煤，清扫或冲洗沉积煤尘，定期撒布岩粉，定期对主要大巷刷浆

3)合理组织施工并编制循环图表：

a．采用综合掘进队,多工序平行交叉和正规循环作业的劳动组织形式，六小时工作制，四班掘进，两班复喷与掘进平行作业。

b.确定循环掘进尺寸，由爆破情况知每循环进尺为2.4m c.确定循环掘进时间。一次循环作业时间采用公式：

T=T1+T2+T3+T4+ T5+ T6

<1>安全检查时间及准备时间T1 一般为15到20min，取20min。 <2>装岩时间T2：

T2 =60Slηk/ n P

式中

S——巷积道掘进断面积，㎡；S=13.02 l——炮眼平均深度，m；l=2.7

η——炮眼利用率 ，一般为0.8-0.9；

k——爆破后岩石的松散系数； n——同时工作的装岩机台数；

P——装载机的实际生产率；

T2 =60×13.02×2.7×0.9×1.5/(1×90)=32min 〈3〉钻眼时间

T3 =φ(t1 +t2 )=Nlφ/mv

式中

t1 ——钻上部眼时间，min；

t2 ——钻下部眼时间 ， min ； +

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φ——钻眼平行系数；

N——工作面炮眼总数，个； m——同时工作的凿岩机台数； v——凿岩机的实际平均钻速，m/min； T3 =40×2.7×0.6/(7×0.12)=77min <4>装药联线时间

T4 =Nt/A

式中

N——工作面炮眼总数，个；

T——一个炮眼所需时间，min/个； A——在作面同时装药的工人数； T4 =38×2/1=76min

〈5〉T5 为爆破通风时间，一般为15到30 min；T5 =20min 〈6〉T6 为支护时间，其中包括了临时支护和永久支护，T6 =100

T=1.1×(T1 + T2 + T3 + T4 + T5 + T6 )=1.1×315=325min；

循环图表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

工作名称 掘进准备工作 倒矸 打眼 装药 联线 爆破通风 装岩运输 拌料 工作时间/min 30 30 150 90 30 30 150 120 工作量 1 52个 50车 2 第一班工作时间 3 4 5 18

6

9 10 11 12

初喷 打锚杆眼 安设锚杆 装载机后复喷 90 120 90 120 7车 28个 7车 施工劳动力配比表

时间 工种 钻眼工，司机 直 接 工 辅 助 工 定眼工 维护工 爆破员 班长 临时喷浆工 喷浆手 小计 上料工 电车司机 挂钩工 水沟工 钉道工 小计 合计

0到6点 6到12点 12到18点 18到24点 7 1 1 1 1 4 15 2 2 1 5 20 7 1 1 1 1 4 15 3 2 2 2 1 10 25 7 1 1 1 1 4 15 3 2 2 2 9 24 7 1 1 1 4 15 2 2 1 1 6 21 19

4）循环图表的执行与管理：

a．开工前，要在掘进队和有关部门中认真讨论贯彻，使每个工作人员明确自己的岗位和协同关系，明确循环图表的各个环节。

b． 执行初期，应抓好循环图表的熟练执行工作，特别是各工序所需的时间，各工序的协调关系，有时甚至适当降低循环进度，使每个工作人员在时间上确保按图表执行。并注意在执行中发现图表中存在的问题，及时予以调整。 c．在执行过程中，应对各个工序的操作，协调以及所需时间不断的观测，从中挖掘潜力，并发现和解决问题。这些工作既保证了图表的执行，又能为编制更合理的图表提供依据。 5.7管理制度

掘进队的管理制度：为了充分利用工时，提高施工速度和质量，做到安全生产，降低材料成本消耗，除了要有先进的技术装备和合理的劳动组织外，还要加强施工管理工作。为了充分发挥掘进队的设备、技术优势，搞好生产管理工作，必须健全和坚持以岗位责任制为中心的各项管理制度。

1） 工种岗位责任制。工种岗位责任制要求人员固定、岗位固定、任务固定、设备固定、完成时间固定。其特点是任务到组、固定岗位、责任到人，根据井巷施工特点及工作性质，将每个小班的人员划分成若干作业组，每个小组或个人按照循环图表规定的时间，使用固定的工具或设备，在各自岗位上保质保量地完成任务。掘进工作面的岗位责任制可以参考表7.3。

2） 技术交底制。工程开工前应由工程技术人员就施工组织设计（或作业规程、施工技术、安全措施等）进行技术交底，从而使每个职工对自己所施工巷道的性质、用途、规格质量要求、施工方案、施工设备及安全措施等有比较全面的了解。

3） 施工原始资料积累制。班组要有工人出勤、主要材料消耗、班组进度、工程量、正规循环作业完成情况等原始记录资料；对隐蔽工程应做好原始记录（包括隐蔽工程图）；对砂浆、混凝土应做取样试验，关有试压证明书；锚杆应有锚固力检验记录，等等。为配合竣工验收，还应提供巷道的实测平面图，纵、横断面图，井上、下对照图，井下导线点、水准点图及有关测量记录成果表，地质素描图，岩层柱状图等。这些资料是施工的重要成果和评定工程质量的重要依据，因此要注意在施工过程中收集和积累。

4） 工作面交接班制。主要内容有当班任务完成情况，工作面质量和原始记录，工作面安全情况和预防措施，设备运行情况，工具、仪表和材料消耗情况，为下一班的准备情况，本班存在的问题和下一班应注意的事项。

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工作面在交接班时，每班的负责人、各工种以及每个岗位上的职工，都要在现场分别对口交接，并做到交任务、交措施、交设备、交安全，使工作面及时连续作业，充分利用工时。

5） 安全生产制。要根据作业特点，制订灾害预防计划、安全技术措施，组织职工认真学习并严格贯彻执行；要建立和健全群众性的安全组织，定期开展安全生产活动，对职工进行安全生产技术教育；要按规定配齐安全生产工具和职工的劳动保护用品；要搞好文明生产和工业卫生，改善劳动条件，做好综合防尘；建立领导值班和正常的安全检查制度。

6） 质量负责制。贯彻质量负责制就是要把质量标准、施工规范、设计要求落实到班、组、个人，严格按照质量标准和施工规范进行施工，确保工程质量符合设计要求；实行工程挂牌制（班、组、个人留名），队长、技术员要全面负责本队的工程质量；要建立自检、互检等质量检查制度，严格按照质量标准进行验收，评定等级；检查验收不合格的工程要返修并追究责任。

7） 设备维修保养制。要建立设备的使用、操作、维修的岗位责任制，实行机组班组负责、台件设备个人负责的一整套完善的设备管理制度。设备的操作司机必须熟练掌握操作技术，了解设备的构造和性能，熟悉安全操作规程和保养规定，做到会用，会保养、会检查、会排除故障。要认真填写设备运转、维修和消耗原始记录。对关键设备实行强制跟班保养，按期严格进行小、中、大修任务。专人专机操作，司机经严格培训合格后持证上岗。此外还有考勤制、岗位练兵制和班组经济核算制度。

参考文献：

(1)《采矿设计手册》之3（井巷工程卷）和之4（矿山机械卷），采矿设计手册

编写委员会，中国建筑工业出版社，1989年2月；

(2)《采矿手册》第二卷和第五卷，《采矿手册》编辑委员会编，北京：冶金工业

出版社，1991年12月第一版，2005年5月第四次印刷；

(3)《采矿工程设计手册》中下册，张荣立主编，煤炭工业出版社,2003年5月； (4)《冶金矿山井巷设计参考资料》上、下册，南昌有色冶金设计院编，冶金工

业出版社，1979.1. ；

(5)宋宏伟主编，《井巷工程》，煤炭工业出版社，2007.3. ；

(6)《金属非金属矿山安全规程》GB 16423─2006,中国标准出版社，2006年10

月；

(7)《煤矿安全规程》，煤炭工业出版社，2006年11月； (8)矿山井巷工程施工及验收规范GBJ 213-1990 。

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