1 井巷工程教案_井巷工程教案
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井巷建筑介质与材料 1.1 概述
井巷工程的任务：建筑地下空间，维护稳定。
介质：岩石和土。
材料：木、竹、石、金属、混凝土等 1.1.1井巷工程的概念
1.井巷工程：为进行采矿等工作，在地下煤层或岩层内所开掘的井筒、巷道和硐室等工程，总称为井巷工程；
2.巷道顶(底)板：构成巷道顶(底)部的岩石面，叫巷道顶(底)板，两侧的岩石面叫两帮；
3.工作面：正在施工的井巷，其末端随掘进工作不断向前移动的岩石面称为工作面；
4.横断面：垂直于巷道长轴线的断面称为井巷的横断面。5.巷道种类： 1）水平巷道
水平巷道：巷道长轴线与水平面平行的巷道。为满足运输、排水的方便，设有3‰～5‰的坡度。
平硐：是地面上有一个直接出口的水平巷道，用于运输、通风、行人和排水等，可沿岩层（或煤层）走向或与走向成一角度开掘。
隧道：是地面上有二个直接出口的水平巷道，用于运输、行人和排水等。石门：没有直接通达地面的出口，在岩层中开掘并与煤层走向垂直或斜交的水平巷道，用于运输、通风、行人和排水等。
煤门：在煤层中开掘并与煤层走向垂直或斜交的水平巷道。
平巷：沿岩层（或煤层）走向开掘且没有直通地面出口的水平巷道，用于运输、通风、行人和排水等。
2）倾斜巷道
倾斜巷道：巷道长轴线与水平面成一定倾角相交的巷道称为倾斜巷道。
斜井：有直接通达地面的出口，一般是从地面沿煤层倾斜方向开掘，用于提升煤和矸石、上下人员、下放材料设备、通风、排水等。
暗斜井：没有地面出口的倾斜巷道。
上（下）山：在运输大巷以上（下）沿煤（岩）层开掘，为一个采区服务的倾斜巷道。按用途和装备分为输送机上（下）山、轨道上（下）山、通风上（下）山和行人上（下）山。
3）垂直巷道
垂直巷道：巷道长轴线与水平面垂直的巷道称为垂直巷道。
立井：自地面往下开凿的垂直巷道。有主井、副井、风井。主井用于提升煤炭；副井用于提升材料、设备、矸石以及进风、排水、上下人员等；风井用于通风。
暗立井：没有直通地面的出口而设有提升设备的垂直巷道。用以将下部水平开采的煤炭提升至上部水平，也可以运送材料、设备、人员或用来进行通风和排水。
溜井：没有直通地面的出口，井筒内不装臵机械设备的垂直巷道。用以将上部水平开采的煤炭借自重下放到下部水平。
4）硐室
断面较大而长度较短的巷道。用于安装机电设备、存放材料或作其他用。变电所、水泵房、箕斗装载硐室、翻笼硐室、火药库、调度室和绞车房等。
矿山建设工程：
矿井生产准备工程：
矿井延深工程：
矿井辅助工程：
井巷工程设计与施工：以掘保采，以采促掘，采掘并举，掘进先行。
井巷工程研究的核心问题：破岩与维护——有效、经济、安全。
1.1.2 井巷设计与施工
井巷工程设计是按照矿井生产需要、服务年限和围岩性质，根据设计规范要求，经济合理地确定井巷的断面形状、尺寸和支护结构等。井巷施工是按照设计要求和施工条件，考虑安全规范要求，采用不 同方法、手段和材料开凿井筒、巷道或硐室等空间。
井巷施工最基本的过程，就是把岩石从岩体上破碎下来，形成设计所要求的井筒、巷道及硐室等空间。接着要采用一定的支护材料和结构，对这些地下空间进行必要的维护，防止围岩继续破碎和垮落。井巷施工方法：普通、特殊、机械 1.2 井巷建筑介质 1.2.1 岩石概述
1.岩石
由一种或多种矿物织成。是组成地壳的基本物质，由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律而形成的自然地质体，包括岩浆岩、沉积岩、变质岩。2.岩块
从地壳中切取出来的小块体，不包含软弱面（岩体中的地质遗迹、层理、节理、断层、裂隙面），近似认为各向同性的连续介质。3.岩体
地下工程周围较大范围内的自然地质体。从煤矿采掘工程角度：包括岩石、地下水、瓦斯。岩体的性质复杂，是我们研究的主要对象。
4.表土
建井工作者把覆盖在地壳上部的第四纪沉积物成为表土，也称为松散性岩石，如：黄土、流沙、粘土等。5.基岩
表土以下的固结性岩石称为基岩。岩浆岩、沉积岩、变质岩。6.围岩 7.煤系地层
1.2.2 岩石的物理性质
1.2.2.1 岩石的相对密度、密度
1．相对密度(曾称比重)岩石的相对密度是指岩石固体实体积(不包括孔隙体积)的质量与同体积水的质量的比值。
2．密度 岩石单位体积(包括岩石内孔隙体积)的质量，称为岩石的密度，亦称质量密度。两种：干密度和湿密度。前者是单位体积岩石绝对干燥后的质量，后者是天然含水或饱水状态下的密度。1.2.2.2 岩石的孔隙性
岩石的孔隙性是指岩石的孔隙和裂隙的发育程度，它通常用孔隙度n和孔隙比e来表示。
孔隙度是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件总体积 V之比(常以百分数表示)。孔隙比是岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件内固体矿 物颗粒体积Vc之比。1.2.2.3 岩石的水理性质
1．岩石吸水率：W是指岩石试件在大气压 力下吸入水的质量与试件烘干后质量G之比值。
影响吸水率的因素：
⑴岩石所含孔隙，裂隙的数量、大小、开闭程度及其分布情况有关。
⑵试验条件，试验表明，整体岩石试件的吸水率要比同一岩石的碎块试样吸水率小，随着吸水水时间的增加，吸水率也会有所增大。吸水率对岩石力学性质有影响。2.岩石的透水性
地下水存在于岩石的孔隙和裂隙之中，而且大多数岩石的孔隙和裂隙是相互贯通的，因而，在一定水压作用下，地下水可在岩石中渗透，这种岩石能被水透过的性质，称为岩石的透水性。
影响因素：地下水压力、岩体应力状态、孔隙发育程度、连通程度等。
3.岩石的溶蚀性
由于水的化学作用而把岩石中某些组成物质带走的现象称为岩石的溶蚀性。导致岩石致密程度降低，孔隙度增大，强度降低。4.岩石的软化性
岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，用软化系数(ηc)表示。ηc定义为岩石试件的饱和抗压强度(Rcw)与干抗压强度(Rc)的比值。5.岩石的膨胀性和崩解性
⑴膨胀性：软岩浸水后体积增大和响应的引起压力增大的性质，用膨胀应力和膨胀率来表示。
膨胀应力：岩石与水进行物理化学反应后，随时间变化会产生体积增大的现象，这时，使试件体积保持不变所需要的压力称膨胀应力。
膨胀率：岩石与水进行物理化学反应增大后的体积与原体积的比率。⑵崩解性：软岩浸水后发生解体的性质。
用耐崩解指数表示：岩石试件在承受干燥和湿润两个标准循环后，岩样对软化和崩解表现出来的抵抗力。1.2.2.4 岩石的碎胀性
岩石的碎胀性：岩石破碎后因岩块间空隙增多而总体积增大的性质称为碎胀性。碎胀程度的大小可用碎胀系数表示。1.2.3 岩石的力学性质 1.2.3.1 岩石的变形特性
㈠静荷载单向受压下岩石的变形特征 ⑴应力应变曲线
⑵体积应变,岩石的体积改变量ΔV与原体积 V的比值,也称体积改变率。也叫碎胀应变。
一般岩石具有在弹性阶段体积变小和塑性阶段体积增大的特点。岩石在塑性阶段体积增大的性质称为扩容现象,对于研究巷道变形和围岩对支护造成的压力等问题有重要意义。⑶三种破坏形式
脆性破坏：永久变形或全变形小于5%者为脆性破坏。具有这种特性的岩石称为脆性岩石。
塑性破坏：永久变形或全变形大于5%者塑性破坏。具有这种特性的岩石称为塑性岩石。过度状态：
（二）岩石在三向静荷载压缩下的变形特征 ⑴弹性段与单轴压缩基本相同；
⑵岩石表现出明显的由脆性向塑性转化；
⑶屈服极限，强度峰值、残余强度与围压大小成正比；
⑷大部分岩石在一定临界围压下出现屈服平台，呈塑性流动现象；
⑸达到临界围压后，继续提高围压，不在出现峰值，应力—应变出现单调增长趋势。
1.2.3.2 岩石的强度特性与理论
岩石抵抗外载破坏的能力称为岩石的强度 1．静荷载下岩石的强度性质
⑴大多数情况下，岩石表现为脆性破坏； ⑵同种岩石强度并非常数，变化很大；
⑶不同受力情况下，岩石的极限强度相差悬殊。
三向等压抗压强度>三向不等压抗压强度>双向抗压强度>单向抗压强 度>单向抗剪强度>单向抗弯强度>单向抗拉强度。2．动荷载下的岩石强度性质比静荷载大
3.非连续岩石的强度特性
非连续面（也叫弱面）：层理、节理、断层和裂隙面等。
当岩石的非连续面与加载方向成30°时，岩石强度最低；而岩石的非连续面与加载方向正交或平行时强度最高。4.莫尔强度理论
5.格里菲斯岩石强度理论 1.2.3.3 岩石的硬度
岩石的硬度是岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力。硬度与强度又有区别。1.2.4 岩石的分类
1.2.4.1 岩石分类概述
按成因不同，将岩石分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三类，对于采掘工程来说，又要求对岩石进行定量的区分，以便能正确地进行工程设计，合理地选用施工方法、施工设备、机具与器材，准确地制定生产定额和材抖消耗定额等。因此，提出了岩石工程分级与岩体工程分类问题。1.2.4.2 常见岩石分类方案 1．普氏岩石分类
用一个综合性的指标” 坚固性系数f”来表示岩石破坏的相对难易程度，R通常称f为普氏岩石坚固性系数。
fC10普氏分级的优点：
普氏岩石分级法简明，便于使用，因而多年来在苏联及一些东欧国家获得广泛应用。
缺点：它没有反映岩体的特征。关于岩石坚固性正各方面表现趋于一致的观点，对少数岩石也不适用，如粘土就钻眼容易，而爆破困难。根据f的大小将岩石分为10级15种
2．根据锚喷支护需要，按照煤矿岩层特点制定的围岩分类。3．岩心质量指标分类（RQD）4.围岩松动圈岩石分类 小松动圈：0～40cm 中松动圈：40 ～150cm 大松动圈：150 ～300cm，甚至更大 1.2.4.3 软岩的概念
软岩又称不稳定岩石、大松动圈岩石等。
井巷工程——围岩变形量大、变形持续时间长、支护破坏严重。
1.3 井巷建筑材料
巷道支护材料：木材、竹材、石材、金属、水泥、混凝土、钢筋混凝土和砂浆等。1.3.1 水泥 1）细度
水泥颗粒的粗细对水泥的性质有很大影响。2）凝结时间
水泥与适量的水混合后制成水泥浆，经过一定时间，便会发生物理化学变化而逐渐变稠，失去可塑性，称为初凝，开始具有强度时称为终凝。之后其强度逐渐增加，称为硬化。
初凝和终凝过程称为凝结过程，强度增长过程称为硬化过程。
初凝时间和终凝时间。
初凝时间为水泥加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间为水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。
水泥的凝结时间对使用具有重要意义。水泥的初凝不宜过早；水泥的终凝不宜过迟。3）强度 4）水化热
5）水泥的储存条件 1.3.1.1 硅酸盐水泥
硅酸盐水泥:凡是以适当成分的生料(石灰石、粘土、铁矿物)烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适当的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。
国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得小于45min，终凝时间不得大于390min。
硅酸盐水泥的应用
在常用的水泥品种中，硅酸盐水泥的标号较高，常用于重要结构中的高强度混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土工程。
硅酸盐水泥的凝结硬化较快，适用于早期强度高、凝结快的工程，地下工程的喷浆及喷射混凝土支护等宜于采用。
硅酸盐水泥在水化过程中放出大量的热，因此，适于冬季施工，同样原因不宜用于大体积混凝土工程。
硅酸盐水泥抗软水侵蚀和抗化学侵蚀性差，所以不宜用于受流动的软水侵蚀和有水压作用的工程，也不适用于受海水和矿物水作用的工程。1.3.1.2 普通硅酸盐水泥
凡由硅酸盐水泥熟料、6%～15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。
国家标准规定：普通水泥的强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5和52.5R六个类型。
1.3.1.3 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥 1）水泥混合材料
在水泥磨细时，所掺入的天然或人工的矿物材料，称为混合材料。
混合材料按其性能可分为活性混合材料和非活性混合材料。
活性混合材料常用的有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。
火山灰质混合材料包括火山灰、硅藻土、沸石、凝灰 岩、烧粘土、煅烧的煤矸石，煤渣与粉煤灰等。
非活性混合材料例如石英砂、粘土、石灰石、慢冷矿渣等。2）掺混合材料的硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥：
火山灰质硅酸盐水泥：
粉煤灰硅酸盐水泥： 三种水泥共同特性是：
凝结硬化速度较慢，早期强度较低，但后期强度增长较快，甚至超过同标号的硅酸盐水泥；
水化放热速度慢，放热量也低；对温度的敏感性较高，温度较低时，硬化很慢，温度较高时（60～70°C以上）硬化速度大大加快，往往超过硅酸盐水泥的硬化速度；
抵抗软水及硫酸盐介质的侵蚀能力较硅酸盐水泥高。
这三种水泥的抗冻性差。
矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥的干缩性大，而粉煤灰硅酸盐水泥的干缩性小。火山灰质硅酸盐水泥的抗渗性较高，矿渣硅酸盐水泥的耐热性较好。
除能用于地面外，还特别适田于地下和水中的一般混凝土和大体积混凝土结构以及蒸汽养护的混疑土构件。1.3.2 混凝土
普通混凝土是由水泥、砂、石和水按适当比例配合、拌制而成拌合物，经过一定时间硬化而成的人造石材。1.3.2.1 混凝土的组成材料
1）水泥 混疑土强度的产生，主要是由于水泥硬化的结果。起胶结作用。2）细骨料 在混凝上中，凡粒径小于4.75㎜的骨料称为细骨料。一般多以天然砂为细骨料。其中以石英砂为最佳。
3）粗骨料 在混凝土中，凡粒径大于4.75㎜的骨料称粗骨料，常用的有卵石(砾石)与碎石两种。
4）水 凡是能饮用的自来水和清洁的天然水，都能用来拌制和养护混凝土。
污水、酸性水、含硫酸盐水和含油脂、糖类的水均不许 使用。
1.3.2.2 混凝土的主要技术性质 1）混凝土拌和物的和易性
混凝土拌合物的和易性，是指新拌合的混凝土拌合物在保证质量均匀、各组成成分不离析的条件下，适合于搅拌、运输、浇灌和捣实的综合性质。它包括有流动性；粘聚性；保水性等三方面的性能。2）混凝土的强度与强度等级
混凝土强度包括抗压、抗折、抗剪、抗弯等，其中以抗压强度为最大，在工程中为主要的承压构件。
按其强度不同分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共16个强度等级。
影响混凝土强度的因素很多，其中水泥强度等级与水灰比是影响混凝土强度的主要因素。
1.3.2.3 混凝土外加剂
在混疑土拌和时或拌和前掺入的、其掺量一般不大于水泥重量5％，并能显著改善混凝土性能的材料称为混凝土外加剂。
1)减水剂 能保持混凝土混合物的和易性不变而显著减少其拌和水量的外加剂称为减水剂。减水剂有多种，如M型(木质磺酸钙)、MF型等。
2)速凝剂 速凝剂的作用是使混凝土快凝并迅速达到较高强度，喷射混凝土一般都需掺速凝剂。红星I型和71l型等速凝剂的性能如下：加速水泥硬化，初凝l～5min，终凝l0min以内；提高混凝土早期强度，但掺入这两种速凝剂的混凝土后期强度降低。1.3.2.4 混凝土的配合比
混凝土配合比是指混凝土各组成材料数量之间的比例关系。
合理确定水泥、水、砂与石子这四项基本组成材料用量之间的三个比例关系。即水与水泥之间的比例关系，常用水灰比表示；砂与石子之间的比例关系，常用砂率表示；水泥浆与骨料之间的关系，常用单位用水量表示。
混凝土水灰比（水:水泥）是决定混凝土强度及其和易性的重要指标。1.3.3 钢材
金属材料作支架有许多优点：强度大，可支撑较大的地压，使用期长，可多次复用，安装容易，耐火性强，必要时也可制成可缩性结构。初期投资虽然大些，但可回收，总成本还是经济的。1.3.3.1 常用钢材分类
按品质：普通钢、优质钢、高级优质钢。
按化学成分：碳素钢、合金钢（低、中、高）。
按用途：型钢、钢筋、工具钢。
碳素钢、低合金钢：型钢和钢筋、钢丝、锚具，以及矿山工程中常用的钢绞线、锚杆螺纹钢等。
1.3.3.2 常用建筑钢材的主要化学成分
碳素钢：以铁为基体，除含碳外，还含有少量的硅、锰、硫、磷等。属钢中的伴随元素。
1.3.3.3 常用建筑钢材的力学性能与特点
作为主要的受力结构材料，主要力学性能有抗拉性能、抗冲击性能、耐疲劳性能及硬度。
1.3.3.4 常用钢材加工方法及对钢材性能的影响 1）冷加工强化 2）时效强化 3）热处理 4）焊接
1.3.3.5 矿用钢材种类、特点和要求
常用的矿用钢材有工字钢、角钢、槽钢、轻便钢轨、矿用工字钢以及矿用特殊型钢等。
矿用工字钢也称钢梁，作梁、作腿。
矿用特殊型钢U18、U25、U29、U36。制作可缩性拱型支架。槽钢规格：120㎜×53㎜×5㎜；12＃。与锚索组合支护。1.3.4 木材
常用的坑木有松木、杉木、桦木、榆木和柞木等。其中以松木用得最多。巷道断面设计
巷道断面设计主要是选择断面形状和确定断面尺寸。
巷道断面设计原则：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
㈠选择巷道断面形状和支护方式；
㈡确定巷道净断面尺寸，计算巷道的设计掘进断面尺寸，算出巷道的计算掘进断面尺寸；
㈢布臵水沟与管缆；
㈣绘制巷道断面施工图，特征表、工程量表、材料消耗量表。2.1 巷道断面形状的选择
按构成的轮廓线分：折线形、曲线形；矩形类、梯形类；拱形类和圆形类。
巷道断面形状
选择巷道断面形状主要考虑：
㈠作用在巷道上的地压大小和方向在选择巷道断面形状时起主要作用。㈡巷道用途和服务年限是选择巷道断面形状不可缺少的重要因素。
㈢矿区的支架材料和习惯使用的支护方式，也直接影响巷道断面形状的选择； ㈣掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定影响。
㈤需要风量大的矿井，选择通风阻力小的断面和支护方式，有利于安全和具有经济效益。
巷道所处的位臵及穿过的围岩性质也应重视。2.2 巷道断面尺寸的确定
2.2.1 巷道净宽度的确定
直墙拱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间距。
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间距。
梯形巷道，当其内通行矿车、电机车时，净宽系指车辆顶面水平的巷道宽度；当其内不通行运输设备时，净宽系指自底板起1.6m高水平的巷道宽度。
2.2.2 巷道净高度的确定
1．矩形、梯形巷道净高：自渣面或底板到顶梁或顶部喷层面、锚杆露出长度终端的高度。
2．拱形巷道净高：自渣面至拱顶内沿或锚杆露出长度终端的高度。主要是确定净拱高和自底板起的墙高。H=h0+h3-hb H—拱形巷道净高； h0—拱形巷道拱高； h3—拱形巷道墙高； hb—巷道内道碴高度。
⑴拱高h0 高跨比。半圆拱：h０=R=B/2，圆弧拱：B/3，个别h０=2B/5 ⑵壁（墙高）h3 自巷道底板至拱基线的垂直距离
架线电机车导电弓子顶端与巷道拱壁间最小安全间隙要求、管道的装设要求、人行高度要求、1.6m高度人行道宽度要求以及设备上缘至拱壁间最小安全间隙要求，按图2.4、2.5和表2.5中公式计算，取其最大值，按只进不舍原则，0.1m进级。
无轨运输巷道净高度，除满足行人、通风等要求外，运输设备的顶部距巷道顶部（支护）或管线下缘的距离不得小于0.6m，最后确定的净高度要满足安全间隙对巷道高度的要求。
一般，架线电机车运输的巷道，按其中架线电机车导电弓子和管道装设要求计算即能满足要求；其它如矿车运输、仅铺设输送机或无运输设备的巷道一般只按行人高度要求即能满足要求，但在人行道范围1.8m以下，不得架设管线和电缆。
2.2.3 巷道的净断面面积 1．矩形巷道净断面积：S＝BH B—巷道净宽； H—巷道净高。
2．梯形巷道净断面积：S＝(B1+B2)H/2； B1、B2—巷道顶梁、底板处净宽； H—巷道净高。
3．半圆拱巷道：S＝B(0.39B+h2)h2—渣面起巷道壁的高度。
4．圆弧拱巷道：S＝B(0.24B+h2)2.2.4 巷道风速验算
生产矿井的巷道通常兼作通风用，因此还要进行最优的风速验算：
Q VVmaxSV——通过巷道的风速，m／s； Q——通过巷道的风量，m3／s； S ——巷道的净断面面积，m2 Vmax——巷道允许通风的最高风速，m／s。
《煤矿安全规程》规定如右表，《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；输送机巷道采区风巷一般不大于4m／s。设计时，应在不违反《煤矿安全规程》的原则下，按规范要求确定巷道断面，以留有余地。
2.2.5 巷道的设计掘进面积
确定巷道的设计掘进面积首先必须确定支护参数和道床参数，然后根据表2.4、2.6或2.7中的有关公式进行计算。
（一）支护参数的确定
支护是影响煤矿技术经济指标和安全生产的关键技术问题，长期以来，棚式支架和砖石、混凝土砌碹是支护的主要形式，近年来，金属支架和锚喷支护得到发展。支架参数的选取，就是确定坑木的直径、金属和钢筋混凝土构件的断面高度以及背板厚度、喷层的厚度或锚杆外露的长度，所有这些只寸的选取方法，将在第六章中介绍。
（二）道床参数的选择
道床参数的选择是指钢轨型号、轨枕规格和道碴高度的确定。
①钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及矿车容积与轨距来选取，以每米长度的质量表示。常用的有15、22、30和38kg/m。
②轨枕规格：轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。表2.10 ③道碴高度：一股采用坚硬的碎石或不易风化的矸石或卵石做道碴，颗粒度以20~30mm为宜。
（三）巷道设计掘进断面
巷道净尺寸加上支护和道床参数便可得到巷道的设计掘进尺寸，从而求得巷道设计掘进断面积。
2.2.6 巷道计算掘进断面积
考虑到巷道在施工中出现超挖观象，因此，设计掘进断面尺寸应
加上允许超挖值δ(75mm)，作为计算掘进断面尺寸。并以此计算出巷道的掘进工程量和支护材料消耗量。
2.3 水沟与管缆的布臵
2.3.1 水沟设计 2.3.1.1水沟布臵
（1）水平巷道及倾角小于16°的倾斜巷道的水沟，一般布臵在人行侧。也可布臵在非人行侧；少穿越运输线路。
（2）在倾角大于16°的巷道中，当涌水量小或巷道较窄时，水沟与人行台阶可在巷道同侧平行或重叠布臵；当涌水量较大或巷道较宽时，水沟和人行台阶可分设在巷道两侧。
（3）专用排水行道、中间设人行道的巷道、有底鼓的巷道和铺设整体道床的巷道，水沟也可布臵在巷道中间。
（4）巷道横向水沟，一般应布臵在含水层的下方、上（下）山的下部车场的上方、胶带机接头硐室的下方或出水点处。
（5）金属或木支架巷道的水沟为使立柱牢固和流水畅通，水沟中线与立柱之间的距离应大于0.5m，或者水沟与立柱的最小距离应大于0.3m。（6）在水平和倾斜的砌碹巷道中，可将沿水沟一侧的巷道基础加宽
50mm以上，以便搭设水沟盖板，同时应使水沟底板掘进面比巷道基础浅50~100mm。
（7）在倾角小于或等于10°的行人及车辆来往频繁的主要巷道，水沟上面要加设盖板，盖板顶面应与道渣面平齐。2.3.1.2 水沟砌筑
永久性和临时性水沟。混凝土浇筑、片石砌筑、钢筋混凝土预制。2.3.1.3 水沟坡度和流速
3‰～5‰的坡度，与巷道一致。平巷不宜小于3‰，巷道中横向水沟的坡度不宜小于2‰，采区中的其他巷道可选用5‰。
水沟采用混凝土砌筑时最大流速为5～10m/s，不衬砌的水沟为3～4.5m/s。水沟的最小流速，应以不使煤泥等杂物沉淀为原则，其值一般不应小于0.5m/s。2.3.1.4 水沟的断面
对称倒梯形、半倒梯形和矩形。水沟的断面尺寸，根据水沟的流 量、坡度、支护材料和断面形状等确定。设计部门提供。2.3.1.5 水沟盖板
为行人方便，大巷及小于15°上（下）山的水沟，一般设臵盖板。规格及材料消耗见表2-12。盖板的宽度比水沟净宽加宽150mm，厚度不小于50mm，采用钢筋混凝土预制板。无运输设备的巷道、大于15°上（下）山和采区巷道的水沟可不设盖板。2.3.2 管缆布臵 2.3.2.1 管道布臵
（1）管道通常应部臵在人行道一侧，也可布臵在非人行道一侧。管道架设可采用管墩架设、托架固定或锚杆悬挂等方式，并考虑检修方便。若架设在人行道上 方，管道下部与道渣面或水沟盖板面保持1.8m和1.8m以上的距离，若架设在水沟上，应以不妨碍清理水沟为原则。（2）当管道与管道呈交叉和平行布臵时，应保证管道之间有足够的更换距离。管道架设在平巷顶部时，应不防碍其他设备的维修与更换。（3）管道与运输设备之间必须留有不小于0.2m的安全距离。
（4）在架线式电机车运输巷道内，为防止电流腐蚀，管道应尽量避免沿巷道底板架设。
2.3.2.2 电缆布臵
（1）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。（2）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以上的距离。
（3）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。
（4）高压电缆和低压电缆在巷道同侧布臵时，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）人行道一侧最好不敷设动力电缆。
2.3.3 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
巷道断面施工图按1:50的比例绘制，并附巷道特征表、每米巷道工程量及材料消耗量表。不同轨距的巷道断面施工图已由设计单 位编出。
2.4 巷道断面设计示例
[例题)某煤矿，年设计能力为90万t，低瓦斯矿井，中央分列式通风，井下最大涌水量为320m3/h。通过该矿第一水平东翼运输大巷的流水量为160m3/h，采用ZK10—6/250架线式电机车牵引1.5吨矿车运输，该大巷穿过中等稳定的岩层，岩石坚固性系数f =4～6，需通过的风量为48m3/s 巷道内敷设一趟直径为200mm的压风管和一趟直径为l00mm的水管。试设计运输大巷直线段的断面。
2.4.1 选择巷道断面形状、年产90万吨矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在20年以上，采用 600mm轨距双轨运输的大巷，其净宽在3m以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用螺纹钢树脂锚杆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。2.4.2 确定巷道净断面尺寸
㈠确定巷道净宽度B 查表2-2知ZK10—6/250电机车宽A1=1060㎜，高h=1550㎜；1.5吨矿车宽1050㎜，高1200㎜。根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽C=840㎜，非人行道一侧宽a=400㎜。又查表2-3知本巷双轨中心线b=1300㎜，两电机车之间的距离为：1300-（1060/2+1060/2）=240㎜﹥200mm故巷道净宽度B=a1+b+c1=（400+1060/2）+1300+（1060/2+840）=3600㎜。㈡确定巷道拱高h0 半圆拱巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800㎜，半圆拱半径R=h0=3600/2=1800㎜
㈢确定巷道壁高h3 按架线电机车导电弓子要求确定h3由表2-5中半圆拱巷道壁高公式得
h3h4hc(Rn)2(kb1)2 h32000410(1800300)2(360870)21552
2.按管道装设要求确定h3
h3h5h7hbR2(KmD/2b2)
2h3180090022018002(360300335/2430)21633
3.按人行高度要求确定h3 h31800hbR2(Rj)2
h3180022018002(1800200)21195
综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h3=1820㎜。则巷道高度H=h3-hb+h0=1820-220+1800=3400㎜。㈣ 确定巷道净断面面积S和净周长P 由表2-6得净断面面积S=B（0.39B+h2）
式中：h2为道碴面以上巷道壁高，h2= h3-hb=1820-220=1600㎜。故S=3600×（0.39×3600+1600）=1081400㎜2=10.8㎡ 净周长P=2.57B+2h2=2.57×3600+2×1600=12500㎜=12.5m ㈤ 用风速校核巷道净断面面积 查表2-8，知Vmax=8m/s，已知通过大巷风量Q=48m3/s，计算得：
Q48V4.448
S10.8
设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。㈥ 选择支护参数
本巷道采用锚喷支护，根据巷道净宽3.6m、穿过中等稳定岩层即属Ⅲ类围岩、服务时间大于l0年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为¢18mm螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度≥700mm，设计锚固力≥80kN。锚杆长度2.0m，成方形布臵，其间排距0.80m×0.80m，托板为8×150×150mm的方形钢板。喷射层厚T1=100mm，分两次喷射，每次各喷50mm厚，故支护厚度T=T1=100㎜。㈦选择道床参数
根据本巷道通过的运输设备，已选用30kg/m的钢轨，其道床参数hc、hb分别为410㎜和220㎜，道渣至轨面高度ha=hc-hb=410-220=190㎜。采用钢筋混凝土轨枕。
㈧确定巷道掘进断面面积 表2.6公式
巷道设计掘进宽度 B1=B+2T=3600+2×100=3800㎜。巷道计算掘进宽度 B2= B1+2δ=3800+2×75=3950㎜。巷道设计掘进高度 H1=H+hb+T=3400+220+100=3720㎜。巷道计算掘进高度 H2=H1+δ=3720+75=3795㎜。
巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1+h3）=3800×（0.39×3800+1820）=12547600㎜2，取S1=12.55㎡。
巷道计算掘进断面面积S2=B2（0.39B2+h3）=3950×（0.39×3950+1820）=13273975㎜2，取S2=13.27㎡。2.4.3 布臵巷道内水沟和管缆
已知通过本巷道的水量为160m3/h，采用水沟坡度为0.3%，查表2-12得：水沟深400㎜、水沟宽400㎜，水沟净断面面积0.16㎡；水沟掘进断面面积0.203㎡，每米水沟盖板用钢筋1.633kg、混凝土0.0276m3，水沟用混凝土0.133m3。管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道一侧，通信电缆挂在管子上方，如图2-9所示。
2.4.4 计算巷道掘进工程量和材料消耗量 表2.6公式 每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S2×1=13.27×1=13.27m3；
每米巷道墙脚计算掘进体积V3=0.2×（T+δ）×1=0.2×（0.1+0.075）×1=0.04m3；
每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=[1.57（B2-T1）T1+2h3T1]×1 =[1.57（3.95-0.10）0.10+2×1.82×0.10]×1=0.968m3；
每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T1×1=0.2×0.1×1=0.02m3；
每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗）V= V2+ V4=0.968+0.02=0.988 m3； 每米巷道锚杆消耗N=（P1-0.5a）/aa′ 式中，P1为计算锚杆消耗周长, P1=1.57B2+2h3=1.57×3.95+2×1.82=9.84m；、a、a′为锚杆间距、排距a = a′=0.8m。
故 N=（9.84-0.5×0.8）/0.8×0.8=14.75根 折合质量为 14.75 [lπ（d/2）2ρ]=14.75 [2.00×3.14（0.018/2）×7850]=58.90kg l——锚杆长度，l=2.0m； d——锚杆直径，d=18mm；
ρ——锚杆材料密度，ρ=7850kg/m3。
每排锚杆数 N ×0.8=14.75 ×0.8=11.8根≈12根
每米巷道粉刷面积 Sn=1.57B3+2h2=1.57 ×3.75m+2 ×1.60m=9.1m2 式中 B3——计算净宽，B3=B2-2T=3.95m-2×0.10m=3.75m。
2.4.5 绘制巷道断面施工图、编制巷道特征表和每米巷道掘进工程量材料消耗量表.根据以上计算结果，按1：50比例绘制出巷道断面图（图2-10），并附上工程量及材料消耗量表。这些施工图表发至施工单位，作为指导施工的依据。
巷道断面设计练习
某煤矿，年设计能力为180万t，低瓦斯矿井，中央并列式通 风，井下最大涌水量为350m3/h。通过该矿第一水平运输大巷的流 水量为180m3/h，采用ZK14—9/550架线式电机车牵引1.5吨矿车运 输，该大巷穿过中等稳定的岩层，岩石坚固性系数f =4～6，需通 过的风量为56m3/s。巷道内敷设一趟直径为200mm的压风管和一 趟直径为l00mm的水管。试设计运输大巷直线段的断面。
第一章一、岩石分类指标的选取应遵循的原则: 1:分类指标形式要简单,含义要明确,应具有科学意义和实用价值.2:分类指标要容易获得3分类指标应明确表达出岩石的质量或稳定性.......
一、名词解释1、岩石的空隙比是指岩石中各种孔隙、裂隙体积占岩石内固体部分实体总体积的百分比。2、围岩分类为了判定巷道周围岩体的稳定性并合理选择支护类型对较大范围内......
2014-2015年井巷工程计划说明一、2014年掘进计划6360m，回采煤量30万t：1、B7西翼高抽巷计划施工400m；2、B7西翼回风巷计划施工440m；3、B7西翼运输巷计划施工1000m；4、B14东翼+920......
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