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井巷工程第三章　巷道断面设计

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　第三章　　　　巷道断面设计

第一节 巷道断面形状

第二节 巷道断面尺寸

第三 节 巷道断面内水沟设计和管线布置

第四节 巷道断面设计示例

习 题

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　第三章　　　　巷道断面设计

一、巷道断面设计原则

巷道断面设计主要是选择断面形状和确定断面尺寸。

设计的原则是：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。 二、巷道断面设计的内容和步骤

㈠选择巷道断面形状和支护形式、确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算；

㈡根据支架参数和道床参数计算出巷道的设计掘进断面

尺寸，并按允许的超挖值求算出巷道的计算掘进断面尺寸；

㈢布置水沟和管缆；

㈣绘制巷道断面施工图，工程量表、材料消耗量一览表。

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第一节 巷道断面形状

一、巷道断面形状

二、影响巷道断面选择的因素

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一、巷道断面形状

按构成的轮廓线分两种：

折线型：矩形、梯形、不规则形；

曲线型：直墙拱形 ( 如三心拱形、半圆拱形、圆弧拱形 ) 以及

封闭拱形、椭圆形、圆形等。见图 3-1 巷道断面形状。

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一、巷道断面形状

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二、影响巷道断面选择的因素

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也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。

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第二节 巷道断面尺寸

一、巷道净宽度的确定

二、巷道的净高度

三、巷道的净断面面积

四、巷道风速验算

五、巷道设计和计算掘进断面面积

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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。

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以直墙拱形双轨巷道为例： B ＝ a 十 2A1 十 c 十 t A1—— 运输设备的最大宽度 ( 表1-1) ， m ； a—— 非人行道侧

宽度 c—— 人行道的宽度 ； t—— 运输设备最突出部分之间的间距 （具体数值见煤矿安全规程）

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　　　　　　　第二十一条 巷道净断面必须满足行人、运输、通风和安全设施　　　　　　　及设备安装、检修、施工的需要，并符合下列要求：

（一）主要运输巷和主要风巷的净高，自轨面起不得低于 2m 。架线电机车运

输巷的净高必须符合本规程第三百五十六条和第三百五十七条的有关要求。（二）采区（包括盘区，以下各条同）内的上山、下山和平巷的净高不得低

于 2m ，薄煤层内的不得低于 1.8m 。采煤工作面运输巷、回风巷及采区内的溜煤眼等的净断面或净高，由煤矿企

业统一规定。巷道净断面的设计，必须按支护最大允许变形后的断面计算。第二十二条 运输巷两侧（包括管、线、电缆）与运输设备最突出部分之间的

距离，应符合下列要求：（一）新建矿井、生产矿井新掘运输巷的一侧，从巷道道碴面起 1.6m 的高度

内，必须留有宽 0.8m （综合机械化采煤矿井为 1m ）以上的人行道，管道吊挂高

度不得低于 1.8m ；巷道另一侧的宽度不得小于 0.3m （综合机械化采煤矿井为0.5m ）。巷道内安设输送机时，输送机与巷帮支护的距离不得小于 0.5m ；输送机机头和机尾处与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要，并不得小于0.7m 。巷道内移动变电站或平板车上综采设备的最突出部分，与巷帮支护的距离不得小于 0.3m 。

（三）在人车停车地点的巷道上下人侧，从巷道道碴面起 1.6m 的高度内，必

须留有宽 1m 以上的人行道，管道吊挂高度不得低于 1.8m 。第二十三条 在双轨运输巷中， 2 列列车最突出部分之间的距离，对开时不得

小于 0.2m ，采区装载点不得小于 0.7m ，矿车摘挂钩地点不得小于 1m 。车辆最突

出部分与巷道两侧距离，必须符合本规程第二十二条的要求。

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一、巷道净宽度的确定 (续 )

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为了满足掘进机械化装载和铺设临时双轨调车，以及运输综采

支架的需要。巷道最小宽度：主要大巷为 2.2m ；采区巷道为 2 m 。

在确定曲线段巷道净宽度时，按公式计算巷道的净宽，要考虑

矿车在弯道上运行，由于车体的

中心线和线路的中心线不相吻

合，发生矿车外边角外伸和矿车

内侧车帮内移现象，内侧和外侧

均要加宽 0.2m 。曲线段巷道加宽

范围：除曲线段外，用矿车运输

时与曲线段两端相联的各长 2m的

直线段也要加宽；用电机车运输

时曲线两端直线段加宽长度为3.0m 。

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双轨巷道中心线加宽

双轨巷道对开列车车辆之间应有足够的安全间隙，两条平行轨道的中线距可按表 1—2 选取；

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一、巷道净宽度的确定 (续 ) 巷道净宽度按计算公式确定后，还需要检查是否满足掘进机械

化装载和铺设临时双轨调车以及运输综采支架时所需最小净宽度的要求。 拱形断面的主要运输巷道净宽度： 综采矿井不宜小于 3.2m ，其他矿井不宜小于 3.0m ，拱形巷道的其他巷道净宽度不宜小于 3.0m ； 矩形巷道断面净宽度不宜小于 3.0m ； 梯形巷道断面顶部净宽度不宜小于 1.8m 。 计算后的净宽度值，只进不舍，以 0.1m 进级。 对于无轨运输巷道，其净宽度主要根据行人、通风的需要来

确定。 主要运输巷道应留有宽度在 1.2m 以上的行人道； 另一侧宽度也应不小于 0.5m ； 两辆车对开最突出部分之间的距离不小于 0.5m ； 其他巷道： 人行道宽度可按 0.8m 以上留设；另一侧宽度可按 0.3~0.5m留设。

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二、巷道净高度的确定 1．矩形、梯形巷道：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。

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⑴拱高 h0常与巷道净宽的比来表示（高跨比）：半圆拱： h ０=R=B/2 ，

⑵墙高 h3自巷道底板至拱基线的距离：

架线电机车导电弓子顶端两切线交点处与巷道拱壁间最小安全间隙；

管道的装设要求；人行高度要求； 1.6m 高度人行道宽度；设备上缘至拱

壁间最小安全间隙。

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　　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。

　以上计算的墙高 h3值，必须按只进不舍的原

则，

以 0.1m 进级。

二、巷道的净高度 (续 )

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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)

三、巷道的净断面面积

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矩形巷道

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梯形巷道

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半圆拱形巷道

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圆弧拱形巷道

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四、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：

　 V—— 通过巷道的风速，

　 Q—— 通过巷道的风量，

　 Vmax—— 巷道允许通风的最高风速， m／ s 。

maxVS

QV ≤=

《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。

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五、巷道设计和计算掘进断面积

1．支护参数的选择

2．道床参数的选择

3．巷道设计掘进断面积

4．巷道计算掘进断面积

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1．支护参数的选择

　　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，将在第五章中介绍

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2．道床参数的选择道床参数是按选取的钢轨型号、轨忱规格和道碴厚度确定的。①钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及矿车容积来选取。 ②轨枕：轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。 ③道床：一股采用坚硬的碎石或不易自燃的矸石或卵石做道碴，颗粒度

以

20~40mm 为宜。

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钢轨轨枕型号

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3．巷道设计掘进断面积

巷道净尺寸加上支架、道床参数使可得到巷道的设

计掘进尺寸，从而求得巷道设计掘进断面积。

半圆拱巷道： S1=B1（ 0.39B1+h3）；

B1— 拱形巷道掘进宽度； h3— 墙高；

圆弧拱巷道： S1=0.24B2+1.27BT+1.57T2+B1h3；

B— 巷道净宽； T— 墙厚；

梯形巷道： S1= （ B3+B4） H1/2 ；

B3、 B4— 顶梁、底梁设计掘进宽度；

H1—— 设计掘进高度。

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4．巷道计算掘进断面积 　 考虑到巷道在施工内出现超挖观象，因此，设计掘进断面

尺寸应

加上允许超挖值 δ( 矩形、梯形棚子 ) ，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炉材料消耗经。

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第三 节 巷道断面内水沟设计和管线布置

一、水沟设计

二、管线布置

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一、水沟设计

1．位置：一般布置在人行道一侧，少穿越运输线路。2．施工要求： 平巷水沟坡度真可取 3‰~5‰ ，或与巷道的坡度相同，但一般不

小于 3‰ ，以利于水流通畅。 运输大巷的水沟可用混凝土浇筑，也可用钢筋屈凝土预制成构件，然后送到井下铺设，服务年限短，排水量小的巷道其水沟可不用支护。 棚式支架巷道水沟一侧的边缘距棚腿距不小于 300mm ，图3—7

。 为了行人方便，主要运输大巷和倾角小于 15°斜巷的水 沟，应铺放钢筋混凝上预制盖板，盖扳顶面要与巷道渣面齐平。 常用的水沟断面形状有对称倒梯形、半倒梯形和矩形。各种水沟

断面尺寸应根据水沟流量，坡度，支护材料和断面形状等因素决定，常用的水沟断面和尺寸见图 3—6 、和表 3—13 。 为了使巷道内不积水，巷道横向水沟的一侧也应有 2‰ 的坡度，并

在 水沟的侧面壁上每隔一定距离开设 φ50㎜的泻水孔。

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一、水沟设计 (续 )

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二、管线布置

1．管道通常应部置在人行道一侧，也可布置在非人行道一侧。管道架设可采用管墩架设、托架固定或锚杆悬挂等方式。若架设在人行道上 方，管道而其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．在架线式电机车运输巷道内，不要将管道直接置于巷道底板上（用管墩架设），以免电流腐蚀管道。管道与运输设备之间必须留有不小于0.2m 的安全距离。 3．通信电缆和电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。4．高压电缆和低压电缆在巷道同侧布置时，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．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。6．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。

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二、管线布置 (续 )

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第四节 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 。位。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8m3/s 。

巷道内敷设一道直径为 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。

一、选择巷道断面形状、

年产 90万吨矿井的第一水平运输大巷，一股眼务年限在 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，故选用钢筋砂浆锚秆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。

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二、确定巷道断面尺寸 ㈠确定巷道净宽度 B 查表 3-1 知 ZK10—6/250 电机车宽 A1=1060㎜，高 h=1550㎜； 1.5吨矿车

宽1050㎜，高 1150㎜。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 3-2 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㎜故巷道净宽度 B=a1+b+c1=a+2A1+C+t=400+2×1060+240+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 =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 3-8中半圆拱巷道拱高公式得

第四节 巷道断面设计示例 (续 )

21

243 )()( bknRhhh c +−−−+≥

1502)270360()3001800(3602000 223 =+−−−+≥h

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2. 按管道装设要求确定 h3

第四节 巷道断面设计示例 (续 )

22

2753 )2/( bDmKRhhhh b +++−−++≥

1613)4302/335300360(18002009001800 223 =+++−−++≥h

3. 按人行高度要求确定 h3

223 )(1800 jRRhh b −−−+≥

1175)2001800(18002001800 223 =−−−+≥h

综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为 h3=1800㎜。则巷道高度 H=h3-hb+h0=1800-200+1800=3400㎜。

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㈣ 确定巷道净断面面积 S 和净周长 P由表 3-8 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=1800-200=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㎜ =12.5m㈤ 用风速校核巷道净断面面积

查表 3-4 ，知 Vmax=8m/s ，已知通过大巷风量 Q=28m3/s ，计算得：

第四节 巷道断面设计示例 (续 )

856.28.10

28 <===S

QV

设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。

m/s

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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，得锚喷支护参数；锚杆长 1.8m ，间

距a=0.78～ 0.8m ，排距 a‘=0.8m ，锚杆直径 d=18㎜，喷射混凝土层厚 T1 =l00mm ，而锚杆露出长度 T2=50mm 。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，选用 24kg/m 的钢轨，其道床参数 hc 、 hb

分别为 360㎜和 200㎜，道渣至轨面高度 ha=hc-hb=360-200=160㎜。采用钢

筋混凝土轨枕。㈧确定巷道掘进断面面积巷道设计掘进宽度 B1=B+2T=3600+2×100=3800㎜。巷道计算掘进宽度 B2= B1+2δ=3600+2×75=3950㎜。巷道设计掘进高度 H1=H+hb+T=3400+200+100=3700㎜。巷道计算掘进高度 H2=H1+δ=3700+75=3775㎜。巷道设计掘进断面面积

S1=B1 （ 0.39B1+h3 ） =3800× （ 0.39×3800+1800 ） =12471600㎜2 ，取 S1=12.5 ㎡。

巷道计算掘进断面面积S2=B2 （ 0.39B2+h3 ） =3950× （ 0.39×3950+1800 ） =13194075㎜2 ，取 S2=13.2 ㎡。

第四节 巷道断面设计示例 (续 )

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三、布置巷道内水沟和管线已知通过本巷道的水量为 160m3/h ，采用水沟坡度为 0.3% ，查表 3-11

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 3-8所示。四、计算巷道掘进工程量和材料消耗量每米巷道拱与墙计算掘进体积 V1=S2×1=13.2×1=13.2m3 ；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+21.80×0.10]×1=0.96m3 ；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=0.96+0.02=0.98

m3 ；每米巷道锚杆消耗（仅拱部打锚杆）

第四节 巷道断面设计示例 (续 )

M

MPN

′+′

=′ 1)2/(2

式中， P1’ 为计算锚杆消耗周长 , ， P1’=1.57B2=1.57×3.95=6.2m ；M 、 M’ 为锚杆间距、排距 M=M’=0.8m 。

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第四节 巷道断面设计示例 (续 )

五、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和材

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3-8 ），并附上工程量及材料消耗量表，如表 3-12 及表 3-13 。这些施工图表发至施工单位，作为指导施工的依据。

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第四节 巷道断面设计示例 (续 )

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习题

2. 道断面设计的原则、内容和步骤？

3. 巷道形状选择的因素？

4. 净宽、净高、拱形巷道墙高？

5. 水沟设计应注意的问题？

6. 管线布置应符合哪些要求？

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