爐峪口技術(shù)部9#煤層大斷面交岔點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化探討

1、晉煤集團(tuán)科技創(chuàng)新“五小”科技成果申報(bào)表申報(bào)單位：爐峪口煤礦技術(shù)部 申報(bào)時(shí)間：2014年07月20日一、項(xiàng)目基本情況項(xiàng)目名稱9#煤層大斷面交岔點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法實(shí)施時(shí)間2012年05月完成時(shí)間2014年06月項(xiàng)目類別（）小革新 （ ）小設(shè)計(jì) （）小改造 （ ）小發(fā)明 （ ） 小建議專業(yè)分類（） 煤炭開采 （ ）煤化工 （ ）其它項(xiàng)目聯(lián)系人申愛(ài)龍職務(wù)職稱助理工程師電話主要完成人員周金祥、張?zhí)鞏|、劉偉強(qiáng)、周小銅、申愛(ài)龍項(xiàng)目資金投入經(jīng)濟(jì)效益（萬(wàn)元）節(jié)省約8.0萬(wàn)元是否申請(qǐng)專利否是否申請(qǐng)命名是我保證此項(xiàng)目的推薦書及申請(qǐng)書、申報(bào)材料內(nèi)容完全真實(shí)、合法、有效。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人簽字： （蓋章） 年 月 日完成區(qū)隊(duì)意見(jiàn)：

2、領(lǐng)導(dǎo)簽字： （蓋章） 年 月 日子分公司、礦處意見(jiàn)：領(lǐng)導(dǎo)簽字： （蓋章） 年 月 日板塊科技管理部門意見(jiàn)：領(lǐng)導(dǎo)簽字： （蓋章） 年 月 日技術(shù)委員會(huì)意見(jiàn)：領(lǐng)導(dǎo)簽字： （蓋章） 年 月 日二、項(xiàng)目立項(xiàng)背景立項(xiàng)背景：井下巷道交岔點(diǎn)是巷道施工中的一個(gè)重要項(xiàng)目，如果設(shè)計(jì)施工不合理，支護(hù)參數(shù)欠妥，會(huì)給以后的生產(chǎn)安全帶來(lái)極大的不利因素，研究表明，施工交岔點(diǎn)時(shí)，會(huì)造成圍巖應(yīng)力的再次重新分布，兩條交岔巷道兩側(cè)的支承壓會(huì)相互疊加。正在開鑿第一巷道時(shí)的應(yīng)力集中系數(shù)比開鑿前增大10%15%；交岔點(diǎn)第二巷道掘進(jìn)后，應(yīng)力集中系數(shù)比開鑿前增大40%50%。工程中常用的柱墻式交岔點(diǎn)（牛鼻子交岔點(diǎn)）因其承載能力好，服務(wù)年限長(zhǎng)

3、等優(yōu)點(diǎn)得以在多數(shù)重要巷道施工時(shí)普遍采用，但其施工較為復(fù)雜，工程量較大，因此如何能夠在滿足使用要求的前提下盡量縮小工程開挖量，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)；并且確保其支護(hù)可靠，便成了交岔點(diǎn)工程中最重要的兩個(gè)要求。爐峪口煤礦首采區(qū)9#煤層開拓工程于2012年初開工建設(shè)，其中作為主要材料運(yùn)輸巷道的9#煤層軌道暗斜井上部平巷最先開工，施工難度也最大。根據(jù)設(shè)計(jì)，需要先施工制作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)柱墻式交岔點(diǎn)（1#交岔點(diǎn)），交岔點(diǎn)種類為單軌巷道單側(cè)分岔點(diǎn)，該交岔點(diǎn)在原+945水平東大巷364m處開口施工，開口處為石料砌碹支護(hù)，交岔點(diǎn)及分岔支巷設(shè)計(jì)均為錨網(wǎng)噴支護(hù)。按照原設(shè)計(jì)，交岔點(diǎn)總長(zhǎng)17.5m，最大掘進(jìn)寬度為8.4m，巖石工程開

4、挖量可達(dá)445m3，工程施工難度較大，經(jīng)過(guò)礦技術(shù)人員研究分析，在滿足安全距離的前提下，本礦采用了一種以道岔分岔段與交岔點(diǎn)斜墻垂直距離為參照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定斜墻起點(diǎn)的方法，既滿足了安全要求，又縮短了交岔點(diǎn)長(zhǎng)度、減少了開挖工程量，從而節(jié)省了施工成本。三、項(xiàng)目的關(guān)鍵要點(diǎn)項(xiàng)目所屬科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、主要內(nèi)容、特點(diǎn)及推廣應(yīng)用情況：本項(xiàng)目屬采礦工程領(lǐng)域設(shè)備平巷交岔點(diǎn)設(shè)計(jì)與施工，是掘進(jìn)巷道開口前的前期工程，交岔點(diǎn)施工的好壞直接決定后期掘進(jìn)工程能否順利進(jìn)行。在傳統(tǒng)的交岔點(diǎn)設(shè)計(jì)中，通常是將基本軌起點(diǎn)作為斜墻的起始位置，而在以往的砌碹巷道施工時(shí)，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，便于碹胎通用，交岔點(diǎn)斜墻斜率也通常選用固定斜率（0.2、0.25、0

5、.3等），這樣往往會(huì)造成交岔點(diǎn)長(zhǎng)度增大，所取得的交岔點(diǎn)安全距離要大大超出實(shí)際需求，并造成人力、物力、財(cái)力的一定浪費(fèi)。本工程由于采用錨噴支護(hù)，工藝簡(jiǎn)單，巷道成型容易，施工成本較低，不再使用固定斜率，選取了一種以道岔分岔段與交岔點(diǎn)斜墻垂直距離為參照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定斜墻起點(diǎn)的方法，該方法的核心是直接從交岔點(diǎn)支巷分岔軌道的平移線與主巷巷幫相交點(diǎn)開始進(jìn)行斷面擴(kuò)大直至斜墻終點(diǎn)，在不改變交岔點(diǎn)各部分基本要求的前提下，實(shí)際上延遲了交岔點(diǎn)的施工起點(diǎn)，從而減少了施工工程量。從完工后運(yùn)轉(zhuǎn)情況來(lái)看，基本達(dá)到了原定的設(shè)計(jì)要求，具有極好的參考及推廣價(jià)值。四、發(fā)明點(diǎn)或創(chuàng)新點(diǎn)詳細(xì)科學(xué)技術(shù)內(nèi)容：一、交岔點(diǎn)斜墻斜率設(shè)計(jì)在交岔點(diǎn)設(shè)計(jì)中，

6、通常是將基本軌起點(diǎn)作為斜墻的起始位置，事實(shí)上在某些情況下所取得的交岔點(diǎn)安全距離大大超出實(shí)際需求，并導(dǎo)致無(wú)效工程量變大，在本例中選取了一種以道岔分岔段與交岔點(diǎn)斜墻垂直距離為參照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定斜墻起點(diǎn)的方法。將道岔分岔段到斜墻的垂直間距設(shè)為c，c值的確定必須保證道岔前后及曲線段到斜墻有足夠的安全間隙以保證行人運(yùn)輸?shù)囊?，并要依?jù)巷道轉(zhuǎn)彎時(shí)的巷道加寬值、該側(cè)人行道寬度、所運(yùn)行礦車的寬度等依據(jù)進(jìn)行適當(dāng)選取。將道岔分岔段b向外垂直平移一段距離c，該線記為QA線，該平行線與原交岔點(diǎn)主巷的一幫有一個(gè)交點(diǎn)Q，即可作為交岔點(diǎn)斜墻的起點(diǎn)。根據(jù)平面幾何關(guān)系，可求得該類型交岔點(diǎn)各主要參數(shù)公式如下：； （1）； （2）；

7、（3）； （4）； （5）； （6）；（7）； （8） （9） ； （10）式中： 轍岔角（°）；彎道半徑；、交岔點(diǎn)主巷1、支巷2、支巷3的凈寬；、交岔點(diǎn)主巷1、支巷2、支巷3軌道中心線至柱墩一側(cè)邊墻距離；支巷對(duì)主巷的轉(zhuǎn)角；圖1 斜墻斜率變更后交岔點(diǎn)各主要參數(shù)尺寸標(biāo)記平面圖二、交岔點(diǎn)平面參數(shù)優(yōu)化在本工程中，該交岔點(diǎn)各部分巷道斷面均為直墻半圓拱形，其中交岔點(diǎn)主巷斷面規(guī)格為：凈寬B1B23.6m，凈高3.3m，內(nèi)有兩趟軌道，軌道中心距為1.25m，主巷在交岔點(diǎn)前后的斷面規(guī)格一致；交岔點(diǎn)分岔支巷凈寬B34.3m，凈高3.95m；軌道中心線至柱墩一側(cè)邊墻的距離：主巷為b1b21.1m，分岔支

8、巷為b33.05m；交岔點(diǎn)主、支巷均設(shè)計(jì)有水溝，支巷對(duì)主巷轉(zhuǎn)角30°；交岔點(diǎn)處軌道彎道轉(zhuǎn)彎半徑為R12m，所用軌道軌型均為30kg/m、軌距600mm的標(biāo)準(zhǔn)礦用窄軌，交岔點(diǎn)軌道分岔處選用標(biāo)準(zhǔn)ZDK630/4/12單開道岔（右開），該道岔各項(xiàng)參數(shù)如下：表1 ZDK630/4/12單開道岔各項(xiàng)參數(shù)一覽表道岔型號(hào)道岔名稱轍叉角主要尺寸（mm）質(zhì)量（kg）允許行駛機(jī)車車輛允許行駛速度（m/s）abLZDK630/4/12單開道岔14°0210”36603640730015623t礦車14t機(jī)車3.53.5根據(jù)斷面驗(yàn)算，取道岔分岔端與交叉點(diǎn)斜墻垂直距離c1600mm比較合適，再根據(jù)上

9、述公式及原始條件，可得計(jì)算結(jié)果如下：J4281mm；H12625mm；NT3824mm；NM2150mm；TM8114mm；Y1463mm；L111846mm；L213996mm；L15996mm；故而求得交岔點(diǎn)斜墻斜率為i0.357。根據(jù)以上原始數(shù)據(jù)，以交岔點(diǎn)支巷分岔軌道平移線與主巷巷幫相交點(diǎn)為交叉點(diǎn)斜墻起點(diǎn)，將各巷道寬度、軌道位置及道岔、曲線軌道規(guī)格作為設(shè)計(jì)依據(jù)，可通過(guò)以上計(jì)算結(jié)果或精確作圖得出該交岔點(diǎn)設(shè)計(jì)平面圖如下：?jiǎn)挝唬╩m）圖2 爐峪口9#煤層軌道暗斜井1號(hào)交岔點(diǎn)設(shè)計(jì)平面圖從此設(shè)計(jì)圖可知，該交岔點(diǎn)設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度（從基本軌起點(diǎn)Q到柱墩M點(diǎn)再延長(zhǎng)2m）約為16.0mm（圖中QM段），最大凈斷

10、面面積積約為38.3m2，最大凈寬度為8.1m（圖中TM段），斜墻長(zhǎng)度（從巷道變斷面起至結(jié)束）共計(jì)11.8m（圖中QN段）。在以往的砌碹巷道施工時(shí)，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，便于碹胎通用，交岔點(diǎn)斜墻斜率通常選用固定斜率（0.2、0.25、0.3等），這樣往往造成交岔點(diǎn)長(zhǎng)度增大，以及人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)2。本工程由于采用錨噴支護(hù)，工藝簡(jiǎn)單，巷道成型容易，施工成本較低，不再使用固定斜率，可直接從支巷分岔軌道平移線與主巷巷幫相交點(diǎn)開始進(jìn)行斷面擴(kuò)大直至斜墻終點(diǎn)，共計(jì)11.8m，交岔點(diǎn)總長(zhǎng)度為16.0m，而斷面寬度增大量為4.2m，按照本設(shè)計(jì)，斜墻TQ的斜率應(yīng)為i0.357；此處如若采用斜墻固定斜率0.3，則交岔點(diǎn)

11、總長(zhǎng)度為18.2m，,增加約2.2m，開挖工程量增加約57.3m3；如采用常用的已基本起軌點(diǎn)作為交岔點(diǎn)起點(diǎn)，交岔點(diǎn)長(zhǎng)度為17.5m，增加約1.5m，開挖工程量增加約37.4m3。交岔點(diǎn)斜墻在施工時(shí)每往前掘進(jìn)1m，需向分岔巷道側(cè)擴(kuò)寬357mm，每一段均需施工成半圓拱形，以滿足巷道穩(wěn)定性及設(shè)計(jì)要求。三、交岔點(diǎn)墻高的確定交岔點(diǎn)中間斷面拱高的確定方法可由寬度的變化推導(dǎo)出，然而，由于各中間斷面的拱高將隨巷道寬度的遞增而升高。為了提高斷面利用率，減少掘、支工程量，在滿足安全、生產(chǎn)與技術(shù)需求的條件下，可將中間斷面的墻高相應(yīng)遞減，使巷道全高的增加幅度不致過(guò)大，但應(yīng)保證運(yùn)輸設(shè)備、行人及管線裝設(shè)應(yīng)有的安全間隙和距

12、離。設(shè)變斷面部分起點(diǎn)處的墻高為,降低后的最低處墻高為，則墻高降低的斜率 為3： （11）式中：交岔點(diǎn)變斷面起點(diǎn)處的巷道墻高；交岔點(diǎn)變斷面終點(diǎn)處的巷道墻高；交岔點(diǎn)擴(kuò)大斷面的巷道長(zhǎng)度；其中交岔點(diǎn)變斷面終點(diǎn)處的巷道墻高與分岔后兩巷的墻高的差值應(yīng)控制在200500mm，如果過(guò)大，對(duì)碹體施工和安全都不理想；過(guò)小，則降低墻高的意義不大。本交岔點(diǎn)施工時(shí)主巷分岔前后墻高均為1.5m、分岔巷道墻高1.8m，此處取交岔點(diǎn)變斷面終點(diǎn)處墻高為1.3mm較為合適，既能夠滿足使用要求，又能保證過(guò)渡自然，型式規(guī)整，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其墻高降低的斜率計(jì)算為：0.014，施工時(shí)交岔點(diǎn)每向前掘進(jìn)1m，墻高需降低14mm，采用此項(xiàng)調(diào)整可使

13、交岔點(diǎn)最大凈斷面積縮小為36.4m2，巷道總開挖工程量減少約11.7m3，墻高的變化情況如下圖所示：?jiǎn)挝唬╩m）圖3 爐峪口煤礦9#煤層軌道暗斜井1號(hào)交岔點(diǎn)拱高降低示意圖通過(guò)以上設(shè)計(jì)及改進(jìn)，尤其是對(duì)巷道寬度及高度增大率的控制，有效減少了該交岔點(diǎn)的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度及施工工程量。五、取得的效益或預(yù)期取得的效果在9#煤層暗斜井1號(hào)交岔點(diǎn)的設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，通過(guò)斜墻斜率和拱高等參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整，在滿足安全及規(guī)范要求的情況下盡可能地減少了工程量，與原設(shè)計(jì)相比，共計(jì)縮短交岔點(diǎn)工程長(zhǎng)度約2m，工程開挖量減少約50m3，同時(shí)也減少了相應(yīng)的支護(hù)工程量，節(jié)省資金約8.0萬(wàn)元（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，初步估計(jì)）。該工程根據(jù)本地段巖層情況，適時(shí)采用斷面利用率較高的錨網(wǎng)噴支護(hù)，最大限度地保證了交岔點(diǎn)大斷面施工的規(guī)整和其支護(hù)的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮機(jī)械施工設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，提高了掘進(jìn)施工的生產(chǎn)效率，縮短了施工工期，取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。六、推廣應(yīng)用情況或預(yù)期推廣情況此施工方法是在原有設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件進(jìn)行改進(jìn)，以能夠達(dá)到原有設(shè)計(jì)要求，滿足相關(guān)規(guī)定為前提，旨在減少工程量、降低施工難度的施工成本所做的一種改進(jìn)，該方法在以后或其他的類似的施工工程中均有很好的