井巷工程中巷道交岔点的设计与尺寸确定详解

井巷工程中巷道交岔点的设计与尺寸确定详解

井下巷道作为矿山开采中的重要通道，其结构复杂多样，特别是巷道交岔点的设计与施工，直接关系到矿井的运输效率、通风效果以及作业安全性。本文将深入探讨平巷交岔点的类型、支护方式、设计原理及其尺寸确定方法，旨在为井巷工程实践提供理论指导。

一、巷道交岔点概述

井下巷道相交或分岔形成的特殊部位，即为巷道交岔点。依据巷道的相对位置与走向，交岔点可细分为平巷交岔点、斜巷交岔点、立面交岔点及立体交岔点等。其中，平巷交岔点最为常见，本文以此为研究对象。交岔点的支护方式多样，包括砌碹、锚喷、棚式及料石墙配型钢梁等，具体选择取决于围岩条件、巷道功能及服务年限等因素。

二、巷道交岔点类型及特点

巷道交岔点按结构大致分为穿尖交岔点和柱墙式（牛鼻子）交岔点。穿尖交岔点适用于围岩坚硬且跨度较小的情况，其设计简洁，施工便捷，但承载力相对较弱。而柱墙式交岔点适用范围更广，结构复杂，尤其适合车场和主运输巷道，通过设置牛鼻子（碹垛）增强支护能力，适应不同线路布置和运输需求。

穿尖交岔点一般在围岩稳定坚硬，跨度小的巷道中使用，其最大宽度不大于5m, 巷道转 角大于45°。在交岔点的长度内，两巷道为自然相交，其相交部分保持各自的巷道断面。拱高 不是以两条巷道的最大跨度来决定的，而是以巷道自身的跨度来决定。因此，碹岔中间断面的 高度不超过两条相交巷道中宽巷的高度。由于拱高低、长度短、断面尺寸不渐变，从而使工程 量减少，施工时间缩短，通风阻力小，也使设计工作简化。在相同条件下，它比柱墙式交岔点 的拱部承载能力小，仅适用于围岩坚硬、稳定、跨度较小的巷道。

柱墙式交岔点应用广泛，适用于各类岩层和 各种规模的巷道，特别是在井下车场和主要运输 巷道中。柱墙式交岔点按照交岔点内线路数目、 运输方向及选用道岔类型不同，可归纳为三类：

(1)单开交岔点, 其中有单线单 开和双线单开交岔点。

(2)对称交岔点,有单线对称和 双线对称两种交岔点。

(3)分支交岔点, 有单侧分支和双侧分支两种交岔点。

上述三种类型，其共同点是从分岔起，断面 逐渐扩大，在最大断面(即两条分岔巷道的中 间)常常要砌筑碹垛(也叫牛鼻子),以增强支护能力；其不同点是单开交岔点和对称交岔点的轨道线路用道岔连接，但分支交岔点内侧没有 道岔，故确定平面尺寸的方法也不相同。

三、交岔点断面尺寸的确定

巷道交岔点的断面设计是一个综合考量运输、通风、安全与施工便利性的过程。断面尺寸不仅包括平面尺寸，还有中间尺寸，尤其是交岔点中间断面的宽度和高度会随巷道走向变化而变化。

1. 平面尺寸确定

平面尺寸的计算基于几何关系，以确保运输设备顺利通过、人员安全行走及通风顺畅。以单线单开交岔点为例，首先确定弯道曲线半径中心O的位置，进而求得交岔点角θ、从碹垛面到岔心的距离l₁、最大断面宽度TN、长度NM、跨度TM等关键尺寸。这些参数的计算需考虑道岔参数、巷道宽度、曲率半径等因素，并通过一系列公式精确计算得出。

1.1 几何计算法

交岔点平面尺寸需根据运输设备的规格尺寸、轨道数量、线路连接系统道岔类型、曲线加 宽要求、人行安全和通风要求，以及《安全规程》规定的有关安全间隙等条件来确定。常用的 三类六种交岔点形式的计算方法，都是按照几何关系推导。下面以单线单开交岔点尺寸计算 为例进行说明。

作图前先将交岔点处的轨道连线图绘出。已知数据有道岔参数，道岔分岔前的水平长度 a 、道岔分岔后的斜长b、道岔连接线的长度d 、道岔的辙岔角α,巷道断面宽度B₁ 、B₂ 、B₃, 线路中心线距碹垛一侧边墙的距离b₂ 、b₃, 弯道曲率半径R。交岔点的起点就是线路基本轨起 点；交岔点的终点就是从碹垛尖端A作垂线垂直于线路中心线所得的交点，再沿线路中心线方向延长2m 处。图中TN为交岔点最大断面宽度，TM 为交岔点最大断面跨度(计算支护 等)。图中QZ 断面为中间断面的起点，其尺寸大小就等于B₁ 断面。

下面按图来推算出其主要尺寸的计算式。

(1)确定弯道曲线半径中心O 的位置。只有先决定0的位置，然后才能以O 为圆心，以 R为半径画出曲线线路。0点的位置，距离道岔中心的横轴长度为D, 纵轴长度为H:

若D 为正值，则O 点在道岔中心右侧；若D 为负值，则位于左侧。

(2)求交岔点角θ(0C与 0A的夹角):

(3)从碹垛面到岔心的距离l₁:

(4)求交岔点最大断面处宽度。图中最大断面宽度 TN、 长 度 NM、 (2-4)、式(2-5)、式(2-6)计算：

(5)从碹垛面至基本轨起点的跨度L₁:

(6)求交岔点断面变化部分长度L₀ 。为了计算交岔点断面的变化，在NT 线上截取NP= B₁。作 出TPQ 三角形，得TQ 线之斜率如下：

根据所选定的斜率，便可求得L₀:

(7)交岔点扩大断面起点Q 至基本轨起点的距离：

上述计算的目的在于求得参数；L 、L₀ 、r 、TN 和 TM, 以便按设计进行施工。至于参数 H、D、θ、l₁、MN, 则是为求得上述参数服务的。

应当指出，式(2-9)中斜墙的斜率i, 在标准设计中常用固定斜率。当轨距为600mm 时 ， 斜率常取0.25或0.30;当轨距为900mm时，常取0.20或0.25。斜墙斜率一旦选定，斜墙起 点位置也随之确定。采用固定斜率的优点，在于交岔点内每米长度递增宽度一定，有利于砌碹 时碹骨的重复使用。但随着广泛使用喷锚支护交岔点，固定斜率也就没有必要。

除了采用固定斜率外，也可采用任意斜率，其方法有二：

(1)以基本轨为起点作为斜墙起点，斜墙的水平长度L₀为：

(2)以道岔尖轨尖端位置作为斜墙起点，即r=t(t 为道岔悬距)。这时斜墙的水平长度

最短，交岔点工程量最小，其值为：

1.2 作图法

设计时，除上述计算外，还可用作图法求交岔点平面尺寸；只要严格按比例作图，精度也 能满足施工要求。作图法的步骤如下：

(1)在图纸适当位置上画出主要巷道的轨道中心线，按所选择道岔型号的尺寸a 、b 、辙 岔角α、道岔延长线d 画出道岔，得0、1、2、3点。

(2)过道岔延长线终点3,作03的垂线，在其上截取一段长度，使其等于曲线半径R, 得 0点，0点即是圆心。

(3)过0点垂直于基本线路作OC线，以0为圆心，以R 为半径，自3点开始画弧，使其 与 0C 线的夹角等于巷道转角δ,得到曲线终点。

(4)按照已确定的断面尺寸 B₁、b₁ 、B₂、b₂ 、B₃、b₃做出巷道的轮廓线4—5、6—7、8—9 、10—11 、12—13。

(5)从6—7量垂直距离500mm, 作6—7的平行线，使其与12—13相交得A 点，从A点 作6—7的垂线与其相交得B 点 ，AB即为“牛鼻子”面。

(6)连接OA,与10—11线交于T, 则 T 即是断面扩大的终点。

(7)以4 — 5线为准，以i 为斜率，过T 点作直线交于4—5线的Q 点 ，Q 点即是断面扩大 的起点，QT 线即是斜墙。

(8)在图上量出所需要的各参数尺寸和角度，标注在图上。

2. 斜墙设计

斜墙设计涉及斜率i的选择，固定斜率在传统砌碹施工中较为普遍，便于重复使用碹骨，但随着喷锚支护技术的发展，斜率的选择更加灵活。可根据实际情况采取基本轨为起点或道岔尖轨尖端为起点的斜墙设计，以达到最小化工程量的目的。

四、中间断面尺寸的确定

中间断面的尺寸确定旨在为碹胎制作提供依据，涉及净宽度、拱高和墙高等关键参数。为简化施工，通常将中间断面简化为直线连接的喇叭状结构，根据斜率i计算各断面的净宽度。拱高与宽度成正比，随着宽度增加而升高，而墙高则可能随宽度的增加按一定斜率下降，以避免无用空间的产生。具体计算中，利用公式(2-13)、(2-14)、(2-15)及(2-16)等，可以详细推算出各中间断面的尺寸。

1.中间断面净宽度

在确定中间断面净宽度时，需作如下简化：将起点A 断面至终点T 断面在考虑了曲线巷道 的加宽要求后，连为直线AT, 使中间断面变成单侧或双侧逐渐扩大的喇叭状结构。这样可避 免将弯道部分碹墙做成曲线形，从而简化了施工。根据斜墙斜率i求出断面变化的长度L。,然 后从变化断面起点A 起，在L₀ 内每隔1.0m 作一个断面，终点TN 断面间隔不受1.0m 限制，剩 多少算多少。若将中间断面分为从1～n 个，则其净宽度B。按式(2- 13)确定：

2 中间断面拱高

随着中间断面宽度的逐渐增大，巷道断面宽度与拱高的相应比例关系不变，中间断面的拱高也逐渐增高。

对于半圆拱巷道交岔点，1～n 中间各断面的拱高按式(2-14)计算；对于圆弧拱和三心 拱巷道交岔点，1～n 中间各断面的拱高按式(2-15)计算：

3 中间断面墙高

设计巷道交岔点时，通常中间断面的墙高除满足生产要求外，尽量让墙高按一定斜率i降 低，使中间断面不致因断面加宽导致拱高加高后形成过大的无用空间。这不仅可以减少开拓工 程量，而且有利于安全施工。 一般墙高的降低值，按每米巷道下降的平均值(即斜率)△h计 算：

五、巷道交岔点主要尺寸的计算公式

巷道交岔点主要尺寸(见图2-8)的计算公式见表2-1。

六、结论与应用

综上所述，平巷交岔点的设计与施工是一个涉及多学科知识的复杂过程，需要综合考虑地质条件、运输需求、通风效率以及安全标准。通过精确计算和科学设计，不仅能提高巷道的使用效率，还能保障矿工的安全，降低施工成本。随着采矿技术和支护材料的不断进步，巷道交岔点的设计理念和方法也在不断更新，向着更加高效、安全、环保的方向发展。因此，持续探索和优化交岔点设计技术，对于推动矿产资源开发的现代化进程具有重要意义。