4第三章巷道掘进

第三章巷道掘进主要内容第一节井巷掘进与支护概述第二节巷道掘进第三节巷道支护第四节立井开凿概述第一节井巷掘进与支护概述岩石的分级井巷掘进是煤矿生产一项经常而重要的工作。不论开掘何种井巷，其主要工作都是破岩和支护。破岩和支护的主要对象是各种不同的岩石，其物理力学性质各异。因而，了解岩石的性质，对于合理的确定破岩方法和支护方式，选用适当的凿岩机械、爆破器材和掘进机械，以及正确确定工作定额，具有重要的意义。第一节井巷掘进与支护概述一般认为：岩块是从地壳岩层中切取出来的小块体；岩体是指地下工程周围较大范围内的自然地质体；岩石则是不分岩块和岩体的泛称。“坚固性系数f”：表示岩石破坏的难易程度。10RfR——岩石的单轴抗压强度级别坚固性程度岩石坚固性系数fI最坚固的岩石最坚固、最致密的石英岩及玄武岩，其它最坚固的岩石20II很坚固的岩石很坚固的花岗岩类：石英斑岩，很坚固的花岗岩，硅质片岩；坚固程度较I级岩石稍差的石英岩；最坚固的砂岩及石灰岩15III坚固的岩石致密的花岗岩及花岗岩类岩石，很坚固的砂岩及石灰岩，石英质矿脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石10IIIa坚固的岩石坚固的石灰岩，不坚固的花岗岩，坚固的砂岩，坚固的大理岩，白云岩，黄铁矿8IV相当坚固的岩石一般的砂岩，铁矿石6IVa相当坚固的岩石砂质页岩，泥质砂岩5V坚固性中等的岩石坚固的页岩，不坚固的砂岩及石灰岩，软的砾岩4Va坚固性中等的岩石各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩，3VI相当软的岩石软的页岩，很软的石灰岩，白垩，岩盐，石膏，冻土，无烟煤，普通泥灰岩，破碎的砂岩，胶结的卵石及粗沙砾，多石块的土2VIa相当软的岩石碎石土，破碎的页岩，结块的卵石及碎石，坚硬的烟煤，硬化的粘土1.5VII软岩致密的粘土，软的烟煤，坚固的表土层1.0VIIa软岩微砂质粘土，黄土，细砾石0.8VIII土质岩石腐植土，泥煤，微砂质粘土，湿砂0.6IX松散岩石砂，细砾，松土，采下的煤0.5X流沙状岩石流砂，沼泽土壤，包含水的黄土既包含水的土壤0.3第一节井巷掘进与支护概述围岩的分类：地下工程周围的岩石，习惯称围岩。考虑岩性特点、构造情况、断面尺寸可将岩层分为五类：稳定岩层、稳定性较好岩层、中等稳定岩层稳定性较差岩层、不稳定岩层断面的形状我国煤矿巷道常用的断面形状是梯形、矩形和直墙拱形（如半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形，简称拱形），只是在特定的岩层和围岩压力条件下才选用不规则的形状（半梯形）、圆形、椭圆形、封闭拱性等。巷道断面形状如图所示。巷道断面形状及尺寸巷道断面形状《煤矿安全规程》规定，巷道净断面，必须满足行人、运输、通风、安全设施、设备安装、检修和施工的需要。因此，巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途；存放和通过它的机械、器材或运输设备的数量和规格；人行道宽度与各种安全间隙以及通过巷道的风量等。巷道断面形状及尺寸断面的尺寸设计巷道断面尺寸时，应根据上述诸因素和有关规程、规范的规定，首先定出巷道的净断面尺寸，并进行风速验算；其次，根据支架参数，道床参数，计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许加大值（超挖值），计算出巷道的计算掘进断面尺寸；最后，按比例绘制包括水沟、墙角在内的巷道断面图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。巷道断面形状及尺寸巷道断面尺寸的确定方法和步骤如下：1.巷道净宽度；2.巷道净高度；3.巷道净断面；4.风速校核净断面；5.巷道设计掘进断面积。巷道断面形状及尺寸半圆拱形双轨巷道断面图生产矿井的巷道通常兼作通风用，因此还应按照《煤矿安全规程》等规定的允许最大风速进行验算，即式中：v——通过巷道风流的速度，m/s；Q——通过巷道的风量，m3/s；S——巷道的净断面积，m2；Vm——巷道允许通过的最高风速，m/s。巷道断面形状及尺寸mvSQv《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，输送机巷或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。设计出的巷道净断面积，不符合上述风速要求的，须加大断面尺寸。巷道断面形状及尺寸煤巷：沿煤层掘进的巷道，在掘进断面中煤层占4/5以上。半煤岩巷：煤层占1/5以上4/5以下。岩巷：掘金断面中岩层占4/5以上。巷道掘进主要工序：破岩、装岩、运输和支护辅助工序：通风、排水、测量、铺轨巷道施工概述第二节巷道掘进井巷施工首先要破碎岩石，常用的破岩方法有机械破岩和爆破破岩两种。机械破岩：掘进机破岩（岩石较软）爆破破岩：钻眼爆破（岩石较硬）钻眼爆破可分为两项主要工作：钻眼工作和爆破工作。钻眼（又称凿岩）机具按能源分，有电动、风动、液压、内燃四种。按破岩机理来分，有冲击式、旋转式两种。电钻用旋转式钻眼法破岩，用电力为动力。煤矿常用的有岩石电钻。爆破破岩风钻矿山一般常用的风钻有：手持式、气腿式、伸缩式和导轨式几种。全液压钻机液压凿岩机是以液压为动力的凿岩机，它和风动凿岩机一样，也由冲击机构、转钎机构及排粉系统等组成。YT-23型风钻外形爆破破岩掘进凿岩台车目前最广泛采用的掘进凿岩台车，台车行走机构有轨轮、履带及轮胎三种形式。国产台车目前以轨轮式为主。爆破破岩CGJ220.2型掘进凿岩台车钻眼工具凿岩机钎子：钎头的形状较多，但最常用的是一字形和十字形钎头。电钻钻具组合钎子活动钎头煤电钻钻具爆破破岩炸药：矿用安全炸药。硝铵类炸药、硝化甘油炸药起爆器材雷管、导爆索、发爆器。瞬发电雷管、秒延期电雷管、毫秒延期电雷管爆破破岩掏槽眼：首先爆炸的炮眼，其作用在于增加自由面。辅助眼：在掏槽眼的外围，除崩落岩石外，还能扩大所掏的槽，提高周边眼的爆破效果。周边眼：靠近巷道的周边，其作用在于使巷道获得一定的形状和规格。爆破破岩装岩：耙斗、铲斗、扒抓式装载机。掘进通风：抽出式、压入式、混合式局部通风机位置安装在巷道进风侧，距掘进巷道口不得小于10m，避免出现循环风，风筒末端距工作面的距离不得超过5m。爆破破岩123451、老顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层第二节巷道支护直接顶是采煤工作空间直接维护的对象，其稳定性将直接影响工作面安全及生产能力的发挥，而且直接影响支护形式和液压支架架型的选择。根据直接顶自身的稳定性，我国将直接顶分为四类。顶板分类•一类不稳定顶板：回采时若不及时支护，很容易发生局部冒顶，如裂隙发育的炭质页岩、泥岩、泥页岩等；•二类中等稳定顶板：虽然其受到裂隙的切割，但局部尚完整，其岩层的强度较大，如裂隙不发育的致密泥岩、粉砂岩、砂质页岩等；•三类稳定顶板：允许暴露的面积大，稳定性好，不易发生局部冒顶，如裂隙较少的砂岩、石灰岩等；•四类非常稳定顶板：即煤层上方直接赋存着坚硬难冒的基本顶，如厚层致密的砂岩、石灰岩、整体性强的砾岩等。各类直接顶的强度指数范围见表4-1。顶板分类顶板分类•基本顶是影响工作面顶板来压的主要因素，是确定支架支撑能力、可缩性能以及选择采空区处理方法的主要依据。根据我国煤矿多年来的实践和研究，将基本顶按来压显现的强烈程度分为四级：•Ⅰ级为来压不明显的顶板；•Ⅱ级为来压明显的顶板；•Ⅲ级为来压强烈的顶板；•Ⅳ级为来压非常强烈的顶板。顶板分类棚式支护金属支架钢筋混凝土支架石材整体式支架料石砌碹混凝土砌碹钢筋混凝土浇注锚喷网联合支护锚网支护锚喷支护锚喷网支护巷道支护类型金属支架承载能力大，可多次复用，储运方便，安装容易及迅速等优点。巷道支护及其材料料石砌碹巷道支护及其材料锚杆支护1.金属锚杆2.砂浆锚杆3.树脂锚杆4.水泥锚杆5.木锚杆6.玻璃钢锚杆巷道支护及其材料锚杆支护作用原理挤压加固作用悬吊作用组合梁作用巷道支护及其材料喷射混凝土支护喷射混凝土支护是用喷射机将混凝土混合物喷射在岩石表面上硬化而成的一种支护。先将砂、石过筛，按配合比和水泥一同送入搅拌机内搅拌，然后用矿车将拌合料运送至工作面，经上料机装入以压缩空气为动力的喷射机，再经输料管吹送到喷头处与水混合后喷射在岩面上。巷道支护及其材料锚喷支护锚杆和喷射混凝土虽各有优点，但也都有不足之处。锚喷联合支护，恰能做到使二者取长补短，互为补充，是一种性能更好的支护形式。锚杆与其穿过的岩体形成承载加固拱，喷射混凝土的作用则在于封闭围岩，防止风化剥落，和围岩结合在一起，对锚杆间的表面岩石起支护作用。巷道支护及其材料锚杆+锚索+喷浆+网联合支护锚杆—顶板下部岩层锚索—顶板上部岩层喷浆—防止风化剥落网—提高混凝土整体性巷道支护及其材料第四节立井施工一、概述立井多为圆形断面，也有椭圆断面，分为井颈、井身和井窝。井颈位于表土层，井壁需加厚支护；井身为立井的主体；井窝为提升容器和淋水提供场所。二、立井施工一架（井架）、两台（天轮平台、卸矸平台）、三盘（封口盘、固定盘和吊盘）。第四节立井施工三、施工工序及作业方式主要工序：破岩、装岩、运岩和支护。辅助工序：通风、排水、测量。破岩仍主要采用爆破法，装岩采用抓岩机，运岩采用吊桶。支护方式：料石砌碹、混凝土浇注和锚喷。当遇流沙层或含水层时采用特殊凿井法：冻结法、沉井法、注浆法等。