煤矿掘进作业应知应会

煤矿掘进基础知识讲座目录第一节概念第二节巷道断面第三节巷道支护方式第四节锚杆的类型、结构及适用条件第五节锚固剂第六节锚索、托梁、托板、网第七节锚杆孔的施工及锚杆安装第八节施工工艺第九节炮眼布置第十节质量标准化附：掘进应知应会题库第一节概念岩巷：当岩层占掘进工作面4/5以上时（包括4/5），即称为岩巷煤巷：沿煤层方向掘进时，当煤层占掘进工作面4/5以上时（包括4/5），即称为煤巷半煤巷：沿煤层方向掘进时，当煤层占掘进工作面1/5~4/5时，即称为半煤巷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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第二节巷道断面煤矿巷道类型巷道断面形状三类九种巷道断面形状影响巷道断面选择的因素（1）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。（2）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。（3）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；（4）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。（5）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。当巷道围岩比较稳定，矿山压力不大，服务年限不长时，一般宜选用矿用工字钢支架、锚杆或钢筋混凝土支架进行支护，其断面形状一般为梯形或矩形。如采区内的准备巷道和回采巷道。通常经验当巷道围岩不太稳定，矿山压力较大，且服务年限较长时，一般宜采用锚喷、混凝土砌碹、料石砌碹或U型钢可缩性支架进行支护，断面形状一般为拱形、圆形或椭圆形。如井底车场巷道、主要运输大巷、回风大巷或服务年限较长的准备巷道。通常经验巷道断面尺寸《煤矿安全规程》规定：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、检修和施工的需要。巷道断面尺寸主要取决于：1.巷道用途；2.存放或通过它的机械、器材或运输设备的数量及规格；3.人行道宽度和各种安全间隙；4.通过巷道的风量。第三节巷道支护方式一、木支护１、了解木支护的主要结构２、了解木支护的主要特点–重量轻、加工容易、架设方便–强度低、不耐火、易腐朽、服务年限短、不可回收、浪费木材木支护二、金属支架支护１、梯形金属支架主要结构同木支护注意梁和棚腿的链接特点：支护能力比木支护强、可复用、不可收缩、易弯曲、易锈蚀、初期投资大二、金属支架支护２、拱形可伸缩金属支架主要使用钢材：Ｕ型钢链接部件为标准件特点：支护能力比梯形钢强、可复用、可收缩、不易弯曲、初期投资大。金属支架三、锚杆支护锚杆：是一种安设在巷道围岩体内部的杆状锚栓体系。采用锚杆支护巷道，就是巷道掘进后向围岩中钻锚杆眼，然后将锚杆安设在锚杆眼内，对巷道围岩予以人工加固，以维护巷道的稳定锚网、锚索支护、联合之后。锚杆支护的优缺点锚杆支护的优点１、支护强度高、适应性好２、工人劳动强度低３、支护成本低４、巷道维护费用低５、支护速度快６、对回采的影响少锚杆支护的缺点１、设计技术、工程质量要求较高２、炮掘后巷道断面质量对其影响大３、部分特殊类型岩体不能使用锚杆支护的主要形式锚杆喷射混凝土支护（简称锚喷支护）；锚杆、金属网、喷射混凝土支护（简称锚网喷支护）；锚杆、金属网、钢架、喷射混凝土支护（简称锚网喷架支护）；锚杆、喷射混凝和锚索联合支护（简称锚喷索支护）；锚杆、金属网和锚索联合支护（简称锚网索支护）；锚杆、梁、金属网联合支护（简称锚梁网支护）；锚杆、金属网、可缩性金属支架联合支护（简称锚网架支护）；锚杆、金属网、桁架支护（简称锚网桁支护）；锚、梁、网、喷、注浆联合支护；锚杆支护作用原理一、悬吊作用二、组合梁三、加固拱四、减跨作用五、围岩补强作用第四节锚杆的类型、结构及适用条件１、木锚杆、竹锚杆、玻璃钢锚杆、金属锚杆２、砂浆锚杆、契缝锚杆、硬水泥锚杆、树脂锚杆。３、一次性锚杆、复用锚杆、钻装一体锚杆。１、木锚杆普通木锚杆设计锚固力10KN左右，锚杆孔底充填砂浆，锚固力可达20KN左右。锚杆杆体和楔子应用杂木，垫板可用普通木材。使用前锚杆应作防腐处理。如果不作防腐处理，使用寿命仅1年左右；如果进行防腐处理，配合喷浆可使用于服务年限3～5年的采区巷道。木锚杆可以广泛应用于采准巷道，也可用于煤层极易破碎的采煤工作面，可防止煤壁过早地塌落，而不影响采煤机截割，对安全生产很有帮助。锚杆的类型２、竹锚杆竹锚杆包括竹片锚杆和百夹竹锚杆。竹片锚杆是4根厚8～10mm、宽30～38mm的竹片，用22号铅丝箍成圆形杆体，箍间距300～400mm，两端至铁箍距离稍大于楔子长度。楔子与垫板均用木材制作，要求同普通木锚杆。竹片锚杆锚固力不够稳定，锚固力略低于普通木锚杆。使用前应作防腐处理。配方1：竹材在％1明矾水加2％醋酸混合溶液内浸泡20h后取出阴干；配方2：竹材在0.5％氟化钠加1$磷酸铵混合溶液内浸泡48h后取出阴干锚杆的类型百夹竹锚杆是用Ø20～Ø25百夹竹，截取所需长度（1500mm左右），对称破开，经防腐处理后在竹芯中灌以1：2的水泥砂浆；杆体两端留下木楔长度，用铅丝捆扎一道，加上铸铁垫板，两端插入用硬木加工的圆锥形木楔。锚固力可达20KN。竹锚杆的使用范围与普通木锚杆相同。在盛产竹材的地区充分利用当地资源，以竹代木，可大大降低成本。锚杆的类型３、砂浆锚杆４、契缝锚杆锚杆的类型５树脂锚杆树脂锚杆是以合成树脂为粘结剂。在固化剂和加速剂的作用下，将错杆体与孔壁岩石粘结成一个坚固整体的一种新型锚杆。树脂锚杆由杆体、垫板、螺帽和树脂药包组成。当前我国使用的树脂锚杆以金属杆体和木杆体为主，常用的金属杆体是用直径16～18mm的普通圆钢加工而成，杆体长1.5～1.8m，插入孔底的一端做成反麻花状，为防止安装搅拌时树脂外流和保证锚固长度，在距杆体顶端220mm处的麻花尾部处，焊上一个直径38mm的挡圈。杆体的外露端与其它金属锚杆一样也车成螺纹，并用垫板和螺帽紧固。锚杆的类型树脂锚杆的抗拉、抗弯、抗压强度都此较大，抗震性能好；它的胶凝固化速率很快能在几分钟到几小时内获得很高的初锚力，可以迅速有效地控制围岩，因此，它可用于各种不同的岩层和各种不同地质条件的巷道。近年来树脂锚杆发展迅速，已在许多矿山和她下工程中应用。。锚杆的类型自钻锚杆自钻锚杆锚杆的类型玻璃钢锚杆锚杆的类型１、树脂锚固剂２、水泥锚固剂第五节锚固剂树脂锚固剂树脂锚固剂抗压强度一般不小于60MPa，药卷长度在300～900mm之间具各种不同规格，为低粘度，以便杆体能很容易地穿过树脂。快速凝固树脂锚固剂搅拌时间10～15s，等待时间10～15s。中速凝固树脂锚固剂搅拌时间15～30s，等待时间10～15s。慢速凝固树脂锚固剂搅拌时间15～30s，等待时间60～120s。锚固剂树脂药包树脂药包由内包装（玻璃小管Ø8～Ø12mm和外药卷组成。内包装有固化剂和少量填料，外药包为聚乙烯薄膜塑料袋，内装不饱和聚脂树脂、速凝剂和填料（瓷粉或石英粉）。Z3537、Z3539型树脂药包适用于Ø42±2的钻孔，规格分别为Ø35mm×370mm、Ø35mm×300mm。Z2835、Z2850型树脂药包适用于Ø32±2的钻孔，规格分别为Ø28mm×350mm、Ø28mm×500mm。Z2335型树脂药包适用于Ø28±2的钻孔，规格分别为Ø23mm×350mm。锚固剂树脂锚固剂锚固剂水泥锚固剂水泥锚固剂有两种类型，一是选用专用水泥，装入长纤维滤水纸袋中的锚固剂，另一种是采用一般水泥，添加外加剂制成。在环境温度20±3℃、拌和水温20±2℃、相对湿度60％～70％、水灰比0.3条件下，水泥锚固剂凝结时间：端锚时初凝＜3min，终凝＜7min；全锚时初凝4～7min，终凝8～11min。如在相同环境温度、拌和水温、水灰比条件下，相对湿度＞50％时，0.5h时水泥锚固剂抗压强度为：端锚时11MPa，全锚时8MPa；1h时水泥锚固剂抗压强度为：端锚时16MPa，全锚时14MPa。锚固剂树脂锚固剂和水泥锚固剂的对比树脂锚固剂比水泥锚固剂凝结速度快，提供承载能力时间短，因而对安全生产有利。树脂锚固剂比水泥锚固剂的锚固力大，因而锚杆支护更加可靠。树脂锚固剂施工质量不受人力影响，安装时，只要是采用机械搅拌，搅拌时间符合规定，锚杆的安装质量是可靠的。而水泥锚固剂的浸水时间难以准确控制，因此水泥锚杆的安装质量不易保证。树脂锚固剂的价格比水泥锚固价格高许多。从上比较可以看出，树脂锚固剂优于水泥锚固剂，在软岩巷道锚杆支护施工中，应优先选用树脂锚固剂。2.3托板锚固剂对比由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端（锚杆）锚固在坚硬的岩层中（称内锚头），然后在另一个自由端（称外锚头）进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固，这种方法称预应力锚索。在长度和杆体结构上与锚杆区别第六节锚索、托梁、托板、网锚索托梁是锚杆支护的关键构件，它将单根锚杆连接起来组成一整体承载结构，可显著提高锚杆支护的整体效果。目前煤矿上常用的托梁有钢板梁、钢筋梁和W型钢带3种。托梁W钢带四川矿山安全技术培训中心托梁托板也称垫板或托盘。是锚杆支护系统中的一个重要部件，它的力学性能直接影响整个锚杆的支护效果。选择托板的原则是使托板的承载能力与锚杆杆体的承载能力相匹配。木托板–用于木锚杆和竹锚杆，规格一般为400mm×200mm×50mm，可用普通木材制作。铸铁托板–Ø150mm，厚10～15mm。钢板托板–由钢板切割而成，规格为150～200mm×150mm×200mm，厚10～10mm。托板托板网的作用（1）维护锚杆间比较破碎的岩石，防止岩块的掉落。（2）提高锚杆支护的整体效果，抵抗锚杆间破碎岩块的碎胀压力，提高支护对围岩的支撑能力。（3）在喷射混凝土内可提高混凝土的柔性，防止喷射混凝土开裂掉块。网网的种类（1）按网格形状可分为经纬网和菱形网(a—经纬网；b—菱形网)（2）按制作工艺分为焊接网和编织网。（3）按材料分为铁丝网、钢筋网与塑料网。网第七节锚杆孔的施工及锚杆安装顶板锚杆孔应由外向掘进工作面逐排顺序施工，每排锚杆孔宜由中间向两帮顺序施工。顶锚杆按照逐排由外向迎头的顺序施工，可以为了保障职工的施工安全，有效的维护顶板。每排内锚杆由中间向两帮顺序施工，可以对巷道中部变化较快的部位及时得到支护，同时避免由于钢带锚杆孔位置的积累误差导致锚杆安装的失败。同时实施快速安装工艺钻孔、搅拌、安装，应尽可能减少顶板空锚时间。现场应杜绝采用一次性将所有钻孔打好，再一次性安装锚杆的方法施工。锚杆安装锚杆安装应优先采用快速安装工艺。1、使用销钉式力矩螺母或尼龙衬垫力矩螺母，利用锚杆机扭矩将销钉切断并上紧螺母，实现锚、安一体化。2、实施过程：先打一个锚杆眼→铺网→上钢带→上托盘→装锚固剂→搅拌(锚固剂初凝)→上紧螺母→对准锚带控制孔打下一个锚杆眼→装锚固剂→搅拌(锚固剂初凝)→上紧螺母。3、根据测算使用快速安装螺母比使用普通螺母施工效率可提高1/3上，缩短了掘进循环时间，加快了施工速度，效益显著。当使用两种胶凝速度的树脂药卷时，应将胶凝速度快的放在前面，胶凝速度慢的放在后面。尽量使得两种不同型号的树脂药卷的搅拌安装时间取较长的一种。每个锚杆眼中不得应用两卷及以上的双速药卷。锚杆安装过程中应严格按树脂药卷说明书上规定的搅拌、等待时间等安装方法操作，向眼孔中送树脂药卷时，应轻轻将药卷试送到孔中。应将树脂药卷缓慢匀速地推到眼底后，方可转动机械边旋转边匀速上推。锚杆安装第八节施工工艺1、炮掘掘进工艺2、机掘掘进工艺3、锚喷工艺4、锚网工艺5、架棚工艺6、双重支护工艺1、工艺流程：检查、找掉→二次紧固、补帮锚杆→打眼、放炮→临时支护→按照中、腰线架设永久支护→出矸→循环掘进。2、工艺要求：先对迎头进行检查，将活岩危矸进行及时找掉，再对巷道的锚杆进行二次紧固及补帮锚杆，然后根据掘进正头煤岩情况，采用合适的打眼机具按照掘进巷道断面要求，标注眼位，进行打眼作业，然后按照爆破图表的有