采煤概論 巷道掘進(jìn)課件

1、第三章巷道掘進(jìn)主要內(nèi)容第一節(jié) 井巷掘進(jìn)與支護(hù)概述第二節(jié) 巷道掘進(jìn)第三節(jié) 巷道支護(hù)第四節(jié) 立井開鑿概述第一節(jié) 井巷掘進(jìn)與支護(hù)概述巖石的分級 井巷掘進(jìn)是煤礦生產(chǎn)一項經(jīng)常而重要的工作。不論開掘何種井巷，其主要工作都是破巖和支護(hù)。破巖和支護(hù)的主要對象是各種不同的巖石，其物理力學(xué)性質(zhì)各異。因而，了解巖石的性質(zhì)，對于合理的確定破巖方法和支護(hù)方式，選用適當(dāng)?shù)蔫弾r機械、爆破器材和掘進(jìn)機械，以及正確確定工作定額，具有重要的意義。第一節(jié) 井巷掘進(jìn)與支護(hù)概述圍巖的分類： 地下工程周圍的巖石，習(xí)慣稱圍巖。 考慮巖性特點、構(gòu)造情況、斷面尺寸可將巖層分為五類： 穩(wěn)定巖層、穩(wěn)定性較好巖層、中等穩(wěn)定巖層 穩(wěn)定性較差巖層、不穩(wěn)

2、定巖層斷面的形狀我國煤礦巷道常用的斷面形狀是梯形、矩形和直墻拱形（如半圓拱形、圓弧拱形、三心拱形，簡稱拱形），只是在特定的巖層和圍巖壓力條件下才選用不規(guī)則的形狀（半梯形）、圓形、橢圓形、封閉拱性等。巷道斷面形狀如圖所示。巷道斷面形狀及尺寸巷道斷面形狀煤礦安全規(guī)程規(guī)定，巷道凈斷面，必須滿足行人、運輸、通風(fēng)、安全設(shè)施、設(shè)備安裝、檢修和施工的需要。 因此，巷道斷面尺寸主要取決于巷道的用途；存放和通過它的機械、器材或運輸設(shè)備的數(shù)量和規(guī)格；人行道寬度與各種安全間隙以及通過巷道的風(fēng)量等。巷道斷面形狀及尺寸巷道斷面尺寸的確定方法和步驟如下：1.巷道凈寬度；2.巷道凈高度；3.巷道凈斷面；4.風(fēng)速校核凈斷面；

3、5.巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面積。巷道斷面形狀及尺寸半圓拱形雙軌巷道斷面尺寸計算圖生產(chǎn)礦井的巷道通常兼作通風(fēng)用，因此還應(yīng)按照煤礦安全規(guī)程等規(guī)定的允許最大風(fēng)速進(jìn)行驗算，即式中：v通過巷道風(fēng)流的速度，m/s；Q通過巷道的風(fēng)量，m3/s；S巷道的凈斷面積，m2；Vm巷道允許通過的最高風(fēng)速，m/s。巷道斷面形狀及尺寸煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范規(guī)定：礦井主要進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)速一般不大于6m/s，輸送機巷或采區(qū)風(fēng)巷一般不大于4m/s。設(shè)計時，應(yīng)在不違反煤礦安全規(guī)程的原則下，按規(guī)范要求確定巷道斷面，以留有余地。 設(shè)計出的巷道凈斷面積，不符合上述風(fēng)速要求的，須加大斷面尺寸。巷道斷面形狀及尺寸煤巷：沿煤層掘進(jìn)的巷道，在掘進(jìn)斷面中煤層占4

4、/5以上。半煤巖巷：煤層占1/5以上4/5以下。巖巷：掘金斷面中巖層占4/5以上。巷道掘進(jìn)主要工序： 破巖、裝巖、運輸和支護(hù)輔助工序：通風(fēng)、排水、測量、鋪軌巷道施工概述 第二節(jié) 巷道掘進(jìn)井巷施工首先要破碎巖石，常用的破巖方法有機械破巖和爆破破巖兩種。機械破巖：掘進(jìn)機破巖（巖石較軟）爆破破巖：鉆眼爆破（巖石較硬）鉆眼爆破可分為兩項主要工作：鉆眼工作和爆破工作。風(fēng)鉆礦山一般常用的風(fēng)鉆有：手持式、氣腿式、伸縮式和導(dǎo)軌式幾種。 全液壓鉆機液壓鑿巖機是以液壓為動力的鑿巖機，它和風(fēng)動鑿巖機一樣，也由沖擊機構(gòu)、轉(zhuǎn)釬機構(gòu)及排粉系統(tǒng)等組成。YT-23型風(fēng)鉆外形 爆破破巖掘進(jìn)鑿巖臺車目前最廣泛采用的掘進(jìn)鑿巖臺車，

5、臺車行走機構(gòu)有軌輪、履帶及輪胎三種形式。國產(chǎn)臺車目前以軌輪式為主 。爆破破巖CGJ220.2型掘進(jìn)鑿巖臺車 炸藥：礦用安全炸藥。硝銨類炸藥、硝化甘油炸藥 起爆器材雷管、導(dǎo)爆索、發(fā)爆器。瞬發(fā)電雷管、秒延期電雷管、毫秒延期電雷管爆破破巖掏槽眼：首先爆炸的炮眼，其作用在于增加自由面。 輔助眼：在掏槽眼的外圍，除崩落巖石外，還能擴大所掏的槽，提高周邊眼的爆破效果。周邊眼：靠近巷道的周邊，其作用在于使巷道獲得一定的形狀和規(guī)格。炮采工作面常用的炮眼布置圖 爆破破巖 鉆眼（又稱鑿巖）機具按能源分，有電動、風(fēng)動、液壓、內(nèi)燃四種。 按破巖機理來分，有沖擊式、旋轉(zhuǎn)式兩種。 電鉆 用旋轉(zhuǎn)式鉆眼法破巖 ，用電力為動力

6、。 煤礦常用的有煤電鉆和巖石電鉆。 機械破巖炸藥：礦用安全炸藥。硝銨類炸藥、硝化甘油炸藥 起爆器材雷管、導(dǎo)爆索、發(fā)爆器。瞬發(fā)電雷管、秒延期電雷管、毫秒延期電雷管機械破巖直接頂是采煤工作空間直接維護(hù)的對象，其穩(wěn)定性將直接影響工作面安全及生產(chǎn)能力的發(fā)揮，而且直接影響支護(hù)形式和液壓支架架型的選擇。根據(jù)直接頂自身的穩(wěn)定性，我國將直接頂分為四類。頂板分類一類不穩(wěn)定頂板，回采時若不及時支護(hù)，很容易發(fā)生局部冒頂，如裂隙發(fā)育的炭質(zhì)頁巖、泥巖、泥頁巖等；二類中等穩(wěn)定頂板，雖然其受到裂隙的切割，但局部尚完整，其巖層的強度較大，如裂隙不發(fā)育的致密泥巖、粉砂巖、砂質(zhì)頁巖等；三類穩(wěn)定頂板，允許暴露的面積大，穩(wěn)定性好，不

7、易發(fā)生局部冒頂，如裂隙較少的砂巖、石灰?guī)r等；四類非常穩(wěn)定頂板，即煤層上方直接賦存著堅硬難冒的基本頂，如厚層致密的砂巖、石灰?guī)r、整體性強的礫巖等。各類直接頂?shù)膹姸戎笖?shù)范圍見表4-1。頂板分類頂板分類基本頂是影響工作面頂板來壓的主要因素，是確定支架支撐能力、可縮性能以及選擇采空區(qū)處理方法的主要依據(jù)。根據(jù)我國煤礦多年來的實踐和研究，將基本頂按來壓顯現(xiàn)的強烈程度分為四級：級為來壓不明顯的頂板；級為來壓明顯的頂板；級為來壓強烈的頂板；級為來壓非常強烈的頂板。頂板分類地下巖體在開挖以前，由于自重和構(gòu)造所引起的應(yīng)力是處于平衡狀態(tài)。當(dāng)開掘巷道或進(jìn)行回采工作時，破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，就會引起巖體內(nèi)部應(yīng)力的重

8、新分布。表現(xiàn)為巷硐周圍煤、巖體產(chǎn)生移動、變形甚至破壞，直到煤、巖體內(nèi)部形成一個新的應(yīng)力平衡狀態(tài)為止。礦壓知識礦壓知識在此過程中，巷道本身或安設(shè)在其中的支護(hù)物會受到各種力的作用。這種由于在地下煤巖中進(jìn)行采掘活動而在井巷、硐室及回采工作面周圍煤、巖體中和其中的支護(hù)物上所引起的力，就叫做“礦山壓力”。礦壓知識礦山壓力：由于采掘引起的巷道及工作面周圍巖體內(nèi)的力及其作用過程。礦壓顯現(xiàn)：在礦山壓力作用下，產(chǎn)生的一系列力學(xué)現(xiàn)象，如 頂板下沉、底板鼓起、煤壁片幫、冒頂、支架變形等。礦壓控制：所有人為的調(diào)節(jié)、改變和利用礦山壓力的各種技術(shù)措施 。對采掘空間的支護(hù)就是礦壓控制。礦壓知識支承壓力：在巖體內(nèi)開掘巷道后，

9、巷道頂板巖層失去了支撐，巷道上方巖體的重量 Q 通過巷道兩幫巖層來支撐與傳遞，因此在兩幫巖體中產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象，這種集中應(yīng)力稱為支承壓力。一般支承壓力為原始應(yīng)力的 2.5 一 5.0 倍。礦壓知識工作面前方支承壓力影響的范圍由工作面前方 1 3m 起直到 3040m ，甚至可深入煤體達(dá) l00m 以上。支承壓力的高峰值，距工作面煤壁約為 5 一15 m。支承壓力的存在是必須進(jìn)行超前支護(hù)的主要原因。礦壓知識回采工作面前后方支承壓力分布狀態(tài)a：應(yīng)力降低區(qū) b：應(yīng)力增高區(qū) c：應(yīng)力穩(wěn)定區(qū) (俗稱:橫三區(qū))煤層被開采后，頂板巖層失去了原有的支撐，將會產(chǎn)生下沉、變形、破壞與移動。長壁工作面在整個回采過

10、程中其頂板巖層的移動及礦壓顯現(xiàn)是不同的，重點可分為三個時期，即直接頂初次垮落、基本頂初次垮落和基本頂周期來壓。礦壓知識直接頂初次垮落采煤工作面自開切眼推進(jìn)一段距離后，直接頂懸露達(dá)到一定跨度就要對采空區(qū)頂板進(jìn)行初次放頂，使直接頂垮落下來，這一過程稱作直接頂?shù)某醮慰缏洹Ｖ苯禹敵醮慰迓涞目缇喾Q為初次垮落距。初次垮落距的大小取決于直接頂巖層的強度、分層厚度和直接頂內(nèi)節(jié)理裂隙的發(fā)育程度等，一般為6-12m。礦壓知識礦壓知識基本頂初次垮落前巖層結(jié)構(gòu) 隨直接頂初次垮落，基本頂在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)懸露狀態(tài)，通常將其視為一端由采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承的兩端支撐的“梁結(jié)構(gòu)” ?；卷敵醮慰迓渑c初次來壓 隨采

11、煤面繼續(xù)推進(jìn)，基本頂懸露跨度逐漸增大，產(chǎn)生彎曲，達(dá)到一定跨度時，發(fā)生垮落。老頂?shù)谝淮慰迓浞Q為老頂?shù)某醮慰迓?。礦壓知識礦壓知識基本頂周期垮落基本頂初次垮落后，隨著采煤工作面繼續(xù)推進(jìn)，工作面上方的基本頂巖層由“兩端固定梁”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤皯冶哿骸睜顟B(tài)。隨著工作面前移，基本頂周期性斷裂垮落。礦壓知識基本頂周期來壓初次來壓以后，基本頂由原來的雙支撐狀態(tài)變成一頭支撐在煤體上的懸臂梁，當(dāng)工作面繼續(xù)向前推進(jìn)一定距離后，基本頂懸臂梁達(dá)到一定長度，在它本身自重及上覆巖層的作用下，又會發(fā)生斷裂與垮落。在這種情況下，這段基本頂巖塊的一端主要由工作面支架來支撐，另一端就落在采空區(qū)的巖塊堆上，使工作面出現(xiàn)普遍來壓現(xiàn)象。由于

12、這種垮落和來壓現(xiàn)象，是隨著工作面不斷推進(jìn)而周期性發(fā)生的，所以就叫周期來壓。礦壓知識回采工作面上覆巖層移動規(guī)律根據(jù)巖層移動特征， 可將煤層的上覆巖層 分為： 冒 落 帶 () 裂 縫 帶 () 彎曲下沉帶 () (俗稱:縱三帶)巷道中的礦壓顯現(xiàn)是客觀的自然現(xiàn)象，除了一些特殊情況外，在采掘過程中企圖完全消除這種現(xiàn)象是不可能的。然而在掌握巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，以巖石力學(xué)理論為指導(dǎo)，有可能在不同程度上減輕礦壓顯現(xiàn)對巷道的危害，從而達(dá)到安全生產(chǎn)和取得較好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的目的，這是巷道礦壓控制的基本任務(wù)。 巷道礦壓控制原理巷道礦壓控制的三類方法及途徑：第一類：巷道保護(hù) 第二類：巷道支護(hù)第三類：巷道維護(hù)目

13、前所采用的各種礦壓控制方法，從其對付礦壓的原理來看不外“抗壓”、“讓壓”、“躲壓”、“移壓”等幾種 。巷道礦壓控制原理巷道礦壓控制基本原理及途徑棚式支護(hù) 木支架 金屬支架 鋼筋混凝土支架石材整體式支架 料石砌碹 混凝土砌碹 鋼筋混凝土澆注錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù) 錨網(wǎng)支護(hù) 錨噴支護(hù) 錨噴網(wǎng)支護(hù)巷道支護(hù)類型木支架 巷道支護(hù)類型金屬支架 承載能力大，可多次復(fù)用，儲運方便，安裝容易及迅速等優(yōu)點 。巷道支護(hù)及其材料料石砌碹巷道支護(hù)及其材料錨桿支護(hù)1.金屬錨桿2.砂漿錨桿3.樹脂錨桿4.水泥錨桿5.木錨桿6.玻璃鋼錨桿巷道支護(hù)及其材料錨桿支護(hù)作用原理擠壓加固作用懸吊作用組合梁作用巷道支護(hù)及其材料噴射混凝土支護(hù)噴射混凝土支護(hù)是用噴射機將混凝土混合物噴射在巖石表面上硬化而成的一種支護(hù)。先將砂、石過篩，按配合比和水泥一同送入攪拌機內(nèi)攪拌，然后用礦車將拌合料運送至工作面，經(jīng)上料機裝入以壓縮空氣為動力的噴射機，再經(jīng)輸料管吹送到噴頭處與水