煤礦開采講義

《采煤概論》精品課程第三篇井巷掘進與支護第8章水平及傾斜巷道掘進

2/4/20231本章主要內(nèi)容第8章水平及傾斜巷道掘進第一節(jié)巷道斷面形狀第二節(jié)巷道掘進第三節(jié)煤及半巖巷掘進第四節(jié)傾斜巷道施工特點第五節(jié)硐室及交岔點的施工方法特點思考題2/4/20232第一節(jié)巷道斷面形狀及尺寸一、巷道斷面形狀選擇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8-1所示。2/4/20233圖8-1巷道斷面形狀2/4/20234第一節(jié)巷道斷面形狀及尺寸二、巷道斷面尺寸的確定《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、安全設施、設備安裝、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量等。2/4/20235第一節(jié)巷道斷面形狀及尺寸設計巷道斷面尺寸時，應根據(jù)上述諸因素和有關規(guī)程、規(guī)范的規(guī)定，首先定出巷道的凈斷面尺寸，并進行風速驗算；其次，根據(jù)支架參數(shù)，道床參數(shù)，計算出巷道的設計掘進斷面尺寸，并按允許加大值（超挖值），計算出巷道的計算掘進斷面尺寸；最后，按比例繪制包括水溝、墻角在內(nèi)的巷道斷面圖，編制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。2/4/20236第一節(jié)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.風速校核凈斷面；5.巷道設計掘進斷面積。2/4/20237圖8-2梯形雙軌巷道斷面尺寸計算圖2/4/20238第一節(jié)巷道斷面形狀及尺寸1.巷道的凈寬度梯形巷道的凈寬度是指：當其內(nèi)通行礦車、電機車時，車輛頂面水平的巷道寬度；當其內(nèi)不通行運輸設備時，凈寬度系指底板起1.6m高水平的巷道寬度。單軌巷道：雙軌巷道：式中：a——巷道不行人的一側(cè)運輸設備最突出部份與支護最突出部分的距離。一般不小于200mm或250mm。A——所用電機車或礦車中最大的寬度，從運輸設備規(guī)格表中可以查到，mm；c——巷道行人的一側(cè)運輸設備最突出部份與支護最突出部分的距離。一般不小于700mm以上。n——運輸設備之間的最小間隙，不得小于200mm。2/4/20239第一節(jié)巷道斷面形狀及尺寸巷道的凈寬度必須滿足從道渣面起1.6m的高度內(nèi)，留有寬度不小于0.8m的人行道。在設計梯形巷道凈寬時，常常采用根據(jù)標準頂梁的尺寸、棚腿斜角來推算巷道凈寬度的辦法定出巷道的凈寬度。2.巷道的凈高度梯形巷道的凈高系指渣面或底板至頂梁或頂部噴層面、錨桿露出長度終端的高度。巷道設計計算掘進高度：巷道計算掘進高度：渣面起巷道沉實前的凈高：渣面起巷道沉實后的凈高：軌面起巷道沉實前的凈高：2/4/202310第一節(jié)巷道斷面形狀及尺寸式中：h1——軌面起巷道沉實后的凈高：t——背板厚度，計算掘進斷面時取25mm；d——坑木直徑，若為金屬棚子則為柱截面高度；hb——道渣高度；δ——預留下沉量。ha——規(guī)平面到道渣棉高度；巷道的凈斷面積梯形巷道的支架棚腿常有80°左右傾角，所以有了巷道的凈寬與凈高，還要求出巷道頂板凈寬B1與底部凈寬B2，然后才計算出巷道的凈斷面。梯形巷道凈斷面：式中：3.風速校核凈斷面積生產(chǎn)礦井的巷道通常兼作通風用，因此還應按照《煤礦安全規(guī)程》等規(guī)定的允許最大風速進行驗算，即2/4/202311第一節(jié)巷道斷面形狀及尺寸式中：v——通過巷道風流的速度，m/s；Q——通過巷道的風量，m3/s；S——巷道的凈斷面機，m2；Vm——巷道允許通過的最高風速，m/s?！睹旱V工業(yè)設計規(guī)范》規(guī)定：礦井主要進風巷的風速一般不大于6m/s，輸送機巷或采區(qū)風巷一般不大于4m/s。設計時，應在不違反《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。設計出的巷道凈斷面積，不符合上述風速要求的，須加大斷面尺寸。4.巷道設計掘進斷面積巷道凈尺寸加上支架、道床尺寸便可得到巷道的設計掘進尺寸，進而求算出巷道的設計掘進斷面積。在實際工作中，爆破后的巷道表面不可能很光滑，會有一些凹凸不平的現(xiàn)象，因此，實際掘進斷面要比計算斷面加大3%左右。掘進斷面面積，是計算巷道掘進工作量是不可缺少的一個數(shù)據(jù)。2/4/202312第二節(jié)巖巷掘進巖巷掘進在我國煤礦目前主要仍采用鉆眼爆破破巖法，其主要工序包括：打眼、裝藥放炮、工作面通風、裝運巖石及巷道支護等作業(yè)。這些工序組成工作循環(huán)環(huán)，不斷重復這種循環(huán)，使巷道掘進不斷向前推進。打眼、清理巖石和巷道支護是最繁重的三個工序，所占時間比較長。工作面通風主要是為了排除爆破后的有毒氣體和供給新鮮空氣，是一種輔助作業(yè)。另外，架設保安用的臨時支護，敷設各種管道、修筑排水溝、鋪設軌道等，也都是掘進中的輔助作業(yè)。2/4/202313第二節(jié)巖巷掘進一、鉆眼爆破1．工作面炮眼布置掘進工作面的炮眼，按其用途和位置可分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼三類。其起爆順序依次為掏槽眼、輔助眼和周邊眼。掏槽眼的作用時首先在工作面上將某一部分巖石破碎并拋出，在一個自由面的基礎上蹦出第二個自由面來，為其它炮眼的爆破創(chuàng)造條件。按掏槽眼的方向可將掏槽眼的布置方式分為三類：即斜眼掏槽、直眼掏槽和混合式掏槽。2/4/202314圖8-3斜眼掏槽炮眼布置圖2/4/202315第二節(jié)巖巷掘進2．爆破參數(shù)的確定爆破參數(shù)包括:炸藥消耗量;

炮眼直徑：炮眼直徑是根據(jù)藥包直徑來確定的。一般的標準藥卷直徑為32及35mm，炮眼直徑要比藥卷直徑大4～7mm,這樣炮眼直徑就是36～42mm。炮眼深度:合理的炮眼深度確定的依據(jù)是：炮眼利用率比較高（一般不低于85～90%）；鉆眼和掘進速度快；巷道掘進成本低。炮眼數(shù)目:炮眼數(shù)目可以按照一個循環(huán)的總裝藥量平均裝入所有炮眼的原則進行估算，作為實際排列炮眼的參考。2/4/202316第二節(jié)巖巷掘進3.裝藥結構與起爆掏槽眼與輔助眼的裝藥結構，有正向連續(xù)裝藥與反向連續(xù)裝藥兩種。在煤礦巷道掘進中，最好使用多段毫秒雷管，按照規(guī)定的起爆順序全斷面一次起爆。2/4/202317第二節(jié)巖巷掘進4.鉆眼工作1)定向工作為了在工作面正確布置炮眼和掌握巷道掘進方向和坡度，鉆眼前應檢查巷道的中線和腰線。利用礦用激光指向儀指示中線位置既準確又省時。激光指向儀固定在距工作面100m遠的巷道中線位置上，激光光束在工作面巖壁上顯現(xiàn)的紅光點，即為中線位置。掘進時，根據(jù)它既可確定炮眼位置，又可確定腰線位置。2/4/202318第二節(jié)巖巷掘進2）多臺鑿巖機工作為縮短鉆眼總時間，組織快速施工，在采用氣腿式鑿巖機鉆眼時，一般多采用多臺鑿巖機平行作業(yè)，在中硬巖石中可按1.5～2.0m2配備一臺，在堅硬巖石中可按1.0～1.5m2配備一臺的標準確定。2/4/202319第二節(jié)巖巷掘進3)鉆眼工作的機械化隨著高速高頻鑿巖機的出現(xiàn)和中深孔爆破方法的使用，以及光面爆破的推廣，為進一步提高鉆眼效率、降低勞動強度和實現(xiàn)快速掘進的迫切需要，在巖巷掘進中正在積極推廣應用鑿巖臺車及鑿裝聯(lián)合機組。采用鑿巖臺車并配以重型鑿巖機鉆眼，具有鑿巖速度快，作業(yè)人員少，鉆眼效率高，勞動強度低，鉆眼質(zhì)量高等優(yōu)點。但鉆眼與裝巖不能平行作業(yè)，鑿巖臺車與裝巖機更換進出工作面的時間較長，在雙軌大斷面巷道中才便于使用。采用鉆裝機并配以重型鑿巖機鉆眼，除具備鑿巖臺車的全部優(yōu)點外，它本身帶有裝巖設備，實現(xiàn)了鉆眼、裝巖綜合機械化，同時一機多用，提高了設備利用率，但由于鉆裝機構比較復雜，作業(yè)環(huán)節(jié)多，目前只在一些大型礦山使用。2/4/202320第二節(jié)巖巷掘進二、裝巖與調(diào)車裝巖與調(diào)車是巷道掘進中比較繁重的工作，一般情況下，裝巖時間約占掘進循環(huán)時間的35～50%，個別情況甚至達到75%。因此，提高裝巖機械化水平及其生產(chǎn)率是實現(xiàn)快速掘進的主要措施。2/4/202321第二節(jié)巖巷掘進（一）巖石裝載設備鏟斗裝巖機、耙斗裝巖機、蟹爪式裝巖機等。（二）調(diào)車工作常用調(diào)車方法有以下幾種：固定錯車道調(diào)車法浮放道岔調(diào)車法轉(zhuǎn)載輸送機梭式礦車

ZS-60型蟹爪式裝巖機

2/4/202322耙斗裝巖機的外形圖

耙斗裝巖機的傳動系統(tǒng)

2/4/202323圖8-13固定錯車場

1—裝載機；2—礦車；3—空車；4—重車方向；5—空車方向；6—電機車

2/4/202324圖8-14單軌浮放雙軌道岔

1—道岔；2—浮放軌道；3—支撐裝置2/4/202325圖8-17梭式礦車

1－板式輸送機轉(zhuǎn)載輪；2—車幫；3—傳動鏈；4—底盤；5—車輪底架；6—車輪；7—減速裝置。

2/4/202326第二節(jié)巖巷掘進三、巖石平巷掘進機械化作業(yè)線1．多臺氣腿式鑿巖機鉆眼—鏟斗后卸式或耙斗式裝載機裝巖——固定錯車場或浮放道岔或調(diào)車器調(diào)車——礦車及電機車運輸；這種作業(yè)線簡單易行，但機械化程度較低，在我國煤礦應用最多。2．多臺氣腿式鑿巖機鉆眼—鏟斗側(cè)卸式或耙斗式裝載機裝巖——膠帶轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)載——礦車及電機車運輸；這種作業(yè)線與上述第一條作業(yè)線相比，是以增加膠帶轉(zhuǎn)載機來實現(xiàn)快速掘進的。3．多臺氣腿式鑿巖機鉆眼—蟹爪式裝載機或耙斗式裝載機裝巖——梭式礦車轉(zhuǎn)運——電機車牽引；這種作業(yè)線以采用梭式礦車來實現(xiàn)快速掘進，但必須有直接卸載條件，設備較復雜。2/4/202327第二節(jié)巖巷掘進4．由鑿巖臺車鉆眼--鏟斗側(cè)卸式裝載機裝巖--膠帶轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)載--礦車及電機車運輸；這種作業(yè)線提高了鉆眼機械化水平，加快了鑿巖速度，它適用于大斷面巖石巷道（12m2以上）掘進。5．鉆裝機鉆眼與裝巖--膠帶轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)載--礦車及電機車運輸；這條作業(yè)線實現(xiàn)了鉆眼、裝巖綜合機械化，不需花費鑿巖臺車與裝載機更換進出的調(diào)動時間。鉆裝機一機多能，既能鉆眼又能裝巖，如還能打錨桿眼，我國習慣稱它為鉆裝錨機。圖8-18為ZZM8-12型鉆裝錨機組。2/4/202328圖8-18ZZM8-12型鉆裝錨機組

1－中間掛斗鉆臂；2—鉆臂；3—轉(zhuǎn)柱油缸；4—溜槽；5—臺車；

6—支承油缸；7—前支千斤頂；8—推進器；9—耙斗；10—尾輪2/4/202329第二節(jié)巖巷掘進6．巖巷掘進機巖巷掘進機是采用機械破巖，并能實現(xiàn)破巖、裝巖、轉(zhuǎn)載、臨時支護、噴霧防塵諸工序的一種聯(lián)合機組，所以也稱聯(lián)合掘進機。巖巷掘進機與鉆眼爆破法相比較，具有機械化程度高，速度快，成巷質(zhì)量好，節(jié)省人力，效率高，對圍巖破壞影響小，支護容易，工作安全等優(yōu)點。它的缺點是：設備重量大，動力耗量大，刀具壽命短，造價昂貴，工程成本高，機器安裝、檢修、拆除工作量大，只適用于較長的直巷道及曲率半徑很大的拐彎巷道。2/4/202330第三節(jié)煤及半煤巖巷掘進沿煤層掘進的巷道，如果在掘進斷面中，煤層占4/5以上者（包括4/5在內(nèi)），稱為煤巷。在巷道掘進斷面上既有煤層，又有巖層。當巖層（包括夾石層）占掘進工作面面積的1/5～4/5時，即稱半煤巖巷道。2/4/202331第三節(jié)煤及半煤巖巷掘進一、煤巷掘進(一)破煤方法1.鉆眼爆破破煤法圖8-19煤巷掘進的掏槽方法

a—扇形掏槽；b—半楔形掏槽；c—復式掏槽2/4/202332第三節(jié)煤及半煤巖巷掘進2.風鎬破煤風鎬破煤是一種簡單易行的方法，所需設備少，并能減少瓦斯爆炸的危險，也有利于通風。因此，在巷道頂板破碎或煤質(zhì)松軟易于塌落的巷道，以及雖經(jīng)通風而瓦斯?jié)舛热越挡坏皆试S放炮的濃度時，用風鎬落煤就比較合適。（二）裝煤方法人力裝煤裝煤機裝煤2/4/202333圖8-20ZMY型裝煤機2/4/202334第三節(jié)煤及半煤巖巷掘進(三)支護工作針對受采動影響的巷道壓力大、巖石移動和變形速度大的特點，目前，在國內(nèi)外積極推廣應用了各種類型的錨桿支護，取得了較好的效果。在圍巖極其破碎，不宜采用錨桿支護時，使用U型鋼可縮性支架較為理想。如巷道服務時間較長，或煤壁易風化時，則可在安設錨桿后，在對煤壁進行噴漿處理。在一些生產(chǎn)能力較小的礦山，梯形工字鋼支架也在使用，但已逐步被淘汰。2/4/202335第三節(jié)煤及半煤巖巷掘進二、半煤巖巷道掘進結合巷道用途及沿薄煤層掘進的特點，掘進半煤巖巷道必須考慮煤層與巷道的位置關系、正確的炮眼布置方法、合理的施工組織。1.巷道位置的選擇半煤巖巷道掘進時，有挑頂、臥底、挑頂兼臥底三種情況，如圖8-21所示。2/4/202336半煤巖巷道采石位置的三種情況

a—挑頂；b—臥底；c—挑頂兼臥底2/4/202337第三節(jié)煤及半煤巖巷掘進采用那種位置為宜，應綜合考慮生產(chǎn)要求，便于維護和施工難易等因素，在多數(shù)情況下，應盡可能不要挑頂而是臥底，以保證頂板的完整性和穩(wěn)定性。只有煤層具有薄層偽頂式，才采用挑頂。實際上，一條巷道挑頂或臥地并非一成不變。為了保證巷道順直及一定坡度，挑頂臥底的三種情況往往都會發(fā)生，甚至暫離煤層進行全巖掘進的情況也是有的。2/4/202338第三節(jié)煤及半煤巖巷掘進2．炮眼布置特點由于煤層較軟，所以掏槽眼一般布置在煤層部分，圖8-22為某礦半煤巖巷道工作面炮眼布置一例。圖8-22半煤巖巷道工作面炮眼布置一例2/4/202339第三節(jié)煤及半煤巖巷掘進3．施工組織特點半煤巖巷道的施工組織有兩種形式。一是煤、巖不分，全斷面掘進；這種方式組織簡單，能加快掘進速度，但這種組織形式所出的煤灰份很高，煤的損失也很大。顯然這種施工組織用在厚度小于0.5m、煤質(zhì)不佳的半煤巖巷道較為合適。另一種為分掘分運的組織形式，即先掘運煤，然后在掘運巖石。這種方式保證了煤的質(zhì)量，但工作組織復雜，影響了掘進速度。2/4/202340第三節(jié)煤及半煤巖巷掘進三、煤及半煤巖巷道聯(lián)合掘進機掘進煤及半煤巖巷道聯(lián)合掘進機能夠破煤、裝煤并將煤轉(zhuǎn)運到運輸設備上。它具有工序少、速度快、效率高、質(zhì)量好、施工安全、勞動強度小等優(yōu)點。隨著錨桿支護的應用，這種掘進方式已在我國大中型煤礦中得到了推廣應用。圖8-23為ELMB型煤及半煤巖聯(lián)合掘進機。2/4/202341圖8-23ELMB型煤及半煤巖聯(lián)合掘進機2/4/202342第三節(jié)煤及半煤巖巷掘進四、煤巷施工機械化作業(yè)線1．掘進機—鏈板輸送機機械化作業(yè)線2．掘進機—膠帶轉(zhuǎn)載機—鏈板輸送機機械化作業(yè)線3．掘進機—膠帶轉(zhuǎn)載機—可伸縮雙向膠帶輸送機機械化作業(yè)線2/4/202343第四節(jié)傾斜巷道施工的特點上山和下山是采區(qū)巷道中的傾斜巷道。自開采水平向上傾斜的巷道稱為上山，向下傾斜的巷道成為下山。一、上山掘進(一)炮眼布置由于巷道具有向上傾斜的特點，易于出現(xiàn)巷道上飄現(xiàn)象，因此，要求炮眼布置能使爆出的巷道傾斜角度符合規(guī)定。此外，放炮時要特別注意防止崩倒支架，所以多用底部掏槽。傾斜巷道施工時，每向上掘進75～100m，應設避炮硐。2/4/202344第四節(jié)傾斜巷道施工的特點(二)通風工作由于瓦斯輕于空氣，易于積聚在上山工作面附近，尤其在沿高瓦斯煤層或其底板掘進時，更應注意加強工作面通風及沼氣檢查。在瓦斯涌出量較大的的礦井中，由下向上掘進上山時，隔一定距離就要用聯(lián)絡眼貫通，以利通風，如圖8—24所示.使用局部扇風機通風時，無論工作期間或交接班時，都不準停風。如因檢修停電等原因停風時，都要撤出人員，切斷電源，待恢復通風并檢查瓦斯后，人員才可進入工作面。圖8-24由下向上掘進的通風設施2/4/202345第四節(jié)傾斜巷道施工的特點(三)裝巖及提升運輸工作沿傾斜施工，破碎后的煤、矸要運出，施工設備、工具及支護材料要運入，而上、下山的長度往往較長，傾斜角度又各不相同，為此，要選擇合理的提升、運輸方案，以保證決速安全地施工。>35°時，煤、矸可沿巷道底板靠自重下滑；25～35°時，可用鐵溜槽；14～25°時，可以采用搪瓷溜槽。2/4/202346第四節(jié)傾斜巷道施工的特點(四)支護工作特點在傾斜巷道中，由于頂板巖石受重力的作用，有沿傾斜向下滑落的趨勢，因此在架棚時，棚腿要相對于頂、底板垂線向上傾斜一定角度，這個夾角稱為迎山角(圖8—28中β角)。圖8—28上山支架的迎山角2/4/202347第四節(jié)傾斜巷道施工的特點二、下山掘進(一)下山掘進的特點1)裝載工作比較困難。2)做好防排水工作，以免影響掘進工作進行。3)在掘進工作面附近一定要有可靠的擋車器，以防止礦車自然滑下時不致沖擊到工作面，保證工作面工人的安全。2/4/202348第四節(jié)傾斜巷道施工的特點(二)排水工作在掘進下山時，往往工作面都有積水。在處理方法上，必須先了解水的來源。1)上部平巷排水溝漏水；2)巷道頂、底板涌水；3)工作面的涌水。針對1、2兩種情況，可以把上部水溝用混凝土加固或用管子代替。同時沿下山每隔10～15m挖一橫水溝，如圖8—29所示。使水匯集到集水溝而流到中間水倉內(nèi)，然后用水泵排出。2/4/202349第四節(jié)傾斜巷道施工的特點對于流到工作面或工作面的涌水，可根據(jù)水量的大小采用不同的排水方法。工作面涌水小于5m3／h，可用礦車或箕斗隨矸石把水排出。當工作面涌水超過5m3／h，需要用水泵進行排水。(三)防止跑車的安全措施1)安全繩法(圖8—30)。在提升鋼絲繩的尾部鉤頭以上，聯(lián)結一根環(huán)形的鋼絲繩(安全繩)。提升時把安全繩套在礦車上，以免脫鉤跑車。2/4/202350第五節(jié)硐室及交岔點的施工方法特點一、硐室的施工方法硐室施工具有以下特點：硐室的長度一般較小，斷面較大且多變化，故使用大型聯(lián)合掘進機械難于施展，多數(shù)硐室內(nèi)有設備基礎、預留管纜溝槽以及安起重梁等項施工；一個硐室與其他硐室或巷道相連，要注意施工的安全；硐室的出入口一般較小，材料供應、出矸與通風，排水均較困難。2/4/202351第五節(jié)硐室及交岔點的施工方法特點(一)全斷面一次掘進法這種施工方法類似于巷道的一次成巷施工。由于斷面大，可以采用大型機械設備。(二)臺階工作面施工