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煤矿设计之煤矿掘进基本知识

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煤矿设计之煤矿掘进基本知识

发布日期:2017-11-28 作者: 点击:

煤矿设计之掘进基本知识


一、掘进的地位和作用


采掘并举,掘进先行,以掘保采,以采促掘。


采煤以掘进为前提,掘进又服务于采采煤。


二、井巷的基本概念


从地面到井下,掘进的工程主要包括井筒、巷道、峒室三大部分。


1、井筒


按坡度分:立井、斜井、平峒。


按功能作用分:通常有主井(出煤)、副井(材料、人员运输等)、风井(通风)、混合井(出煤、运料等)等


2、巷道


1)、按坡度分:水平巷道(平巷、石门等)、倾斜巷道(上山、下山等);


石门:指垂直(或斜交)于煤层走向的水平巷道。


2)、按煤岩别分:岩巷(断面中岩层占4/5及以上)、煤巷(断面中煤层占4/5及以上)、半煤岩巷道煤矿设计


3)、按巷道类别分:开拓巷道、准备巷道、回采巷道


4)、按作用分:运输巷道(如工作面机巷、皮带上山、轨道上山等)、通风巷道(如工作面风巷、回风上山等)、排水巷道(如泄水巷、水仓等)、其它巷道等。


3、峒室


矿井主要有泵房、变电所、绞车房、炸药库、充电峒室、信号峒室、等候室、躲避峒等。


4、断面形状


主要有折线形(如矩形、梯形、斜梯形等)和曲线形(拱形、圆形、马蹄形、椭圆形等)两大类。


应用多的主要有拱形、梯形、矩形(斜矩形)、圆形,其它还有马蹄形、椭圆形、斜梯形等。我矿采用的主要有拱形、梯形、矩形(斜矩形)。


各种断面形状优劣顺序为:


巷道稳定性、承压受力方面:圆形→马蹄形、椭圆形→拱形→梯形、矩形;


巷道断面利用率方面:梯形、矩形→拱形→马蹄形→圆形;


施工难易方面:钻爆法掘进:梯形、矩形→拱形→马蹄形→圆形;       


拱形巷道又主要分直墙半圆拱形、直墙三心拱形、直墙圆弧拱形等,对于底鼓严重的巷道还设底板反拱。它主要用于巷道服务时间长、顶底板压力大的开拓、准备巷道或回采巷道。


梯形巷道主要用于顶底板压力不是太大、侧压相对较大、服务时间不是太长的回采巷道或准备巷道,有时也用于压力不大的开拓巷道(特别是小型矿井)。


矩形巷道主要用于巷道压力不是太大、沿煤层掘进的准备巷道和回采巷道。


圆形巷道主要用于立井、煤仓等井巷、峒室,以及压力和变形都很大的开拓巷道(极软岩巷道)等。


三、巷道支护


1、支护形式


单一支护:主要有锚杆支护、喷浆(喷射混凝土)支护、砌碹支护、棚式支架支护;


联合支护:主要有锚喷支护、架棚喷支护、锚架支护;


主动支护:锚杆支护、喷浆(喷射混凝土)支护、锚喷支护


被动支护:砌碹支护、棚式支架支护、架棚喷支护;


2、支护形式的主要优缺点


锚杆支护、喷浆(喷射混凝土)支护、锚喷支护等:能充分发挥围岩自身的作用和承载能力,使围岩和支护体形成一个整体的结构,共同承担围岩的压力和变形,是一种主动的支护方式,它成本较低,便于实现平行交叉作业,有利于组织快速施工。应用范围较广,是值得推广的主要支护形式。


砌碹支护、棚式支架支护、架棚喷支护等:是一种被动的支护方式,它主要靠支护体被动的承受围岩的压力和变形,不能有效的发挥围岩自身的作用和承载能力。也不利于组织快速施工,应用条件受到一定的限制,不能作为推广的主支护形式,只能用于一些特定的巷道中。


3、各种支护的组成和施工


1)锚杆支护


⑴、锚杆分类


按锚杆与被支护岩体锚固方式,分为机械式、粘结式和摩擦式三类


根据锚固段位置和长度,分为端头锚固和全长锚固两类


按杆体材料,分为木锚杆、竹锚杆、金属锚杆、(钢筋)混凝土锚杆、玻璃钢锚杆等。


我矿现普遍使用的是属于粘结式金属全长锚固锚杆。


⑵、粘结式金属锚杆


粘结式锚杆主要可分为水泥砂浆钢筋锚杆和水泥或树脂锚固钢筋锚杆。我矿现采用的是树脂锚固钢筋锚杆。


树脂锚固钢筋锚杆由树脂胶囊、杆体、托板和螺母等组成。


锚杆杆体用于承受张拉作用。托板的作用是将围岩压力转化为对锚杆的拉力;螺母的作用是产生预紧力,预防围岩松动离层。树脂胶囊的作用是将杆体与围岩很好的粘结。


树脂锚固剂常用的有中速、快速二种,中速锚固剂固化时间4~6min、快

速锚固剂固化时间0.5~1min。Z代表中速(如原来的Z2350),K代表快速(如现在的MSK2360)。


锚杆快速安装工艺:锚索机将锚杆、快速锚固剂搅拌到位后(锚固剂搅拌时间20~30s),锚索机停止搅拌但不撤下,等待1分钟后,即直接将锚杆螺母拧紧,完成锚杆的安装工作。


锚杆的“三径”匹配:指锚杆孔直径、锚固剂直径、锚杆直径之间的尺寸配合关系。一般要求:钻孔直径大于锚杆直径4~6mm(以6mm最好),锚固剂直径大于锚杆直径2~4mm。


⑶、锚杆施工要点


①.锚固剂数量、搅拌时间必须要符合要求,以确保锚杆的抗拔力和锚固效果;


②.螺母必须拧紧,扭矩满足要求,以确保锚杆的预紧力;现我矿要求锚杆螺母的扭矩为100N.m。


③.锚杆安装角度要达到要求;


④.孔内保持干燥、干净。


2)、喷射混凝土支护


⑴、喷射类型


主要有干喷、湿喷两种。我矿现用干喷。


干喷射混凝土是将干混合料用管子送到喷头,在喷头处加水后喷射到岩面上;干喷最主要缺点是粉尘大。


⑵、喷射混凝土


①.原料


主要有水泥、骨料(砂子、石子)、外加剂(速凝剂、减水剂、早强剂、防水剂等)、用水。


一般速凝剂掺入量为2.5%~4%。


②.配比


水泥:集料(即砂子和石子)=1:4~1:4.5,砂子在集料中占45%~55%;即通常水泥:砂子:石子=1:2:2左右;水灰比为0.4~0.45。


⑶、喷射混凝土施工要点


①.掌握好配比和水灰比;


②.待喷岩面冲洗干净;


③.控制好喷射速度和喷枪头距岩面的距离(以1m左右最佳);


④.加强养护:混凝土终凝2h后即应养护,并不少于7天,每小班至少一次。


⑤.加强洒水、通风、个体防护等防尘工作。


3)、金属支架


⑴、分类


①.按材质分:主要有矿用工字钢金属支架、矿用U型钢金属支架


工字钢型号:用工字钢高度的厘米数表示:如12号工字钢即高度为12cm。


U型钢型号:用每米重量(公斤)表示,如U29即表示该U型钢为29kg/m。


②.按断面形状分:梯形、拱形


③.按受力、变形性能分:可缩性支架、不可缩支架


综合起来,以U型钢拱形可缩性支架、工字钢梯形刚性支架应用最广。


⑵、U型钢拱形可缩性支架


优点:结构较简单、承载能力较大、可缩性能较好


支架由顶梁、柱腿、连接件、架间拉杆、背板材料等组成。


以对称式、直腿、半圆拱、三节式支架使用最多。我矿即采用此种形式。


⑶、工字钢梯形刚性支架


主要用于围岩比较稳定、变形较小、压力不太大的巷道中。


支架由顶梁、柱腿、架间拉杆、背板材料等组成。


在顶梁下加设中柱能大为提高顶梁的承载能力。


⑷、支架支护施工要点


①.严格控制空帮、漏顶;


②.支架受力均匀,梯形支架肩窝接口刹紧;


③.可缩支架保证可缩量,连接件(卡缆)螺母要紧;我矿现规定卡缆螺母扭矩为120N.m。


④.平巷支架垂直顶底板,斜巷迎山角合理。


四、巷道掘进施工


(一)、水平岩巷施工


有炮掘和机掘二种,以炮掘为多,机掘处于发展阶段。


下面介绍炮掘,其一般施工工序有:打眼、装药爆破、通风、装岩、运岩、支护等


1、打眼


⑴.钻眼机械:凿岩机(风钻、风锤),常用气腿式凿岩机,有高频、低频之分,常用型号有YT-23(即7655)、YT-24、YT-26、YTP-26等,我矿现主要使用YT-23。


⑵.钻眼工具:用钎子,由钎头(钻头)、钎杆(钻杆)组成。


⑶.炮眼


①.按作用和位置:分掏槽眼、辅助眼、周边眼三类。


②.掏槽眼


作用:增加爆破的自由面,提高爆破效果。


有斜眼掏槽、直眼掏槽、混合掏槽三类。斜眼掏槽又分单向掏槽、多向掏槽(分楔形掏槽、锥形掏槽),一般浅孔或中孔爆破的掏槽眼常用楔形掏槽(或锥形掏槽),这也是我矿常用的掏槽方式。


③.辅助眼


它位于掏槽

眼与周边眼之间,其作用主要是爆落岩体。煤矿设计


④.周边眼


它是位于巷道轮廓周边的炮眼,最主要作用是保证巷道成型。


2、装药爆破


⑴.炸药


煤矿使用炸药一般是工业用的硝铵类炸药。


煤矿还必须使用煤矿许用炸药,我矿是突出矿井,必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药,煤与瓦斯突出危险工作面,必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。


⑵.雷管


煤矿只允许使用煤矿许用瞬发电雷管和煤矿许用毫秒延期电雷管,毫秒电雷管的延期时间不得超过130ms,实际使用中即只能使用1~5段毫秒电雷管。


⑶.装药


装药结构有正向装药、反向装药。对高瓦斯矿井,正向装药(即起爆药包位于所有炸药包的最外端,雷管底部朝向眼底)(正向起爆)安全性较好。


⑷.联线


有串联、并联、混合联(串并联、并串联)三种,一般采用串联和串并联较多。


⑸.爆破


毫秒爆破、光面爆破是常用的较先进的爆破技术,尤其应大力推广光面爆破技术。


3、通风


掘进基本上是采用局部通风机通风,方式有压入式、抽出式、混合式三种,掘进通风一般应采用局扇压入式(我矿都是),突出煤层煤巷必须采用压入式。


4、装岩


有人工装岩、机械装岩二种。


装岩机械主要有耙斗装岩机、铲斗式装岩机。


耙斗装岩机的耙斗有0.15、0.3、0.6、0.9m3等几种。


铲斗装岩机有后卸式、侧卸式二种。


5、运岩


有人工或机车矿车运输、机械连续运输(如刮板运输机、皮带运输机等)等方式,机械连续运岩是发展方向。


采用配套的岩石装运作业线是优选方案。


岩石装运作业线主要形式有:


铲斗后卸式装岩机(或耙斗装岩机)――普通矿车――小型电机车;


蟹爪式装载机――梭式矿车――大型电机车。


6、支护


见前述。


(二)、煤巷掘进


1、煤巷掘进的特点


装煤量大占用时间长、围岩较松软或破碎易发生顶板事故、瓦斯量较大通风管理较困难


2、施工方法


有人工、爆破、机械三种。


3、机械施工(综掘)


煤巷机械掘进施工有综掘机掘进和连采机掘进。


煤巷综掘机能实现落煤(破岩)、装煤、运煤(转载)的功能,配套皮带运输机运输能实现快速掘进施工。综掘机有单截割头、双截割头。单截割头综掘机使用较灵活,有利于拱形断面施工;双截割头综掘机更适用于煤层坡度较小、矩形或梯形断面的煤巷掘进。


现有已有连续采煤机掘进,掘进速度很快。


(三)、半煤岩巷道施工


1、要注意选择合理的破岩位置:有挑顶、卧底及挑顶又卧底三种形式。一般以卧底而不破坏顶板为较好。


2、施工时,掏槽眼多布置在煤层中。


3、煤矸可分装分运或混合装运。


(四)、上下山施工


1、上山掘进


①.放炮易崩坏支护;


②.大倾角上山山墙易片帮,顶板管理难度较大;


③.上山迎头易积聚瓦斯,需加强通风管理。


④.掏槽眼多布置在断面中的底部。


2、下山掘进


①.迎头排水较困难;


②.运输较困难且安全威胁较大;


③.底部炮眼施工困难,易发生底板上抬问题。


④.斜巷运输安全管理和放炮安全管理(重点是瞎炮的预防、处理)是施工安全管理的重点。


(五)、采区煤仓施工


1、煤仓类型


有垂直式(一般成圆形)、倾斜式(坡度一般在60°~70°以上,断面一般为圆形或拱形。


2、施工方法


有普通反井法、钻井法、深孔爆破法等。现较普遍采用钻井法施工。


钻井法:利用钻机先从上往下打一小钻孔,然后利用钻机从下往上刷大成一小井,最后采用爆破法从上往下把小井刷大至设计尺寸。


(六)、峒室及交岔点施工


1、峒室施工方法


有全断面一次掘进法、台阶工作面施工法、导峒施工法等。


全断面掘进法一般适用于断面不是太大、高度不超过4~5m的峒室,且使用大型施工设备。


台阶工作面

法有正台阶工作面法、倒台阶工作面法;正台阶工作面法安全性较好,适用范围广,一般采用较多。正台阶工作面法即将巷道全断面按高度分成2~3个分层,上分层超前,下分层滞后2m左右(故又称下行分层施工法),依次向前掘进施工。


导峒施工法即将全断面分成3个以上的小断面,按先后次序分别掘进施工,最后一个导峒施工完毕即完成全断面的掘进施工。一般有顶部导峒施工法和两侧导峒施工法。


2、交岔点施工


类型:有柱墙式(牛鼻子式)交岔点、穿尖式交岔点二类;


施工方法:可以是全断面一次施工法,也可以是台阶(正台阶为主要)或分次(先施工主巷、再刷大至全断面)施工法。


施工关键点:①.掌握墙高的变化;②.把握好斜墙的斜率和宽度尺寸;③.特别要保证柱墩的施工质量。



复习题库


1、掘进的地位和作用是什么?


采掘并举,掘进先行,以掘保采,以采促掘。


采煤以掘进为前提,掘进又服务于采采煤。


2、掘进工程主要有哪些?


主要包括井筒、巷道、峒室三大部分


3、井筒按功能作用分为几类?


按功能作用分:通常有主井(出煤)、副井(材料、人员运输等)、风井(通风)、混合井(出煤、运料等)等


4、巷道按坡度、煤岩别、巷道类别是如何分类的?


1)、按坡度分:水平巷道(平巷、石门等)、倾斜巷道(上山、下山等);


2)、按煤岩别分:岩巷(断面中岩层占4/5及以上)、煤巷(断面中煤层占4/5及以上)、半煤岩巷道


3)、按巷道类别分:开拓巷道、准备巷道、回采巷道


5、巷道断面形状应用多的主要有哪些?我矿主要采用哪些?


应用多的主要有拱形、梯形、矩形(斜矩形)、圆形,其它还有马蹄形、椭圆形、斜梯形等。我矿采用的主要有拱形、梯形、矩形(斜矩形)。


6、巷道支护形式主要有哪几种?


单一支护:主要有锚杆支护、喷浆(喷射混凝土)支护、砌碹支护、棚式支架支护;


联合支护:主要有锚喷支护、架棚喷支护、锚架支护;


7、锚喷支护的主要优点是什么?


能充分发挥围岩自身的作用和承载能力,使围岩和支护体形成一个整体的结构,共同承担围岩的压力和变形,是一种主动的支护方式,它成本较低,便于实现平行交叉作业,有利于组织快速施工。应用范围较广,是值得推广的主要支护形式。


8、我矿现采用的树脂锚固钢筋锚杆的组成及作用


树脂锚固钢筋锚杆由树脂胶囊、杆体、托板和螺母等组成。


锚杆杆体用于承受张拉作用。托板的作用是将围岩压力转化为对锚杆的拉力;螺母的作用是产生预紧力,预防围岩松动离层。树脂胶囊的作用是将杆体与围岩很好的粘结。


9、锚杆的快速安装工艺是什么?


锚杆快速安装工艺:锚索机将锚杆、快速锚固剂搅拌到位后(锚固剂搅拌时间20~30s),锚索机停止搅拌但不撤下,等待1分钟后,即直接将锚杆螺母拧紧,完成锚杆的安装工作。


10、什么是锚杆的“三径”匹配?


锚杆的“三径”匹配:指锚杆孔直径、锚固剂直径、锚杆直径之间的尺寸配合关系。一般要求:钻孔直径大于锚杆直径4~6mm(以6mm最好),锚固剂直径大于锚杆直径2~4mm。


11、锚杆施工对螺母有什么要求?


螺母必须拧紧,扭矩满足要求,以确保锚杆的预紧力;现我矿要求锚杆螺母的扭矩为100N.m。


12、喷射混凝土的配比要求?


水泥:集料(即砂子和石子)=1:4~1:4.5,砂子在集料中占45%~55%;即通常水泥:砂子:石子=1:2:2左右;水灰比为0.4~0.45。


13、喷射混凝土施工的养护要求?


加强养护:混凝土终凝2h后即应养护,并不少于7天,每小班至少一次。


14、金属支架按材质分类及材质代号的意义?


按材质分:主要有矿用工字钢金属支架、矿用U型钢金属支架


工字钢型号:用工字钢高度的厘米数表示:如12号工字钢即高度为12cm。


U型钢型号:用每米重量(公斤)表示,如U29即表示该U型钢为29kg/m。


15、U型钢拱形可缩性支架的优点及组成和应用


优点:结构较简单、承载能力较大、可缩性能较好


支架由顶梁、柱腿、连接件、架间拉杆、背板材料等组成。


以对称式、直腿、半圆拱、三节式支架使用最多。我矿即采用此种形式。


16、提高工字钢梯形刚性支架承载能力的主要措施


在顶梁下加设中柱能大为提高顶梁的承载能力。


17、可缩支架施工对卡缆螺母的要求?


保证可缩量,连接件(卡缆)螺母要紧;我矿现规定卡缆螺母扭矩为120N.m。


18、水平岩巷的主要炮掘工艺?


其一般施工工序有:打眼、装药爆破、通风、装岩、运岩、支护等


19、炮眼的分类


按作用和位置:分掏槽眼、辅助眼、周边眼三类。


20、掏槽眼的作用及我矿常用方式


掏槽眼作用:增加爆破的自由面,提高爆破效果。


一般浅孔或中孔爆破的掏槽眼常用楔形掏槽(或锥形掏槽),这也是我矿常用的掏槽方式。


21、我矿使用炸药、雷管的要求


我矿是突出矿井,必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药,煤与瓦斯突出危险工作面,必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。


煤矿只允许使用煤矿许用瞬发电雷管和煤矿许用毫秒延期电雷管,毫秒电雷管的延期时间不得超过130ms,实际使用中即只能使用1~5段毫秒电雷管。


22、爆破时装药、联线的使用要求


对高瓦斯矿井,正向装药(即起爆药包位于所有炸药包的最外端,雷管底部朝向眼底)(正向起爆)安全性较好。


联线:有串联、并联、混合联(串并联、并串联)三种,一般采用串联和串并联较多。


23、主要的爆破技术?


毫秒爆破、光面爆破是常用的较先进的爆破技术,尤其应大力推广光面爆破技术。


24、掘进通风方式


一般应采用局扇压入式(我矿都是),突出煤层煤巷必须采用压入式。


25、装运矸石的发展方向


机械装矸、机械连续运矸是发展方向


26、煤巷施工方法及机械掘进施工的主要方法


施工方法:有人工、爆破、机械三种。


煤巷机械掘进施工有综掘机掘进和连采机掘进。


27、上下山掘进施工的安全管理重点?


上山掘进


大倾角上山山墙易片帮,顶板管理难度较大;


上山迎头易积聚瓦斯,需加强通风管理。


下山掘进


斜巷运输安全管理和放炮安全管理(重点是瞎炮的预防、处理)是施工安全管理的重点。


28、采区煤仓施工方法


现较普遍采用钻井法施工。


钻井法:利用钻机先从上往下打一小钻孔,然后利用钻机从下往上刷大成一小井,最后采用爆破法从上往下把小井刷大至设计尺寸。


29、峒室施工方法


有全断面一次掘进法、台阶工作面施工法、导峒施工法等。


大断面峒室正台阶工作面法安全性较好,适用范围广,一般采用较多。


30、交岔点类型、施工方法及施工关键要点?


类型:有柱墙式(牛鼻子式)交岔点、穿尖式交岔点二类;


施工方法:可以是全断面一次施工法,也可以是台阶(正台阶为主要)施工法。


施工关键要点:特别要保证柱墩的施工质量。


煤矿设计


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