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煤礦設計之煤礦掘進基本知識

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煤礦設計之煤礦掘進基本知識

發布日期:2017-11-28 作者: 點擊:

煤礦設計之掘進基本知識


一、掘進的地位和作用


采掘并舉,掘進先行,以掘保采,以采促掘。


采煤以掘進為前提,掘進又服務于采采煤。


二、井巷的基本概念


從地面到井下,掘進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、人員運輸等)、風井(通風)、混合井(出煤、運料等)等


2、巷道


1)、按坡度分:水平巷道(平巷、石門等)、傾斜巷道(上山、下山等);


石門:指垂直(或斜交)于煤層走向的水平巷道。


2)、按煤巖別分:巖巷(斷面中巖層占4/5及以上)、煤巷(斷面中煤層占4/5及以上)、半煤巖巷道煤礦設計


3)、按巷道類別分:開拓巷道、準備巷道、回采巷道


4)、按作用分:運輸巷道(如工作面機巷、皮帶上山、軌道上山等)、通風巷道(如工作面風巷、回風上山等)、排水巷道(如泄水巷、水倉等)、其它巷道等。


3、峒室


礦井主要有泵房、變電所、絞車房、炸藥庫、充電峒室、信號峒室、等候室、躲避峒等。


4、斷面形狀


主要有折線形(如矩形、梯形、斜梯形等)和曲線形(拱形、圓形、馬蹄形、橢圓形等)兩大類。


應用多的主要有拱形、梯形、矩形(斜矩形)、圓形,其它還有馬蹄形、橢圓形、斜梯形等。我礦采用的主要有拱形、梯形、矩形(斜矩形)。


各種斷面形狀優劣順序為:


巷道穩定性、承壓受力方面:圓形→馬蹄形、橢圓形→拱形→梯形、矩形;


巷道斷面利用率方面:梯形、矩形→拱形→馬蹄形→圓形;


施工難易方面:鉆爆法掘進:梯形、矩形→拱形→馬蹄形→圓形;       


拱形巷道又主要分直墻半圓拱形、直墻三心拱形、直墻圓弧拱形等,對于底鼓嚴重的巷道還設底板反拱。它主要用于巷道服務時間長、頂底板壓力大的開拓、準備巷道或回采巷道。


梯形巷道主要用于頂底板壓力不是太大、側壓相對較大、服務時間不是太長的回采巷道或準備巷道,有時也用于壓力不大的開拓巷道(特別是小型礦井)。


矩形巷道主要用于巷道壓力不是太大、沿煤層掘進的準備巷道和回采巷道。


圓形巷道主要用于立井、煤倉等井巷、峒室,以及壓力和變形都很大的開拓巷道(極軟巖巷道)等。


三、巷道支護


1、支護形式


單一支護:主要有錨桿支護、噴漿(噴射混凝土)支護、砌碹支護、棚式支架支護;


聯合支護:主要有錨噴支護、架棚噴支護、錨架支護;


主動支護:錨桿支護、噴漿(噴射混凝土)支護、錨噴支護


被動支護:砌碹支護、棚式支架支護、架棚噴支護;


2、支護形式的主要優缺點


錨桿支護、噴漿(噴射混凝土)支護、錨噴支護等:能充分發揮圍巖自身的作用和承載能力,使圍巖和支護體形成一個整體的結構,共同承擔圍巖的壓力和變形,是一種主動的支護方式,它成本較低,便于實現平行交叉作業,有利于組織快速施工。應用范圍較廣,是值得推廣的主要支護形式。


砌碹支護、棚式支架支護、架棚噴支護等:是一種被動的支護方式,它主要靠支護體被動的承受圍巖的壓力和變形,不能有效的發揮圍巖自身的作用和承載能力。也不利于組織快速施工,應用條件受到一定的限制,不能作為推廣的主支護形式,只能用于一些特定的巷道中。


3、各種支護的組成和施工


1)錨桿支護


⑴、錨桿分類


按錨桿與被支護巖體錨固方式,分為機械式、粘結式和摩擦式三類


根據錨固段位置和長度,分為端頭錨固和全長錨固兩類


按桿體材料,分為木錨桿、竹錨桿、金屬錨桿、(鋼筋)混凝土錨桿、玻璃鋼錨桿等。


我礦現普遍使用的是屬于粘結式金屬全長錨固錨桿。


⑵、粘結式金屬錨桿


粘結式錨桿主要可分為水泥砂漿鋼筋錨桿和水泥或樹脂錨固鋼筋錨桿。我礦現采用的是樹脂錨固鋼筋錨桿。


樹脂錨固鋼筋錨桿由樹脂膠囊、桿體、托板和螺母等組成。


錨桿桿體用于承受張拉作用。托板的作用是將圍巖壓力轉化為對錨桿的拉力;螺母的作用是產生預緊力,預防圍巖松動離層。樹脂膠囊的作用是將桿體與圍巖很好的粘結。


樹脂錨固劑常用的有中速、快速二種,中速錨固劑固化時間4~6min、快

速錨固劑固化時間0.5~1min。Z代表中速(如原來的Z2350),K代表快速(如現在的MSK2360)。


錨桿快速安裝工藝:錨索機將錨桿、快速錨固劑攪拌到位后(錨固劑攪拌時間20~30s),錨索機停止攪拌但不撤下,等待1分鐘后,即直接將錨桿螺母擰緊,完成錨桿的安裝工作。


錨桿的“三徑”匹配:指錨桿孔直徑、錨固劑直徑、錨桿直徑之間的尺寸配合關系。一般要求:鉆孔直徑大于錨桿直徑4~6mm(以6mm最好),錨固劑直徑大于錨桿直徑2~4mm。


⑶、錨桿施工要點


①.錨固劑數量、攪拌時間必須要符合要求,以確保錨桿的抗拔力和錨固效果;


②.螺母必須擰緊,扭矩滿足要求,以確保錨桿的預緊力;現我礦要求錨桿螺母的扭矩為100N.m。


③.錨桿安裝角度要達到要求;


④.孔內保持干燥、干凈。


2)、噴射混凝土支護


⑴、噴射類型


主要有干噴、濕噴兩種。我礦現用干噴。


干噴射混凝土是將干混合料用管子送到噴頭,在噴頭處加水后噴射到巖面上;干噴最主要缺點是粉塵大。


⑵、噴射混凝土


①.原料


主要有水泥、骨料(砂子、石子)、外加劑(速凝劑、減水劑、早強劑、防水劑等)、用水。


一般速凝劑摻入量為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;水灰比為0.4~0.45。


⑶、噴射混凝土施工要點


①.掌握好配比和水灰比;


②.待噴巖面沖洗干凈;


③.控制好噴射速度和噴槍頭距巖面的距離(以1m左右最佳);


④.加強養護:混凝土終凝2h后即應養護,并不少于7天,每小班至少一次。


⑤.加強灑水、通風、個體防護等防塵工作。


3)、金屬支架


⑴、分類


①.按材質分:主要有礦用工字鋼金屬支架、礦用U型鋼金屬支架


工字鋼型號:用工字鋼高度的厘米數表示:如12號工字鋼即高度為12cm。


U型鋼型號:用每米重量(公斤)表示,如U29即表示該U型鋼為29kg/m。


②.按斷面形狀分:梯形、拱形


③.按受力、變形性能分:可縮性支架、不可縮支架


綜合起來,以U型鋼拱形可縮性支架、工字鋼梯形剛性支架應用最廣。


⑵、U型鋼拱形可縮性支架


優點:結構較簡單、承載能力較大、可縮性能較好


支架由頂梁、柱腿、連接件、架間拉桿、背板材料等組成。


以對稱式、直腿、半圓拱、三節式支架使用最多。我礦即采用此種形式。


⑶、工字鋼梯形剛性支架


主要用于圍巖比較穩定、變形較小、壓力不太大的巷道中。


支架由頂梁、柱腿、架間拉桿、背板材料等組成。


在頂梁下加設中柱能大為提高頂梁的承載能力。


⑷、支架支護施工要點


①.嚴格控制空幫、漏頂;


②.支架受力均勻,梯形支架肩窩接口剎緊;


③.可縮支架保證可縮量,連接件(卡纜)螺母要緊;我礦現規定卡纜螺母扭矩為120N.m。


④.平巷支架垂直頂底板,斜巷迎山角合理。


四、巷道掘進施工


(一)、水平巖巷施工


有炮掘和機掘二種,以炮掘為多,機掘處于發展階段。


下面介紹炮掘,其一般施工工序有:打眼、裝藥爆破、通風、裝巖、運巖、支護等


1、打眼


⑴.鉆眼機械:鑿巖機(風鉆、風錘),常用氣腿式鑿巖機,有高頻、低頻之分,常用型號有YT-23(即7655)、YT-24、YT-26、YTP-26等,我礦現主要使用YT-23。


⑵.鉆眼工具:用釬子,由釬頭(鉆頭)、釬桿(鉆桿)組成。


⑶.炮眼


①.按作用和位置:分掏槽眼、輔助眼、周邊眼三類。


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、混合掏槽三類。斜眼掏槽又分單向掏槽、多向掏槽(分楔形掏槽、錐形掏槽),一般淺孔或中孔爆破的掏槽眼常用楔形掏槽(或錐形掏槽),這也是我礦常用的掏槽方式。


③.輔助眼


它位于掏槽

眼與周邊眼之間,其作用主要是爆落巖體。煤礦設計


④.周邊眼


它是位于巷道輪廓周邊的炮眼,最主要作用是保證巷道成型。


2、裝藥爆破


⑴.炸藥


煤礦使用炸藥一般是工業用的硝銨類炸藥。


煤礦還必須使用煤礦許用炸藥,我礦是突出礦井,必須使用安全等級不低于三級的煤礦許用炸藥,煤與瓦斯突出危險工作面,必須使用安全等級不低于三級的煤礦許用含水炸藥。


⑵.雷管


煤礦只允許使用煤礦許用瞬發電雷管和煤礦許用毫秒延期電雷管,毫秒電雷管的延期時間不得超過130ms,實際使用中即只能使用1~5段毫秒電雷管。


⑶.裝藥


裝藥結構有正向裝藥、反向裝藥。對高瓦斯礦井,正向裝藥(即起爆藥包位于所有炸藥包的最外端,雷管底部朝向眼底)(正向起爆)安全性較好。


⑷.聯線


有串聯、并聯、混合聯(串并聯、并串聯)三種,一般采用串聯和串并聯較多。


⑸.爆破


毫秒爆破、光面爆破是常用的較先進的爆破技術,尤其應大力推廣光面爆破技術。


3、通風


掘進基本上是采用局部通風機通風,方式有壓入式、抽出式、混合式三種,掘進通風一般應采用局扇壓入式(我礦都是),突出煤層煤巷必須采用壓入式。


4、裝巖


有人工裝巖、機械裝巖二種。


裝巖機械主要有耙斗裝巖機、鏟斗式裝巖機。


耙斗裝巖機的耙斗有0.15、0.3、0.6、0.9m3等幾種。


鏟斗裝巖機有后卸式、側卸式二種。


5、運巖


有人工或機車礦車運輸、機械連續運輸(如刮板運輸機、皮帶運輸機等)等方式,機械連續運巖是發展方向。


采用配套的巖石裝運作業線是優選方案。


巖石裝運作業線主要形式有:


鏟斗后卸式裝巖機(或耙斗裝巖機)――普通礦車――小型電機車;


蟹爪式裝載機――梭式礦車――大型電機車。


6、支護


見前述。


(二)、煤巷掘進


1、煤巷掘進的特點


裝煤量大占用時間長、圍巖較松軟或破碎易發生頂板事故、瓦斯量較大通風管理較困難


2、施工方法


有人工、爆破、機械三種。


3、機械施工(綜掘)


煤巷機械掘進施工有綜掘機掘進和連采機掘進。


煤巷綜掘機能實現落煤(破巖)、裝煤、運煤(轉載)的功能,配套皮帶運輸機運輸能實現快速掘進施工。綜掘機有單截割頭、雙截割頭。單截割頭綜掘機使用較靈活,有利于拱形斷面施工;雙截割頭綜掘機更適用于煤層坡度較小、矩形或梯形斷面的煤巷掘進。


現有已有連續采煤機掘進,掘進速度很快。


(三)、半煤巖巷道施工


1、要注意選擇合理的破巖位置:有挑頂、臥底及挑頂又臥底三種形式。一般以臥底而不破壞頂板為較好。


2、施工時,掏槽眼多布置在煤層中。


3、煤矸可分裝分運或混合裝運。


(四)、上下山施工


1、上山掘進


①.放炮易崩壞支護;


②.大傾角上山山墻易片幫,頂板管理難度較大;


③.上山迎頭易積聚瓦斯,需加強通風管理。


④.掏槽眼多布置在斷面中的底部。


2、下山掘進


①.迎頭排水較困難;


②.運輸較困難且安全威脅較大;


③.底部炮眼施工困難,易發生底板上抬問題。


④.斜巷運輸安全管理和放炮安全管理(重點是瞎炮的預防、處理)是施工安全管理的重點。


(五)、采區煤倉施工


1、煤倉類型


有垂直式(一般成圓形)、傾斜式(坡度一般在60°~70°以上,斷面一般為圓形或拱形。


2、施工方法


有普通反井法、鉆井法、深孔爆破法等。現較普遍采用鉆井法施工。


鉆井法:利用鉆機先從上往下打一小鉆孔,然后利用鉆機從下往上刷大成一小井,最后采用爆破法從上往下把小井刷大至設計尺寸。


(六)、峒室及交岔點施工


1、峒室施工方法


有全斷面一次掘進法、臺階工作面施工法、導峒施工法等。


全斷面掘進法一般適用于斷面不是太大、高度不超過4~5m的峒室,且使用大型施工設備。


臺階工作面

法有正臺階工作面法、倒臺階工作面法;正臺階工作面法安全性較好,適用范圍廣,一般采用較多。正臺階工作面法即將巷道全斷面按高度分成2~3個分層,上分層超前,下分層滯后2m左右(故又稱下行分層施工法),依次向前掘進施工。


導峒施工法即將全斷面分成3個以上的小斷面,按先后次序分別掘進施工,最后一個導峒施工完畢即完成全斷面的掘進施工。一般有頂部導峒施工法和兩側導峒施工法。


2、交岔點施工


類型:有柱墻式(牛鼻子式)交岔點、穿尖式交岔點二類;


施工方法:可以是全斷面一次施工法,也可以是臺階(正臺階為主要)或分次(先施工主巷、再刷大至全斷面)施工法。


施工關鍵點:①.掌握墻高的變化;②.把握好斜墻的斜率和寬度尺寸;③.特別要保證柱墩的施工質量。



復習題庫


1、掘進的地位和作用是什么?


采掘并舉,掘進先行,以掘保采,以采促掘。


采煤以掘進為前提,掘進又服務于采采煤。


2、掘進工程主要有哪些?


主要包括井筒、巷道、峒室三大部分


3、井筒按功能作用分為幾類?


按功能作用分:通常有主井(出煤)、副井(材料、人員運輸等)、風井(通風)、混合井(出煤、運料等)等


4、巷道按坡度、煤巖別、巷道類別是如何分類的?


1)、按坡度分:水平巷道(平巷、石門等)、傾斜巷道(上山、下山等);


2)、按煤巖別分:巖巷(斷面中巖層占4/5及以上)、煤巷(斷面中煤層占4/5及以上)、半煤巖巷道


3)、按巷道類別分:開拓巷道、準備巷道、回采巷道


5、巷道斷面形狀應用多的主要有哪些?我礦主要采用哪些?


應用多的主要有拱形、梯形、矩形(斜矩形)、圓形,其它還有馬蹄形、橢圓形、斜梯形等。我礦采用的主要有拱形、梯形、矩形(斜矩形)。


6、巷道支護形式主要有哪幾種?


單一支護:主要有錨桿支護、噴漿(噴射混凝土)支護、砌碹支護、棚式支架支護;


聯合支護:主要有錨噴支護、架棚噴支護、錨架支護;


7、錨噴支護的主要優點是什么?


能充分發揮圍巖自身的作用和承載能力,使圍巖和支護體形成一個整體的結構,共同承擔圍巖的壓力和變形,是一種主動的支護方式,它成本較低,便于實現平行交叉作業,有利于組織快速施工。應用范圍較廣,是值得推廣的主要支護形式。


8、我礦現采用的樹脂錨固鋼筋錨桿的組成及作用


樹脂錨固鋼筋錨桿由樹脂膠囊、桿體、托板和螺母等組成。


錨桿桿體用于承受張拉作用。托板的作用是將圍巖壓力轉化為對錨桿的拉力;螺母的作用是產生預緊力,預防圍巖松動離層。樹脂膠囊的作用是將桿體與圍巖很好的粘結。


9、錨桿的快速安裝工藝是什么?


錨桿快速安裝工藝:錨索機將錨桿、快速錨固劑攪拌到位后(錨固劑攪拌時間20~30s),錨索機停止攪拌但不撤下,等待1分鐘后,即直接將錨桿螺母擰緊,完成錨桿的安裝工作。


10、什么是錨桿的“三徑”匹配?


錨桿的“三徑”匹配:指錨桿孔直徑、錨固劑直徑、錨桿直徑之間的尺寸配合關系。一般要求:鉆孔直徑大于錨桿直徑4~6mm(以6mm最好),錨固劑直徑大于錨桿直徑2~4mm。


11、錨桿施工對螺母有什么要求?


螺母必須擰緊,扭矩滿足要求,以確保錨桿的預緊力;現我礦要求錨桿螺母的扭矩為100N.m。


12、噴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;水灰比為0.4~0.45。


13、噴射混凝土施工的養護要求?


加強養護:混凝土終凝2h后即應養護,并不少于7天,每小班至少一次。


14、金屬支架按材質分類及材質代號的意義?


按材質分:主要有礦用工字鋼金屬支架、礦用U型鋼金屬支架


工字鋼型號:用工字鋼高度的厘米數表示:如12號工字鋼即高度為12cm。


U型鋼型號:用每米重量(公斤)表示,如U29即表示該U型鋼為29kg/m。


15、U型鋼拱形可縮性支架的優點及組成和應用


優點:結構較簡單、承載能力較大、可縮性能較好


支架由頂梁、柱腿、連接件、架間拉桿、背板材料等組成。


以對稱式、直腿、半圓拱、三節式支架使用最多。我礦即采用此種形式。


16、提高工字鋼梯形剛性支架承載能力的主要措施


在頂梁下加設中柱能大為提高頂梁的承載能力。


17、可縮支架施工對卡纜螺母的要求?


保證可縮量,連接件(卡纜)螺母要緊;我礦現規定卡纜螺母扭矩為120N.m。


18、水平巖巷的主要炮掘工藝?


其一般施工工序有:打眼、裝藥爆破、通風、裝巖、運巖、支護等


19、炮眼的分類


按作用和位置:分掏槽眼、輔助眼、周邊眼三類。


20、掏槽眼的作用及我礦常用方式


掏槽眼作用:增加爆破的自由面,提高爆破效果。


一般淺孔或中孔爆破的掏槽眼常用楔形掏槽(或錐形掏槽),這也是我礦常用的掏槽方式。


21、我礦使用炸藥、雷管的要求


我礦是突出礦井,必須使用安全等級不低于三級的煤礦許用炸藥,煤與瓦斯突出危險工作面,必須使用安全等級不低于三級的煤礦許用含水炸藥。


煤礦只允許使用煤礦許用瞬發電雷管和煤礦許用毫秒延期電雷管,毫秒電雷管的延期時間不得超過130ms,實際使用中即只能使用1~5段毫秒電雷管。


22、爆破時裝藥、聯線的使用要求


對高瓦斯礦井,正向裝藥(即起爆藥包位于所有炸藥包的最外端,雷管底部朝向眼底)(正向起爆)安全性較好。


聯線:有串聯、并聯、混合聯(串并聯、并串聯)三種,一般采用串聯和串并聯較多。


23、主要的爆破技術?


毫秒爆破、光面爆破是常用的較先進的爆破技術,尤其應大力推廣光面爆破技術。


24、掘進通風方式


一般應采用局扇壓入式(我礦都是),突出煤層煤巷必須采用壓入式。


25、裝運矸石的發展方向


機械裝矸、機械連續運矸是發展方向


26、煤巷施工方法及機械掘進施工的主要方法


施工方法:有人工、爆破、機械三種。


煤巷機械掘進施工有綜掘機掘進和連采機掘進。


27、上下山掘進施工的安全管理重點?


上山掘進


大傾角上山山墻易片幫,頂板管理難度較大;


上山迎頭易積聚瓦斯,需加強通風管理。


下山掘進


斜巷運輸安全管理和放炮安全管理(重點是瞎炮的預防、處理)是施工安全管理的重點。


28、采區煤倉施工方法


現較普遍采用鉆井法施工。


鉆井法:利用鉆機先從上往下打一小鉆孔,然后利用鉆機從下往上刷大成一小井,最后采用爆破法從上往下把小井刷大至設計尺寸。


29、峒室施工方法


有全斷面一次掘進法、臺階工作面施工法、導峒施工法等。


大斷面峒室正臺階工作面法安全性較好,適用范圍廣,一般采用較多。


30、交岔點類型、施工方法及施工關鍵要點?


類型:有柱墻式(牛鼻子式)交岔點、穿尖式交岔點二類;


施工方法:可以是全斷面一次施工法,也可以是臺階(正臺階為主要)施工法。


施工關鍵要點:特別要保證柱墩的施工質量。


煤礦設計


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