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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


采掘並舉,掘進先行,以掘保采,以采促掘。


采煤以掘進為前提,掘進又服務於采采煤。


二、井巷的基本概念


從地麵到井下,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)於煤層走向的水平巷道。


2)、按煤岩別分:岩巷(斷麵中岩層占4/5及以上)、煤巷(斷麵中煤層占4/5及以上)、半煤岩巷道煤礦設計


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(如工作麵機巷、皮帶上山、軌道上山等)、通風巷道(如工作麵風巷、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、斷麵形狀


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)。


各種斷麵形狀優劣順序為:


巷道穩定性、承壓受力方麵:圓形→馬蹄形、橢圓形→拱形→梯形、矩形;


巷道斷麵利用率方麵:梯形、矩形→拱形→馬蹄形→圓形;


施工難易方麵:鑽爆法掘進:梯形、矩形→拱形→馬蹄形→圓形;       


拱形巷道又主要分直牆半圓拱形、直牆三心拱形、直牆圓弧拱形等,對於底鼓嚴重的巷道還設底板反拱。它主要用於巷道服務時間長、頂底板壓力大的開拓、準備巷道或回采巷道。


梯形巷道主要用於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,有時也用於壓力不大的開拓巷道(特別是小型礦井)。


矩形巷道主要用於巷道壓力不是太大、沿煤層掘進的準備巷道和回采巷道。


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


三、巷道支護


1、支護形式


單一支護:主要有錨杆支護、噴漿(噴射混凝土)支護、砌镟支護、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:錨杆支護、噴漿(噴射混凝土)支護、錨噴支護


被動支護:砌镟支護、棚式支架支護、架棚噴支護;


2、支護形式的主要優缺點


錨杆支護、噴漿(噴射混凝土)支護、錨噴支護等:能充分發揮圍岩自身的作用和承載能力,使圍岩和支護體形成一個整體的結構,共同承擔圍岩的壓力和變形,是一種主動的支護方式,它成本較低,便於實現平行交叉作業,有利於組織快速施工。應用範圍較廣,是值得推廣的主要支護形式。


砌镟支護、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岩的壓力和變形,不能有效的發揮圍岩自身的作用和承載能力。也不利於組織快速施工,應用條件受到一定的限製,不能作為推廣的主支護形式,隻能用於一些特定的巷道中。


3、各種支護的組成和施工


1)錨杆支護


⑴、錨杆分類


按錨杆與被支護岩體錨固方式,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


按杆體材料,分為木錨杆、竹錨杆、金屬錨杆、(鋼筋)混凝土錨杆、玻璃鋼錨杆等。


我礦現普遍使用的是屬於粘結式金屬全長錨固錨杆。


⑵、粘結式金屬錨杆


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


樹脂錨固鋼筋錨杆由樹脂膠囊、杆體、托板和螺母等組成。


錨杆杆體用於承受張拉作用。托板的作用是將圍岩壓力轉化為對錨杆的拉力;螺母的作用是產生預緊力,預防圍岩鬆動離層。樹脂膠囊的作用是將杆體與圍岩很好的粘結。


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)。


錨杆快速安裝工藝:錨索機將錨杆、快速錨固劑攪拌到位後(錨固劑攪拌時間20~30s),錨索機停止攪拌但不撤下,等待1分鍾後,即直接將錨杆螺母擰緊,完成錨杆的安裝工作。


錨杆的“三徑”匹配:指錨杆孔直徑、錨固劑直徑、錨杆直徑之間的尺寸配合關係。一般要求:鑽孔直徑大於錨杆直徑4~6mm(以6mm最好),錨固劑直徑大於錨杆直徑2~4mm。


⑶、錨杆施工要點


①.錨固劑數量、攪拌時間必須要符合要求,以確保錨杆的抗拔力和錨固效果;


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


③.錨杆安裝角度要達到要求;


④.孔內保持幹燥、幹淨。


2)、噴射混凝土支護


⑴、噴射類型


主要有幹噴、濕噴兩種。我礦現用幹噴。


幹噴射混凝土是將幹混合料用管子送到噴頭,在噴頭處加水後噴射到岩麵上;幹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.待噴岩麵衝洗幹淨;


③.控製好噴射速度和噴槍頭距岩麵的距離(以1m左右最佳);


④.加強養護:混凝土終凝2h後即應養護,並不少於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.按斷麵形狀分: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、架間拉杆、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


主要用於圍岩比較穩定、變形較小、壓力不太大的巷道中。


支架由頂梁、柱腿、架間拉杆、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.嚴格控製空幫、漏頂;


②.支架受力均勻,梯形支架肩窩接口刹緊;


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)、水平岩巷施工


有炮掘和機掘二種,以炮掘為多,機掘處於發展階段。


下麵介紹炮掘,其一般施工工序有:打眼、裝藥爆破、通風、裝岩、運岩、支護等


1、打眼


⑴.鑽眼機械:鑿岩機(風鑽、風錘),常用氣腿式鑿岩機,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.鑽眼工具:用釺子,由釺頭(鑽頭)、釺杆(鑽杆)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:增加爆破的自由麵,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


它位於掏槽

眼與周邊眼之間,其作用主要是爆落岩體。煤礦設計


④.周邊眼


它是位於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於三級的煤礦許用炸藥,煤與瓦斯突出危險工作麵,必須使用安全等級不低於三級的煤礦許用含水炸藥。


⑵.雷管


煤礦隻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,實際使用中即隻能使用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(即起爆藥包位於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、並聯、混合聯(串並聯、並串聯)三種,一般采用串聯和串並聯較多。


⑸.爆破


毫秒爆破、光麵爆破是常用的較先進的爆破技術,尤其應大力推廣光麵爆破技術。


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、裝岩


有人工裝岩、機械裝岩二種。


裝岩機械主要有耙鬥裝岩機、鏟鬥式裝岩機。


耙鬥裝岩機的耙鬥有0.15、0.3、0.6、0.9m3等幾種。


鏟鬥裝岩機有後卸式、側卸式二種。


5、運岩


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,機械連續運岩是發展方向。


采用配套的岩石裝運作業線是優選方案。


岩石裝運作業線主要形式有:


鏟鬥後卸式裝岩機(或耙鬥裝岩機)――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、圍岩較鬆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(破岩)、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,有利於拱形斷麵施工;雙截割頭綜掘機更適用於煤層坡度較小、矩形或梯形斷麵的煤巷掘進。


現有已有連續采煤機掘進,掘進速度很快。


(三)、半煤岩巷道施工


1、要注意選擇合理的破岩位置: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.大傾角上山山牆易片幫,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.掏槽眼多布置在斷麵中的底部。


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,斷麵一般為圓形或拱形。


2、施工方法


有普通反井法、鑽井法、深孔爆破法等。現較普遍采用鑽井法施工。


鑽井法:利用鑽機先從上往下打一小鑽孔,然後利用鑽機從下往上刷大成一小井,最後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


有全斷麵一次掘進法、台階工作麵施工法、導峒施工法等。


全斷麵掘進法一般適用於斷麵不是太大、高度不超過4~5m的峒室,且使用大型施工設備。


台階工作麵

法有正台階工作麵法、倒台階工作麵法;正台階工作麵法安全性較好,適用範圍廣,一般采用較多。正台階工作麵法即將巷道全斷麵按高度分成2~3個分層,上分層超前,下分層滯後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麵分成3個以上的小斷麵,按先後次序分別掘進施工,最後一個導峒施工完畢即完成全斷麵的掘進施工。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:有柱牆式(牛鼻子式)交岔點、穿尖式交岔點二類;


施工方法:可以是全斷麵一次施工法,也可以是台階(正台階為主要)或分次(先施工主巷、再刷大至全斷麵)施工法。


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



複習題庫


1、掘進的地位和作用是什麽?


采掘並舉,掘進先行,以掘保采,以采促掘。


采煤以掘進為前提,掘進又服務於采采煤。


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、煤岩別、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)、按煤岩別分:岩巷(斷麵中岩層占4/5及以上)、煤巷(斷麵中煤層占4/5及以上)、半煤岩巷道


3)、按巷道類別分:開拓巷道、準備巷道、回采巷道


5、巷道斷麵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:主要有錨杆支護、噴漿(噴射混凝土)支護、砌镟支護、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麽?


能充分發揮圍岩自身的作用和承載能力,使圍岩和支護體形成一個整體的結構,共同承擔圍岩的壓力和變形,是一種主動的支護方式,它成本較低,便於實現平行交叉作業,有利於組織快速施工。應用範圍較廣,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杆的組成及作用


樹脂錨固鋼筋錨杆由樹脂膠囊、杆體、托板和螺母等組成。


錨杆杆體用於承受張拉作用。托板的作用是將圍岩壓力轉化為對錨杆的拉力;螺母的作用是產生預緊力,預防圍岩鬆動離層。樹脂膠囊的作用是將杆體與圍岩很好的粘結。


9、錨杆的快速安裝工藝是什麽?


錨杆快速安裝工藝:錨索機將錨杆、快速錨固劑攪拌到位後(錨固劑攪拌時間20~30s),錨索機停止攪拌但不撤下,等待1分鍾後,即直接將錨杆螺母擰緊,完成錨杆的安裝工作。


10、什麽是錨杆的“三徑”匹配?


錨杆的“三徑”匹配:指錨杆孔直徑、錨固劑直徑、錨杆直徑之間的尺寸配合關係。一般要求:鑽孔直徑大於錨杆直徑4~6mm(以6mm最好),錨固劑直徑大於錨杆直徑2~4mm。


11、錨杆施工對螺母有什麽要求?


螺母必須擰緊,扭矩滿足要求,以確保錨杆的預緊力;現我礦要求錨杆螺母的扭矩為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後即應養護,並不少於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、架間拉杆、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、水平岩巷的主要炮掘工藝?


其一般施工工序有:打眼、裝藥爆破、通風、裝岩、運岩、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:增加爆破的自由麵,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於三級的煤礦許用炸藥,煤與瓦斯突出危險工作麵,必須使用安全等級不低於三級的煤礦許用含水炸藥。


煤礦隻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,實際使用中即隻能使用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(即起爆藥包位於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、並聯、混合聯(串並聯、並串聯)三種,一般采用串聯和串並聯較多。


23、主要的爆破技術?


毫秒爆破、光麵爆破是常用的較先進的爆破技術,尤其應大力推廣光麵爆破技術。


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


大傾角上山山牆易片幫,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


現較普遍采用鑽井法施工。


鑽井法:利用鑽機先從上往下打一小鑽孔,然後利用鑽機從下往上刷大成一小井,最後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


有全斷麵一次掘進法、台階工作麵施工法、導峒施工法等。


大斷麵峒室正台階工作麵法安全性較好,適用範圍廣,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:有柱牆式(牛鼻子式)交岔點、穿尖式交岔點二類;


施工方法:可以是全斷麵一次施工法,也可以是台階(正台階為主要)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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