井巷工程教案

1、湖南科技大学能源与安全工程学院井巷工程教案（1）课程名称 井巷工程 第一周 第一次课 教师姓名叶洲元职称讲师系采矿工程教学课时2授课题目绪论第一章 岩石性质与工程分级1、岩石的物理性质2、岩石的力学性质3、岩石的工程分级教学对象2003级采矿1班授课地点二教楼304教学方式讲授本课重点、难点：1、岩石变形特征；2、岩石动力学性质；3、岩石工程分级。教学目标：1、了解井巷工程知识涉及的内容和意义；2、了解岩石主要方面的性质，即物理性质、力学性质等；3、理解井巷工程施工与岩石工程分级的关系。主要教学内容：绪 论1、井巷工程涉及的主要内容： 矿山建设：地质勘探：找矿，探明储量，赋存条件等。计划性建设

2、：采矿方法，地面设施的规划等。实质性建设：地面设施（场地、办公等）的建设 地下设施（通道、设备等）的建设井巷工程 井巷工程：从地面开始，开凿一系列的井筒、硐室及巷道等，其中包括巷道形状的设计、施工、组织管理等一系列的活动。 以前：采掘分离 目前：混合式 采掘分离 采掘同步2、意义： 以煤为主的能源结构 采掘比例失调严重影响煤炭工业的正常生产与发展1授 课 内 容3、现状： 井巷工程施工技术可分为：立井：1大型设备的应用：凿井绞车、提升机、凿井井架、钻架等 2立井混合作业 3质量提高、防腐技术、支护技术 4特殊凿井方法：冻结法、沉井法、帷幕法平巷：机械化作业 成巷技术 支护技术 大型设备、掘进机

3、的应用斜井：机械化作业4、本书结构： 第一章 基础 第七、八、九章 特殊条件巷道施工 第二章 工具 第十章 立井设计与施工 第三章 平巷（斜巷）设计 第十一章 立井延伸 第四、五、六章 施工、组织管理 第一章 岩石性质与工程分级1、概述 术语辨析 岩块：从岩层中切取出来的较小块体 岩体：岩层中较大范围内的自然地质体。 岩石：弱面：岩体中与所研究的岩体中岩块相比具有强度低，易变形的结构，主要有层理、节理、断面、裂隙面等。表土：通常指覆盖在地壳上部的第四纪沉积物，如黄土、粘土、流沙、淤泥等。基岩：指表土以下的固结物。2、物理性质 1） 比重：岩石固体实体积的质量与通体积水的质量之比。实体积指不包括

4、空隙在内的实体体积。2） 密度：岩石单位体积的质量。 干密度，绝对干燥后 湿密度，含水情况下 3） 空隙 空隙性：岩石中的裂隙和空隙的发育程度。 空隙度：岩石内各种裂隙、空隙的总体积与岩石固体总体积之比。 空隙比：岩石中各种裂隙、空隙的总体积与岩石固体矿物颗粒的体积之比。 4） 吸水性吸水率：岩石试件在大气压力下吸入水的质量与岩石试件烘干质量之比。5） 碎涨性碎涨系数：岩石破碎后的总体积与原岩破碎前体积之比。3、力学性质 1）岩石变形特征由于岩石受到的外载荷一般可分为静载荷和动载荷，因此，岩石的变形特征也因之存在两种情形：静载荷下的变形和动载荷下的变形。动静载荷的区别：按应变率分级的载荷状态（

5、1）静载荷下岩石变形特征OA段：斜率增大，E增大，裂隙闭合，体积有所缩小裂隙压密阶段；AB段：斜率几乎不变，E不变线弹性阶段；BC段：斜率减小，E减小，裂隙增加，破损增加破损发育阶段；CD段：应力减小，裂隙更多，破损加剧，直至破坏。OB段为弹性变形阶段，B点为弹性极限；BC段为弹塑性变形阶段，C点为极限抗压强度。在BC段内任一点P卸载时，曲线按PQ变化；重新加载，曲线按QR变化；PQR称为塑性滞环。QS为弹性变形，卸载时可恢复；OQ为塑性变形，卸载不能恢复。在CD段内任一点T卸载时，曲线按TU变化，重新加载，曲线按UV变化。（2）动载荷下岩石变形特征外力是时间函数，随时间发生变化。岩石中的力或

6、变形是以波的形式传递的服从冲量定理、能力守恒定律、力的平衡等规律。辨析：岩石在力的作用下，会产生变形，其变形不尽相同。有的岩石受力变形，离撤销后，又恢复原状；有的受力变形很小就破坏；有的受力变形很大才破坏。前一种表现的是弹性，第二中表现的是脆性，第三种表现的是塑性。弹性：脆性破坏：永久变形或全部变形小于3%，岩石就发生破坏脆性岩石塑性破坏：永久变形或全部变形大于5%，岩石就发生破坏塑性岩石在3%5%之间的是过渡状态。岩石的弹性、塑性和脆性不是绝对的，可随受力状态、加载速度、温度等条件发生变化。2）岩石的强度特征岩石的强度是指在外载荷作用下抵抗破坏的能力，可分为静载荷下和动载荷下强度。（1）静载

7、荷下岩石强度强度测定方法：将岩石制成一定形状和尺寸的试件，在材料试验机或三轴压力试验机上进行拉、压、剪、弯等强度试验，或利用点载荷仪进行点载荷试验，或在现场进行岩体试验。 主要性质： 在大多数情况下，岩石表现为脆性破坏； 同一种岩石的强度并非常数； 一般的，单轴抗压强度>单轴抗剪强度>单轴抗弯强度>单轴抗拉强度， 三轴抗压强度>双轴抗压强度>单轴抗压强度（2）动载荷下岩石强度强度测定方法：将岩石制成一定形状和尺寸的试件，在冲击试验机或特殊三轴压力试验机上进行动载荷强度试验。主要性质：与加载速率有关；在冲击载荷作用下，岩石强度比静载荷下的岩石强度大。3）岩石硬度岩石

8、硬度是指岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力。根据在何不同分为静压入硬度和回弹硬度。硬度测定方法：静压入硬度：用底面积为15mm2的圆柱形平底压模压入岩石试件中，直至眼时产生脆性破坏或屈服，以此时的强度作为硬度指标。实质是静载荷下的硬度。岩石试件尺寸要求：不小于505050mm3的立方体或5050mm的圆柱体，上下端面平行度不大于0.1mm。压模高度：一般为16mm回弹硬度：以重物撞击岩石表面回弹的回弹高度表示，常用肖氏硬度计或施米特锤测定。实质是动载荷下的硬度肖氏硬度计是利用在一定长度的玻璃管内、一定质量的冲头从某以高度自由下落回弹的高度来表示岩石的回弹硬度。4）岩石的可爆性和可钻性是用来表示岩石

9、钻眼或爆破的难易程度，是岩石物理力学性质在具体工程条件下的综合反映，常用工艺指标表示。（1）岩石的可钻性：可用钻速、钻进每米炮眼所需时间、钻头进尺、钻每米炮眼所磨钝的钎头数目等。可钻性测试：利用重锤自由下落时产生的固定冲击功冲击钎头、破碎岩石，然后量测破碎的体积。常用以下两项指标表示凿岩比功：破碎单位体积岩石所作的功，J/cm3；钎刃磨钝宽度：钎刃两端向内4mm处的磨钝宽度，mm。（2）岩石可爆性：可用炸药单耗、爆破单位体积岩石所需炮眼长度、单位炸药的爆破量、每米炮眼的爆破量等。4、岩石的工程分级1）分级意义不同的岩石，其物理力学性质都不相同。施工时，选用的方法、设备及参数都有不同，耗损的材料

10、也不一样，故要对岩石进行工程分级。2）分级方法分级方法较多，本书主要提及到三种：普氏分级：前苏联M.M普罗托起亚科诺夫于1926年用“坚固性”概念作为分级依据。岩石坚固性表示岩石在各种采矿作业及地压等外力作用下破坏的相对难易程度。普氏岩石坚固性系数 = 单轴抗压强度（MPa）按大小，将岩石分为十级十五种。P13普氏分级方法简明，便于使用，但没有反映岩体特征。如岩石各向异性，不一样。我国煤炭部门制定的围岩分级标准分为五级：稳定、稳定性较好、中等稳定、稳定性较差和不稳定岩层p1314。美国“岩芯质量指标”（R.Q.D）钻探时，将钻孔中直接获取的岩芯总长度除去破碎及软弱加泥的长度，再与钻孔总进尺相比

11、的百分数。按大小分为五级：优质、良好、好、差、很差。湖南科技大学能源与安全工程学院井巷工程教案（1）课程名称 井巷工程 第一周 第二次课 教师姓名叶洲元职称讲师系采矿工程教学课时2授课题目第二章 钻眼爆破1、钻眼机械2、钻眼工具教学对象2003级采矿1班授课地点二教楼304教学方式讲授本课重点、难点：1、机械破岩机理；2、风动凿岩机的结构及工作原理；3、钎子构成及参数。教学目标：1、了解机械破岩机理；2、理解风动凿岩机的结构及工作原理；3、理解钎子参数意义及选择。主要教学内容：第二章 钻眼爆破1、钻眼机械 爆破破岩，必须钻眼。钻眼的方法目前主要分为两种：冲击式：在硬度较大的矿岩中钻眼凿岩机旋转

12、是：在硬度较小的矿岩中打眼，如煤层、软岩电钻 1）凿岩机 一、分类以使用的动力不同，分为三种：风动、液压、电动风动凿岩机发展较成熟，但噪音大，震动大等缺点液压凿岩机成本高，现在研究水压凿岩机（深部开采）电动凿岩机二、风动凿岩机一）类型 气腿式水平孔 上向式上部孔 导轨式水平孔5二、构造（以气腿式凿岩机为主）主机分为三部分：柄体、缸体、机头柄体：进气和进水管、操纵阀、气腿的调压阀、换向阀、水针、风水联动装置缸体：活塞、配气阀、棘轮、螺旋棒机头：三、工作原理一）冲击机构冲击机构主要有气缸、活塞及配气装置组成。借助配气装置可自动变换压气交替进入气缸的后、前腔，使活塞在气缸中前后移动，与之联为一体的锤

13、G也随之前后移动。向前移动叫冲程，锤在冲程末端打击钎子，向后移动叫回程，为下一次冲击作准备。 常用的配气装置有环阀、控制阀和无阀配气三种。（一）环阀配气环阀具有结构简单、加工容易、动作可靠等优点(图1)。冲程。在图1.a中，压气从操纵阀孔道1进入柄体气室2，经棘轮孔道3和阀柜孔道4进入阀柜前气室5。当配气阀c于阀柜后方时，压气经过由配气阀与阀柜前盖之间的缝隙进入气缸后腔，推动活塞前进。这时气缸前腔是经排气口8与大气接通的。当活塞向前移动到前端面9堵住排气口8时，气缸前腔的剩余空气将因活塞的继续前移而被压缩，其压力逐渐增高，并沿回程孔道11返回到阀柜后气室10，对配气阀的后端面施加压力。这时活塞

14、后端面7已经越过了排气口8，气缸后腔排气，但活塞由于惯性还在继续向前移动，并使活塞冲击钎子。由于气缸后腔排气，阀的前端面压力也迅速降低，当压力降到低于阀后端面上剩余气体压力时，配气阀就被推向前，封死了进气缝隙，气缸后腔停止进气，结束了冲程运动。回程。在图1.b中，压气自气室5经配气阀后端面与阀柜之间的缝隙进入气室10，并经孔道11进入气缸前腔，推动活塞后退。当活塞后端面7堵住排气口时，气缸后腔的剩余气体也因活塞后移逐渐增加压力，并通过孔道6作用在配气阀的前端面。由于活塞前端面9越过了排气口，气缸前腔，孔道11和气室10的压力都迅速下降，当配气两前端面压力高于后端面时，配气阀就被推后退，重新开始

15、下一个冲程运动。（二）控制阀配气控制阀是一种适应性更强、工作更稳定可靠的配气装置。它的特点是配气阀的换位是由压气推动的，这样可保证活塞走完全部冲程，但是在缸体上要多两条控制气道，阀的加工也比较复杂。国产凿岩机采用这种阀的最多，它的工作原理见图2。冲程时配气阀位于阀柜后方。压气经l、2、3、5、6进入气缸后腔，推动活塞前进。当活塞后端面打开控制气道8时，一部分压气经8进入气室9推阀向前换位。此时活塞还继续前进使气缸后腔接通排气孔7并冲击钎子。回程时，配气阀位于阀柜前方，压气经孔道ll进入气缸前腔使活塞后退。在活塞前端面打开控制气道l O时，压气进入气室4推阀后移换位。图1 凿岩机主要构造和环阀配

16、气原理a冲程；b回程图2 配气阀配气原理a冲程；b回程(三)无阀配气无阀配气投有专用的配气阀，它利用与活塞连在一起的一段圆杆，随着活塞的移动来完成配气工作。它的结构简单，能充分利用压气膨胀作功。这利凿岩机的活塞冲程较短、冲击频率比较高，故钻速快、耗气少、效率高，但噪音及震动也比较大。它的工作原理见图3。冲程时，活塞及配气圆杆均位于后方，压气经气道1进入气缸后腔推活塞前进。当圆杆封闭住气道1时，后腔停止进气，依靠已充入气缸后腔的压气膨胀作功，使活塞继续前进并打开排气口，使后腔排气。此时，活塞靠惯性向前冲击钎子，同时配气圆杆打开气道2。回程时，压气经由气道2进入气缸前腔，推动活塞和配气圆杆后退，陆

17、续封闭气道2、打开排气口、最终再打开气道1，又进行下一个冲程运动。图3 无阀配气原理a冲程；b回程二）旋转机构（一）内棘轮和螺旋棒转钎机构常用的转钎机构是内棘轮和螺旋棒转钎机构，在阀柜后面，装有一个内齿棘轮，与螺旋棒咬合，构成逆止机构使螺旋棒只能顺时针转动。螺旋棒上的斜齿用螺旋母与活塞咬合。冲程时，活塞前进推动螺旋棒旋转，活塞能直向前进；回程时，由于螺旋棒不能逆转，棘轮与阀柜又都是用销钉固定在缸体上，故迫使活塞沿螺旋棒斜齿转动一小角度。活塞前端的锤用花键与转动套咬合，六角形钎尾也插在转动套中，因此活塞回程时就带动转动套和钎子一齐转动。如图4。图4 内棘轮与螺旋棒转钎机构1螺旋棒；2棘爪；3内棘

18、轮；4活塞；5转动套；6钎子（二）外棘轮与活塞螺旋槽转钎机构对于无阀凿岩机，由于活塞后面带有配气圆杆，无法安设螺旋棒需要采用这种转钎机构，见图5。在活塞锤上有四条直槽6和四条斜槽3，直槽与转动套7咬合，斜槽与外齿棘轮4咬合。外齿棘轮与安设在机壳上的棘爪5组成逆止机构，使棘轮只能按图中实线箭头方向旋转，不能逆转。冲程时，活塞迫使棘轮转动，活塞不转。回程时，由于棘轮不能逆转，斜槽迫使活塞一面后退一面旋转，同时直槽推动转动套和钎子一齐转动。图5 外棘轮与螺旋棒转钎机构1配气圆杆；2活塞；3活塞螺旋槽；4外棘轮；5棘爪；6活塞直槽；7转动套；8钎子（三） 独立回转机构有一种独立回转机构，常为重型凿岩机

19、和液压凿岩机采用。它由一个专用马达(风动或液压)经减速后带动钎子连续旋转。特点是扭矩大，不易夹钎，转速可调能适用于各种不同的岩石，可以反转便于安装拆卸接杆钎子。三）排粉机构（一）分类干式和湿式干式排粉：将压气导入钎子中心孔送到炮眼底部，吹出岩粉；湿式排粉：将压力水经由水针和钎子中心孔送到炮眼底部，使岩粉充分润湿后排出；凿岩机设有风水联动装置，以保证开钻时立刻供水，停钻时立刻停水。凿岩机工作时，柄体气室的压气经孔道3推注水阀2向后移动，打开水道5，使水流入水针。停钻时，由于柄体气室没有压气，弹簧1推动注水阀堵住进水孔道5，使水不能进入水针。图6 风水联动注水阀a工作时；b停钻时四）支撑机构凿岩机

20、的重量在20kg以上，使用时必须将它支持起来以减轻劳动、方便操作。因此就需要灵活适用的架支设备。在打眼时还要给凿岩机以合适的轴向推力，以克服钎子反跳，才能更有效地钻凿孔底岩石，故推进设备也是非常必要的。图7 气腿构造图8 悬挂式注油器气腿是凿岩机的一个附件。气腿的控制部件(调压阀、换向阀)都已集中设置于凿岩机的柄体上，使它成为气腿式凿岩机的一个组成部分。气腿的构造见图7，它是一组由内管1、伸缩管2、外管3所组成的三层套管。在伸缩管上安设活塞5，将外管分隔成上腔6和下腔4。气孔A通上腔，气孔B经内管和伸缩管上的小孔7通至下腔。由柄体气孔1进来的压气，先将换向阀3推向左端，压气经调压阀2进入A孔到

21、气腿上腔。此时换向阀上的沟槽将孔B与排气孔c联通，气腿下腔通过孔7、内管、孔B、排气孔c与大气相通，故使气腿伸长。需要气腿缩回时，扳动手柄内的换向扳机，将换向阀推向右端，压气则改由换向阀孔道至孔B而到气腿下腔。此时换向阀上的沟槽将孔A与排气孔c联通，上腔通过孔A、孔c与大气相通，故气腿快速缩回。气腿力可用调压阀来控制。调压阀套在换向阀上，用小手柄来转动，见图9，当小手柄朝顺时针方向扳到尽头时，调压阀进气孔1与气腿上腔进气孔A恰好对正，进气量最大，推进力也最大。逆时针方向旋转时，孔1与孔A错开，这时与孔A相对的是两条月牙槽，槽2与孔1相连，是一条进气槽，转角增大时断面逐渐减小，另一条槽3与2的方

22、向相反并经横槽4与排气孔相连。故转角增大不但进气少而且泄漏增多，所以能有效地调节气腿推进力。逆时针转到尽头时，进气路完全封闭，气腿上、下腔均与大气相通。把气腿倾斜支撑在凿岩机下面，气腿的推力可以分解为架支凿岩机和推进凿岩机两个分力，故气腿既是架支设备。也是推进设备。著要架支力和推进力都合适，气腿的支设角度应在30º50º，过大则推进力不足，过小又会影响支承能力。初开钻时应当支设为与底板成45º50º角，随炮眼加深，支设角逐渐减小。当减小到30º或伸缩管完全伸出时，就应扳动扳机使气腿缩回重新支设。五）润滑部分（注油器）（一）分类：分为悬挂式和落地

23、式两种。悬挂式的悬在风管弯头处，容油量小；落地式注油器放在离凿岩机不远的进风管中部，容油量大，其结构基本相同。悬挂式注油器构造如图8所示。注油器内管与进风软管相连。当压气在内管中通过时，经横管上的小孔1进入由内管和外管夹层构成的油室2，使油面压力增大，润滑油就沿着导管4经针形阀从横管上的小孔3喷出，并被压气吹散成雾状，与压气混合一起进入凿岩机。凿岩机内凡是压气能到达的地方，油雾也能到达，使凿岩机零件能够得到良好的润滑。六）操纵部分图9 调压伐工作原理操纵部分主要指手柄及调压阀。手柄控制冲击进气，调压阀可控制气腿进气。利用调压阀可控制气腿力。调压阀套在换向阀上，用小手柄来转动，见图9，当小手柄朝

24、顺时针方向扳到尽头时，调压阀进气孔1与气腿上腔进气孔A恰好对正，进气量最大，推进力也最大。逆时针方向旋转时，孔1与孔A错开，这时与孔A相对的是两条月牙槽，槽2与孔1相连，是一条进气槽，转角增大时断面逐渐减小，另一条槽3与2的方向相反并经横槽4与排气孔相连。故转角增大不但进气少而且泄漏增多，所以能有效地调节气腿推进力。逆时针转到尽头时，进气路完全封闭，气腿上、下腔均与大气相通。四、凿岩机的性能参数冲击功：活塞冲击钎杆所作的功。影响冲击功大小的因素：风压、活塞直径和行程。扭矩：推动钎子旋转的力矩。冲击频率：活塞每分钟冲击钎子的次数。耗风量：凿岩机正常工作所消耗的压气量。2）凿岩台车 （1）分类轨轮

25、式、履带式、轮胎式 （2）构造车体、主钻背、推进器 （3）工作原理升降油缸可使钻背上下摆动，借助平行四连杆机构可使推进器升降，以保持钻眼的平行度；水平摆角油缸和俯仰角油缸可使推进器水平摆动和绕钻背端点垂直摆动，以钻进不同方向的炮眼；补偿油缸使推进器紧顶在工作面上；回转油缸可使推进器绕油缸轴线翻转180，以钻进巷道周边眼和底眼。推进机构采用风动马达丝杆推进方式。3）液压凿岩机以液压为动力，通过配油机构，是高压油交替作用于活塞两端，形成压差，迫使活塞在缸体内往返运动，完成冲击钎子、破碎岩石的功能。 转钎机构采用独立的外回转机构，压力水排粉。4）电动凿岩机（电钻）以电能作为动力按使用条件分为煤电钻和

26、岩石电钻 （1）煤电钻一、构造：电动机、减速器、散热装置、开关、手柄、外壳等组成。二、工作原理： 煤电钻钻眼属于旋转式钻眼法。人为对钻头施加轴向压力，将钎刃压入岩石中，同时钎头不断旋转，产生扭矩，推动钎刃产生切削力向前切削岩石，使孔底岩石连续的沿螺旋线破坏。三、使用条件 用于较软岩层或煤层中 （2）岩石电钻一、构造：与煤电钻基本相同。二、工作原理： 岩石电钻钻眼属于旋转式钻眼法。人为对钻头施加轴向压力，将钎刃压入岩石中，同时钎头不断旋转，产生扭矩，推动钎刃产生切削力向前切削岩石，使孔底岩石连续的沿螺旋线破坏。三、使用条件与煤电钻相比，主要用于较硬岩层或煤层中2、钻眼工具1)凿岩机钎子构成：钎头

27、、钎杆（1）钎头形状：一字形、十字形、球齿形一字形：冲击力集中，凿入深度大，制造工艺简单；易夹钎，磨损快十字形：容易开眼，夹钎少；凿进速度低，制造工艺复杂球齿形：容易开眼，不易夹钎，炮眼较圆，重复破岩少，耐磨，凿岩速度高；制造工艺复杂 主要参数： 刃角：刃头两刃面的夹角，一般为90º120º，多为110º。 刃角小，易凿入岩石中，凿岩速度快，易磨钝和破裂；刃角大，钎刃强度高，耐磨性好。 隙角：两侧面的倾角。作用是减少钎头与眼壁的摩擦，避免卡钎。隙角大，易崩角，加剧钎头径向磨损；隙角小，易卡钎。我国镶合金片钎头隙角为3º，球齿钎头隙角在7º左右。

28、初始直径：一般为3843mm。 排粉沟吹洗孔 钎头材料：锰铬合金、钨钴类合金 钎头型号：通常用硬质合金牌号和型号表示硬质合金牌号（成分、性能）：YG8C，Y表示硬质合金，G表示钴，其后数值表示其合金百分数，C表示粗晶粒合金，X表示细晶粒合金。硬质合金型号（形状、尺寸）：K0型（长片状）、K1型（短片状）、K318（楔片状）、Q型（球齿状）、Z型（锥球齿状）、K0型主要用于一字形钎头，K1型主要用于镶焊十字形钎头，Q型及Z型主要用于镶嵌球齿钎头。 （2）钎杆 构成：钎梢、钎身、钎肩、钎尾 形状：中空六角形环形钎肩 中空圆形耳形钎肩电钻钻具（1）煤电钻钻具组成：钻头、麻花钻杆钻头：两翼、三翼麻花钻

29、杆：前端，方槽尾孔；中部，麻花螺纹；尾部，圆柱形。主要参数：主刃夹角：两主刃构成的夹角副刃夹角：两副刃构成的夹角。主副刃夹角：主刃与副刃构成的夹角。此角越小越尖锐，也就越易压入岩石中，但也易磨损。因此，在煤和软岩中，主副刃夹角应小些；在硬岩中，主副刃夹角应大些。刃角：越大，钻刃越坚固；越小，越锋利，越易压入岩石中，但强度低，磨损快。 前角：后角：减少钻刃与眼底岩石的摩擦。隙角：减少钻刃与眼壁的摩擦。 （2）岩石电钻钻具 与凿岩机的钎杆相同，略短。湖南科技大学能源与安全工程学院井巷工程教案（1）课程名称 井巷工程 第十一周 第一次课 教师姓名叶洲元职称讲师系采矿工程教学课时2授课题目第十一章 立

30、井井筒的延深1、利用反井延深井筒2、延伸井筒的保护措施教学对象2003级采矿1班授课地点二教304教学方式讲授9本课重点、难点：1、 利用反井延伸井筒；2、 延伸井筒的保护措施。教学目标：1、 理解利用反井延伸井筒的过程；2、 理解延伸井筒的保护措施。主要教学内容：第十一章 立井井筒的延深第三节 利用反井延深井筒一、施工准备 利用反井延探井筒时，在延深施工之前必须有一个井筒或下山已经到达延深新水平，并且已有巷道通往延深井的井底。二、施工方法1）普通反井施工（同煤仓反井施工）优点：延深辅助工程量小，需要的延深设备少。缺点：人员爬梯子上下费劲，材料运输不方便，材料消耗量大，通风条件差，工作面易积聚

31、瓦斯，在地质和水文地质条件较差时将会影响施工作业安全。2）吊罐反并施工法准备工作：自生产水平暗斜井延深辅助水平施工：破岩：爆破器材防入吊罐下部药箱内。作业人员进入吊罐，吊罐上升至工作面检查浮石、顶板、装药、联线、下放吊罐，同时将其移至安全位置，放炮、落岩。施工设备1）吊罐：吊罐既是提升容器，又是一个可为展开和收拢的工作平台。华-1型吊罐 气动吊罐2）绞车：固定式：游动式：电动机、测速箱、卷筒、制动器、和行走装置组成（华-1型吊罐绞车），提升能力较小，只适用不超过100m的反井施工。第四节 延伸井筒的保护措施立井井筒延伸通常要求在不停止生产水平生产前提下进行施工，为保证延伸井筒工作人员的安全，须

32、设安全保护设施。1、保护岩柱+护顶盘保护盘由钢梁和木板构成。2、人工保护盘 1）水平保护盘（p269，图11-18） 由盘梁、隔水层和缓冲层构成。盘梁通常是工字钢制成。 2) 楔形保护盘（p269，图11-19） 隔水层由方木、钢板、粘土层砂浆层或混凝土层组成。 底盘、楔形盘体、缓冲塞组成。楔形盘体：砖、型钢，1825°。缓冲塞：方木或弹性物组成，用扁钢。湖南科技大学能源与安全工程学院井巷工程教案课程名称 井巷工程 第二周 第一次课 教师姓名叶洲元职称讲师系采矿工程教学课时2授课题目凿岩机拆装实验教学对象采030101授课地点采矿楼教学方式实验实验重点、难点：1、风动凿岩机的构造；2

33、、凿岩机的工作原理及工作状态。实验目标：1、了解风动凿岩机的构造； 2、理解凿岩机各个部分的工作状态；3、提高学生的动手能力。主要实验内容：风动凿岩机的拆装（动手拆装）上向式凿岩机参观导轨式凿岩机参观岩石钻机参观煤电钻参观钻具参观学生分组：学生36人，按学号分3组一组：112 二组：1324三组：2536湖南科技大学能源与安全工程学院井巷工程教案（1）课程名称 井巷工程 第一周 第二次课 教师姓名叶洲元职称讲师系采矿工程教学课时2授课题目第二章 钻眼爆破1、爆破系统教学对象2003级采矿1班授课地点二教楼304教学方式讲授本课重点、难点：1、爆炸理论；2、矿用炸药的性质；3、起爆、传爆器材；4

34、、起爆网络；5、煤矿爆破安全。教学目标：1、了解爆炸理论；2、理解矿用炸药、起爆、传爆器材性质；3、理解起爆网络；4、理解煤矿用炸药安全。主要教学内容：第二章 钻眼爆破一、爆炸理论1、爆炸1）定义：物质发生急剧变化，瞬间放出大量能量，对周围介质作功，使之破坏，同时可能伴随声、光、热效应的现象。2）基本特征：快速反应；发出大量的热；大量气体生成。3）分类：物理爆炸化学爆炸核爆炸42、炸药及其分类定义：在一定条件下，能够快速的发生化学反应，放出能量，生成气体产物，显示爆炸效应的化合物或混合物。主要元素：C H O N分类：按组分分类：单质炸药 混合炸药按作用、用途分类：起爆药 猛炸药 发射药3、炸

35、药的氧平衡定义：氧平衡，是衡量炸药中实际含氧量与炸药中碳、氢被完全氧化时所需要的氧量之间能否达到平衡的一种指标。意义：炸药爆炸反应的过程中，碳，氢元素氧化所需要的氧元素，由炸药本身提供，而不受大气条件的影响。若炸药本身含有足够的氧，反应则为理想氧化反应，其生成的产物是：H2O、CO2、N2，反应释放热量最大，从理论上讲，不产生有毒气体：若氧气不足，产物除H2O、CO2、N2外，还会有CO、H2、C 等，反应释放热量不大，而且CO 是有毒气体；若炸药本身所含有的氧过程，氢完全氧化后还有多余，则产物有H2O、CO2、N2和游离氧，游离氧有可能与N2化合，生产NO、NO2，此反应为吸热反应，且NO、

36、NO2有毒。计算公式：单质炸药： 分子式为CwHxOyNzO.B.=混合炸药：混合炸药一般都由氧化剂、敏化剂，可燃剂等成份混合而成的。计算混合炸药的氧平衡时，首先需要知道组成成分及其在炸药中所占的比例，然后通过计算或查表（氧平衡率表）求出混合炸药中各组成成分的氧平衡率，再分别乘以各成分在炸药中所占的百分数，最后求出各乘积的代数和，即得出该混合炸药的氧平衡率。（1）O.B.0，炸药中的氧含量足够将碳、氢量完全氧化，且剩余，称为正氧平衡。（2）O.B.=0，炸药中氧的含量恰好能将碳、氢完全氧化，称为零氧平衡；（3）O.B.0，炸药中氧的含量不足以将碳、氢完全氧化，称为负氧平衡。4、炸药的三种化学反

37、应爆轰燃烧爆炸二、矿用炸药的性质 1、硝铵类炸药以硝酸铵为主要成分的混合炸药硝酸铵 NH4NO3 AN，白色或略带黄色晶体，可作化肥。原料丰富、价格低廉、安全性好。铵梯炸药组成：硝酸铵、梯恩梯、木粉硝酸铵：主要成分，氧化剂梯恩梯： 敏化剂木 粉： 疏松剂、松散剂、可燃剂 使用环境：煤矿、岩石、露天 岩石硝铵炸药适用于井下无瓦斯、煤尘爆炸危险的岩石爆破作业抗水性 水工作面2、3煤矿硝铵炸药及相应的抗水性硝铵炸药可分别适用于低瓦斯和高瓦斯矿井。铵油炸药组成：硝酸铵、柴油改变性能：木粉、松香 提高感度铝粉 提高威力明矾、氯代十八烷胺 降低吸湿性、结块性三、起爆、传爆器材及起爆网络 1、电雷管分类：瞬

38、发电雷管延期电雷管 秒延期 毫秒延期瞬发电雷管：组成：管壳、起爆药、加强药、加强帽、点火装置、脚线形式：直插式、火药头式秒延期电雷管 延期药 导火索毫秒延期电雷管 精致导火索起爆原理：电热引爆 2、导爆管雷管分类：瞬发电雷管延期电雷管组成：管壳、起爆药、加强药、加强帽、点火装置、导爆管起爆原理：冲击波引爆 3、导火索 4、导爆索 5、导爆管 6、电雷管起爆网络起爆电源：发爆器、照明线或动力线电源发爆器：分类：电机式、电容式煤矿井下放炮必须采用矿用防爆型发爆器照明线或动力线电源无瓦斯的工作面、电压不超过380v、配备电力放炮接线盒连接方式：串联、并联（簇连）、串并联、并串联四、煤矿爆破安全爆破事

39、故预防及处理瞎炮、残炮瞎炮：全部不爆 电源、母线、雷管、个别不爆 起爆电流不够、电流分配不均、错接、搭接、漏接、短路残炮：炸药变质、间隙效应、操作不当早爆：器材问题：管壳破损、脚线破损操作问题：砸碰、挤压雷管杂散电流：脚线头未短接湖南科技大学能源与安全工程学院井巷工程教案（1）课程名称 井巷工程 第三周 第一次课 教师姓名叶洲元职称讲师系采矿工程教学课时2授课题目第三章 巷道断面设计1、巷道断面形状2、巷道断面尺寸教学对象2003级采矿1班授课地点二教楼304教学方式讲授本课重点、难点：1、巷道断面形状的选择；2、巷道断面尺寸的确定；教学目标：1、了解巷道断面形状；2、理解并掌握巷道断面形状的

40、选择；3、理解掌握巷道断面尺寸的确定。主要教学内容：第三章 巷道断面设计巷道断面设计，主要是选择断面形状和确定断面尺寸，其合理与否直接影响到矿山生产的安全和经济效益。设计原则是：在满足安全与技术要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断面，降低造价并有利于加速施工速度。1、巷道断面形状： 我国煤矿巷道较常用断面形状为梯形和直墙拱形（半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形）次之是矩形；只有在某些特定的岩石或地压情况下，才选用不规则形状封闭拱形、椭圆形或圆形。42、巷道断面尺寸 2.1设计原则以人为本煤矿安全规程规定：巷道净断面，必须满足行人、运输、通风、安全设施、设备安装、抢修和施工的需要，所以巷道断面尺寸

41、主要取决于其用途，其中的各种器材，人行道宽度及各种安全间隙以及通过巷道的风景等因素。1）定出巷道的净断面尺寸，并进行风速验算；2）根据支架参数、道床参数，计算出巷道设计据进断面尺寸（包括起挖值）3）按比例绘制巷道断面图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗表。2.2各种形状巷道断面尺寸确定1）梯形巷道断面尺寸包括净宽度、净高度、底面与斜墙的夹角一巷道净宽度梯形巷道的净宽度分两种情况：a. 当其内通行矿车、电机车时，指的是车辆顶面水平的巷道宽度；b. 当其内不通行运输设备时，从底板起1.6 m高水平的巷道宽度。梯形巷道净宽度的确定：a. 当有运输设备通过，其净宽度由运输设备本身外轮廓最大宽度

42、+人行道宽度（煤矿安全规则所规定的）+安全间隙 b. 无运输设备通过的巷道，其净宽度由行人及通风的要求来确定。二巷道净高度梯形巷道净高度指的是从渣面或底板至顶梁或顶部喷层面、锚杆露出长度终端的高度。煤矿安全规则规定：主要运输巷道、主要风道的净高，自轨面起不得低于1.9 m；架线电机车运输巷：电机车架空线的悬挂高度，自轨面算起在行人巷道、车场内及人行道与运输巷交叉点处不得小于2m；不行人的巷道内不得小于1.8m；在井底车场，从井底到乘车场不得小于2.2m；架空线距顶或棚梁之间距离不得小于0.2m；采区上下山及平巷净高不得小于1.8m。三巷道净断面积只要知道梯形巷道上、下底宽，就可以利用梯形面积公

43、式求得： S=(B1+B2)*H/2四风速较核由于生产矿井的巷道兼作通风用，因此，其还应满足风速要求： v=Q/S<vm五设计掘进断面积从p67可以看出，掘进断面积包括净断面和支护部分所占据的部分：净断面可利用以上知识确定；支护部分所占据的面积包括支架、道床等所占据的。（1）支护参数的选取包括坑木直径、金属和钢筋混凝土构件的断面高度以及背板的厚度、喷层的厚度或锚杆外露的长度。（具体参考第五章巷道支护）（2）道床参数钢轨：其型号及技术特征见表3-5p61轨枕：钢筋混凝土轨枕、木轨枕（防腐处理）。其规格见表3-6p61道床：道渣，轨枕、钢轨道渣，其厚度不小于100mm，至少要把轨枕1/21/

44、3的高度埋入道渣内；道床宽度可按轨枕长度+200mm来考虑； 相邻轨枕之间距离一般为0.70.8m；道床总高度见表3-7p622）直墙拱形巷道断面尺寸 包括净宽度、净高度一、巷道净宽度直墙拱形巷道的净宽度指巷道两侧内壁或锚杆出露长度终端之间的水平距离。 直墙拱形巷道净宽度的确定：a. 当有运输设备通过，其净宽度由运输设备本身外轮廓最大宽度+人行道宽度（煤矿安全规则所规定的）+安全间隙 b. 无运输设备通过的巷道，其净宽度由行人及通风的要求来确定。二、巷道净高度直墙拱形巷道净高度指的是从道渣面至拱顶内沿或锚杆露出长度终端的高度，包括净拱高和自底板起的壁高。其遵从煤矿安全规则规定。三、巷道净断面积

45、只要知道梯形巷道上、下底宽，就可以利用直墙拱形巷道断面面积公式求得。四、风速较核由于生产矿井的巷道兼作通风用，因此，其还应满足风速要求： v=Q/S<vm五、设计掘进断面积从p67可以看出，掘进断面积包括净断面和支护部分所占据的部分：净断面可利用数学知识确定；支护部分所占据的面积包括支架、道床等所占据的部分。由于直墙拱形断面巷道一般利用金属弧形支架或混凝土支护，因此其支护部分主要是金属弧形支架的断面高度以及背板的厚度、喷层的厚度或锚杆外露的长度。（具体参考第五章巷道支护） 3）矩形断面巷道断面尺寸包括净宽度、净高度一、巷道净宽度矩形断面巷道的净宽度指巷道两侧内壁或锚杆出露长度终端之间的水

46、平距离。 矩形断面巷道净宽度的确定参照梯形和直墙拱形断面的净宽度来确定。二、巷道净高度直墙拱形巷道净高度指的是从道渣面至拱顶内沿或锚杆露出长度终端的高度。其遵从煤矿安全规则规定。三、巷道净断面积利用矩形面积公式求得。四、风速较核由于生产矿井的巷道兼作通风用，因此，其还应满足风速要求： v=Q/S<vm五、设计掘进断面积掘进断面积包括净断面和支护部分所占据的部分：净断面可利用数学知识确定；支护部分所占据的面积包括支架、道床等所占据的部分。由于矩形断面巷道一般利用木支架、钢筋混凝土支架或锚喷支护，因此其支护部分主要是支架的断面高度以及背板的厚度、喷层的厚度或锚杆外露的长度。（具体参考第五章巷

47、道支护）湖南科技大学能源与安全工程学院井巷工程教案（1）课程名称 井巷工程 第三周 第二次课 教师姓名叶洲元职称讲师系采矿工程教学课时2授课题目第三章 巷道断面设计1、道断面内水沟及管线布置2、巷道断面设计实例教学对象2003级采矿1班授课地点二教304教学方式讲授本课重点、难点：1、水沟管线布置原则；2、巷道断面设计实例。教学目标：1、了解水沟管线布置原则；2、理解巷道断面设计实例。主要教学内容：第三章 巷道断面设计3、巷道断面内水沟及管线布置 1）排水沟 位置：一般布置在人行道一侧，并尽量少穿越运输线路，只有在特殊情况下布置在巷道中间或非人行道一侧。 坡度：35%0 形状：梯形、矩形等 材

48、料：混凝土浇筑、砌石等断面大小：根据排水量及坡度、材料、断面形状等来确定盖板：主要运输大巷、倾角小于15º的斜巷的水沟要盖盖板 2）管线布置 布置原则：安全、便于检修 要点：电力电缆与管道应布置在巷道的不同侧； 细管在上，粗管在下，距道渣面至少保持150mm距离； 电话线和信号线应布置在电力电缆的另一侧；布置在管道上方300mm距离外；不得已布置在同一侧时，电话线和信号线应布置在电力电缆上方100mm以外。4、巷道断面设计实例湖南科技大学能源与安全工程学院井巷工程教案（1）课程名称 井巷工程 第四周 第一次课 教师姓名叶洲元职称讲师系采矿工程教学课时2授课题目第四章 水平岩石巷道施工

49、1、巷道施工中的钻眼爆破法教学对象2003级采矿1班授课地点二教304教学方式讲授本课重点、难点：1、钻孔布置；2、爆破参数的确定；3、爆破作业图表的编制。教学目标：1、了解巷道施工工序；2、理解炮孔的分类及作用，能够就具体的工程确定炮眼布置；3、能够确定爆破参数；4、能够编制爆破作业图表。主要教学内容：第四章 水平岩石巷道施工利用第三章的内容可以确定水平巷道断面的形状和尺寸，之后就要正式施工了。巷道施工的方法各种各样，钻爆法是其中的一种，也是较普遍采用的。钻爆法可分为两个阶段：钻眼、爆破。钻眼要根据设计的巷道断面的形状在适当位置进行布孔、打钻。爆破是在已打好的炮眼中装药、起爆。岩石爆破后，破

50、碎的岩石需要装运出去。随着钻爆作业不断进行，巷道越来越深。此时，单靠自然通风是行不通的，必须考虑机械通风；钻爆装运构成一个循环。在整个循环过程中，始终伴随着通风。合理的安排钻爆装运各个环节的作业，对提高工作效率非常重要。5第一节 巷道施工中钻眼爆破法良好的钻眼爆破工作要求1、成本低炮眼利用率高，炸药、雷管消耗量小2、实用巷道断面尺寸符合设计要求和井巷工程施工及验收规范的标准，巷道坡度和方向应符合要求3、维护对围岩震动、破坏要小，以利于巷道维护4、岩石块度和爆堆高度适中，便于装岩和钻眼工作钻眼爆破法的施工，首先就是布孔钻眼。其次是装药，最后是爆破。一、布孔布孔钻眼就要考虑孔的位置布置在什么地方合适，间隔多远的距离。如图， 岩巷整体布眼爆破，就可能对巷道的成形造成一定的问题，而分段（分部分）起爆。就会减小或不存在此问题，因此从这个角度出发，对于中间几个崩出岩石创造自由面的炮眼称为掏槽眼；起主要崩岩作用的炮眼称为崩落眼，又称辅助眼；对巷道断面形状起控制作用的炮掏槽眼眼称为周边眼。（一）掏槽眼目前，掏槽眼按其方向不同可分为三类：斜眼，直眼，混合式斜眼掏槽主要包括楔形和锥形（口部的孔距 10001400mm，底部的200mm，排距300-500mm，倾斜度55°