煤矿开采讲义

《采煤概论》精品课程第三篇井巷掘进与支护第8章水平及倾斜巷道掘进

2/4/20231本章主要内容第8章水平及倾斜巷道掘进第一节巷道断面形状第二节巷道掘进第三节煤及半岩巷掘进第四节倾斜巷道施工特点第五节硐室及交岔点的施工方法特点思考题2/4/20232第一节巷道断面形状及尺寸一、巷道断面形状选择我国煤矿巷道常用的断面形状是梯形、矩形和直墙拱形（如半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形，简称拱形），只是在特定的岩层和围岩压力条件下才选用不规则的形状（半梯形）、圆形、椭圆形、封闭拱性等。巷道断面形状如图8-1所示。2/4/20233图8-1巷道断面形状2/4/20234第一节巷道断面形状及尺寸二、巷道断面尺寸的确定《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、检修和施工的需要。因此，巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途；存放和通过它的机械、器材或运输设备的数量和规格；人行道宽度与各种安全间隙以及通过巷道的风量等。2/4/20235第一节巷道断面形状及尺寸设计巷道断面尺寸时，应根据上述诸因素和有关规程、规范的规定，首先定出巷道的净断面尺寸，并进行风速验算；其次，根据支架参数，道床参数，计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许加大值（超挖值），计算出巷道的计算掘进断面尺寸；最后，按比例绘制包括水沟、墙角在内的巷道断面图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。2/4/20236第一节巷道断面形状及尺寸巷道断面尺寸的确定方法和步骤如下：1.巷道净宽度；2.巷道净高度；3.巷道净断面；4.风速校核净断面；5.巷道设计掘进断面积。2/4/20237图8-2梯形双轨巷道断面尺寸计算图2/4/20238第一节巷道断面形状及尺寸1.巷道的净宽度梯形巷道的净宽度是指：当其内通行矿车、电机车时，车辆顶面水平的巷道宽度；当其内不通行运输设备时，净宽度系指底板起1.6m高水平的巷道宽度。单轨巷道：双轨巷道：式中：a——巷道不行人的一侧运输设备最突出部份与支护最突出部分的距离。一般不小于200mm或250mm。A——所用电机车或矿车中最大的宽度，从运输设备规格表中可以查到，mm；c——巷道行人的一侧运输设备最突出部份与支护最突出部分的距离。一般不小于700mm以上。n——运输设备之间的最小间隙，不得小于200mm。2/4/20239第一节巷道断面形状及尺寸巷道的净宽度必须满足从道渣面起1.6m的高度内，留有宽度不小于0.8m的人行道。在设计梯形巷道净宽时，常常采用根据标准顶梁的尺寸、棚腿斜角来推算巷道净宽度的办法定出巷道的净宽度。2.巷道的净高度梯形巷道的净高系指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。巷道设计计算掘进高度：巷道计算掘进高度：渣面起巷道沉实前的净高：渣面起巷道沉实后的净高：轨面起巷道沉实前的净高：2/4/202310第一节巷道断面形状及尺寸式中：h1——轨面起巷道沉实后的净高：t——背板厚度，计算掘进断面时取25mm；d——坑木直径，若为金属棚子则为柱截面高度；hb——道渣高度；δ——预留下沉量。ha——规平面到道渣棉高度；巷道的净断面积梯形巷道的支架棚腿常有80°左右倾角，所以有了巷道的净宽与净高，还要求出巷道顶板净宽B1与底部净宽B2，然后才计算出巷道的净断面。梯形巷道净断面：式中：3.风速校核净断面积生产矿井的巷道通常兼作通风用，因此还应按照《煤矿安全规程》等规定的允许最大风速进行验算，即2/4/202311第一节巷道断面形状及尺寸式中：v——通过巷道风流的速度，m/s；Q——通过巷道的风量，m3/s；S——巷道的净断面机，m2；Vm——巷道允许通过的最高风速，m/s。《煤矿工业设计规范》规定：矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s，输送机巷或采区风巷一般不大于4m/s。设计时，应在不违反《煤矿安全规程》的原则下，按规范要求确定巷道断面，以留有余地。设计出的巷道净断面积，不符合上述风速要求的，须加大断面尺寸。4.巷道设计掘进断面积巷道净尺寸加上支架、道床尺寸便可得到巷道的设计掘进尺寸，进而求算出巷道的设计掘进断面积。在实际工作中，爆破后的巷道表面不可能很光滑，会有一些凹凸不平的现象，因此，实际掘进断面要比计算断面加大3%左右。掘进断面面积，是计算巷道掘进工作量是不可缺少的一个数据。2/4/202312第二节岩巷掘进岩巷掘进在我国煤矿目前主要仍采用钻眼爆破破岩法，其主要工序包括：打眼、装药放炮、工作面通风、装运岩石及巷道支护等作业。这些工序组成工作循环环，不断重复这种循环，使巷道掘进不断向前推进。打眼、清理岩石和巷道支护是最繁重的三个工序，所占时间比较长。工作面通风主要是为了排除爆破后的有毒气体和供给新鲜空气，是一种辅助作业。另外，架设保安用的临时支护，敷设各种管道、修筑排水沟、铺设轨道等，也都是掘进中的辅助作业。2/4/202313第二节岩巷掘进一、钻眼爆破1．工作面炮眼布置掘进工作面的炮眼，按其用途和位置可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼三类。其起爆顺序依次为掏槽眼、辅助眼和周边眼。掏槽眼的作用时首先在工作面上将某一部分岩石破碎并抛出，在一个自由面的基础上蹦出第二个自由面来，为其它炮眼的爆破创造条件。按掏槽眼的方向可将掏槽眼的布置方式分为三类：即斜眼掏槽、直眼掏槽和混合式掏槽。2/4/202314图8-3斜眼掏槽炮眼布置图2/4/202315第二节岩巷掘进2．爆破参数的确定爆破参数包括:炸药消耗量;

炮眼直径：炮眼直径是根据药包直径来确定的。一般的标准药卷直径为32及35mm，炮眼直径要比药卷直径大4～7mm,这样炮眼直径就是36～42mm。炮眼深度:合理的炮眼深度确定的依据是：炮眼利用率比较高（一般不低于85～90%）；钻眼和掘进速度快；巷道掘进成本低。炮眼数目:炮眼数目可以按照一个循环的总装药量平均装入所有炮眼的原则进行估算，作为实际排列炮眼的参考。2/4/202316第二节岩巷掘进3.装药结构与起爆掏槽眼与辅助眼的装药结构，有正向连续装药与反向连续装药两种。在煤矿巷道掘进中，最好使用多段毫秒雷管，按照规定的起爆顺序全断面一次起爆。2/4/202317第二节岩巷掘进4.钻眼工作1)定向工作为了在工作面正确布置炮眼和掌握巷道掘进方向和坡度，钻眼前应检查巷道的中线和腰线。利用矿用激光指向仪指示中线位置既准确又省时。激光指向仪固定在距工作面100m远的巷道中线位置上，激光光束在工作面岩壁上显现的红光点，即为中线位置。掘进时，根据它既可确定炮眼位置，又可确定腰线位置。2/4/202318第二节岩巷掘进2）多台凿岩机工作为缩短钻眼总时间，组织快速施工，在采用气腿式凿岩机钻眼时，一般多采用多台凿岩机平行作业，在中硬岩石中可按1.5～2.0m2配备一台，在坚硬岩石中可按1.0～1.5m2配备一台的标准确定。2/4/202319第二节岩巷掘进3)钻眼工作的机械化随着高速高频凿岩机的出现和中深孔爆破方法的使用，以及光面爆破的推广，为进一步提高钻眼效率、降低劳动强度和实现快速掘进的迫切需要，在岩巷掘进中正在积极推广应用凿岩台车及凿装联合机组。采用凿岩台车并配以重型凿岩机钻眼，具有凿岩速度快，作业人员少，钻眼效率高，劳动强度低，钻眼质量高等优点。但钻眼与装岩不能平行作业，凿岩台车与装岩机更换进出工作面的时间较长，在双轨大断面巷道中才便于使用。采用钻装机并配以重型凿岩机钻眼，除具备凿岩台车的全部优点外，它本身带有装岩设备，实现了钻眼、装岩综合机械化，同时一机多用，提高了设备利用率，但由于钻装机构比较复杂，作业环节多，目前只在一些大型矿山使用。2/4/202320第二节岩巷掘进二、装岩与调车装岩与调车是巷道掘进中比较繁重的工作，一般情况下，装岩时间约占掘进循环时间的35～50%，个别情况甚至达到75%。因此，提高装岩机械化水平及其生产率是实现快速掘进的主要措施。2/4/202321第二节岩巷掘进（一）岩石装载设备铲斗装岩机、耙斗装岩机、蟹爪式装岩机等。（二）调车工作常用调车方法有以下几种：固定错车道调车法浮放道岔调车法转载输送机梭式矿车

ZS-60型蟹爪式装岩机

2/4/202322耙斗装岩机的外形图

耙斗装岩机的传动系统

2/4/202323图8-13固定错车场

1—装载机；2—矿车；3—空车；4—重车方向；5—空车方向；6—电机车

2/4/202324图8-14单轨浮放双轨道岔

1—道岔；2—浮放轨道；3—支撑装置2/4/202325图8-17梭式矿车

1－板式输送机转载轮；2—车帮；3—传动链；4—底盘；5—车轮底架；6—车轮；7—减速装置。

2/4/202326第二节岩巷掘进三、岩石平巷掘进机械化作业线1．多台气腿式凿岩机钻眼—铲斗后卸式或耙斗式装载机装岩——固定错车场或浮放道岔或调车器调车——矿车及电机车运输；这种作业线简单易行，但机械化程度较低，在我国煤矿应用最多。2．多台气腿式凿岩机钻眼—铲斗侧卸式或耙斗式装载机装岩——胶带转载机转载——矿车及电机车运输；这种作业线与上述第一条作业线相比，是以增加胶带转载机来实现快速掘进的。3．多台气腿式凿岩机钻眼—蟹爪式装载机或耙斗式装载机装岩——梭式矿车转运——电机车牵引；这种作业线以采用梭式矿车来实现快速掘进，但必须有直接卸载条件，设备较复杂。2/4/202327第二节岩巷掘进4．由凿岩台车钻眼--铲斗侧卸式装载机装岩--胶带转载机转载--矿车及电机车运输；这种作业线提高了钻眼机械化水平，加快了凿岩速度，它适用于大断面岩石巷道（12m2以上）掘进。5．钻装机钻眼与装岩--胶带转载机转载--矿车及电机车运输；这条作业线实现了钻眼、装岩综合机械化，不需花费凿岩台车与装载机更换进出的调动时间。钻装机一机多能，既能钻眼又能装岩，如还能打锚杆眼，我国习惯称它为钻装锚机。图8-18为ZZM8-12型钻装锚机组。2/4/202328图8-18ZZM8-12型钻装锚机组

1－中间挂斗钻臂；2—钻臂；3—转柱油缸；4—溜槽；5—台车；

6—支承油缸；7—前支千斤顶；8—推进器；9—耙斗；10—尾轮2/4/202329第二节岩巷掘进6．岩巷掘进机岩巷掘进机是采用机械破岩，并能实现破岩、装岩、转载、临时支护、喷雾防尘诸工序的一种联合机组，所以也称联合掘进机。岩巷掘进机与钻眼爆破法相比较，具有机械化程度高，速度快，成巷质量好，节省人力，效率高，对围岩破坏影响小，支护容易，工作安全等优点。它的缺点是：设备重量大，动力耗量大，刀具寿命短，造价昂贵，工程成本高，机器安装、检修、拆除工作量大，只适用于较长的直巷道及曲率半径很大的拐弯巷道。2/4/202330第三节煤及半煤岩巷掘进沿煤层掘进的巷道，如果在掘进断面中，煤层占4/5以上者（包括4/5在内），称为煤巷。在巷道掘进断面上既有煤层，又有岩层。当岩层（包括夹石层）占掘进工作面面积的1/5～4/5时，即称半煤岩巷道。2/4/202331第三节煤及半煤岩巷掘进一、煤巷掘进(一)破煤方法1.钻眼爆破破煤法图8-19煤巷掘进的掏槽方法

a—扇形掏槽；b—半楔形掏槽；c—复式掏槽2/4/202332第三节煤及半煤岩巷掘进2.风镐破煤风镐破煤是一种简单易行的方法，所需设备少，并能减少瓦斯爆炸的危险，也有利于通风。因此，在巷道顶板破碎或煤质松软易于塌落的巷道，以及虽经通风而瓦斯浓度仍降不到允许放炮的浓度时，用风镐落煤就比较合适。（二）装煤方法人力装煤装煤机装煤2/4/202333图8-20ZMY型装煤机2/4/202334第三节煤及半煤岩巷掘进(三)支护工作针对受采动影响的巷道压力大、岩石移动和变形速度大的特点，目前，在国内外积极推广应用了各种类型的锚杆支护，取得了较好的效果。在围岩极其破碎，不宜采用锚杆支护时，使用U型钢可缩性支架较为理想。如巷道服务时间较长，或煤壁易风化时，则可在安设锚杆后，在对煤壁进行喷浆处理。在一些生产能力较小的矿山，梯形工字钢支架也在使用，但已逐步被淘汰。2/4/202335第三节煤及半煤岩巷掘进二、半煤岩巷道掘进结合巷道用途及沿薄煤层掘进的特点，掘进半煤岩巷道必须考虑煤层与巷道的位置关系、正确的炮眼布置方法、合理的施工组织。1.巷道位置的选择半煤岩巷道掘进时，有挑顶、卧底、挑顶兼卧底三种情况，如图8-21所示。2/4/202336半煤岩巷道采石位置的三种情况

a—挑顶；b—卧底；c—挑顶兼卧底2/4/202337第三节煤及半煤岩巷掘进采用那种位置为宜，应综合考虑生产要求，便于维护和施工难易等因素，在多数情况下，应尽可能不要挑顶而是卧底，以保证顶板的完整性和稳定性。只有煤层具有薄层伪顶式，才采用挑顶。实际上，一条巷道挑顶或卧地并非一成不变。为了保证巷道顺直及一定坡度，挑顶卧底的三种情况往往都会发生，甚至暂离煤层进行全岩掘进的情况也是有的。2/4/202338第三节煤及半煤岩巷掘进2．炮眼布置特点由于煤层较软，所以掏槽眼一般布置在煤层部分，图8-22为某矿半煤岩巷道工作面炮眼布置一例。图8-22半煤岩巷道工作面炮眼布置一例2/4/202339第三节煤及半煤岩巷掘进3．施工组织特点半煤岩巷道的施工组织有两种形式。一是煤、岩不分，全断面掘进；这种方式组织简单，能加快掘进速度，但这种组织形式所出的煤灰份很高，煤的损失也很大。显然这种施工组织用在厚度小于0.5m、煤质不佳的半煤岩巷道较为合适。另一种为分掘分运的组织形式，即先掘运煤，然后在掘运岩石。这种方式保证了煤的质量，但工作组织复杂，影响了掘进速度。2/4/202340第三节煤及半煤岩巷掘进三、煤及半煤岩巷道联合掘进机掘进煤及半煤岩巷道联合掘进机能够破煤、装煤并将煤转运到运输设备上。它具有工序少、速度快、效率高、质量好、施工安全、劳动强度小等优点。随着锚杆支护的应用，这种掘进方式已在我国大中型煤矿中得到了推广应用。图8-23为ELMB型煤及半煤岩联合掘进机。2/4/202341图8-23ELMB型煤及半煤岩联合掘进机2/4/202342第三节煤及半煤岩巷掘进四、煤巷施工机械化作业线1．掘进机—链板输送机机械化作业线2．掘进机—胶带转载机—链板输送机机械化作业线3．掘进机—胶带转载机—可伸缩双向胶带输送机机械化作业线2/4/202343第四节倾斜巷道施工的特点上山和下山是采区巷道中的倾斜巷道。自开采水平向上倾斜的巷道称为上山，向下倾斜的巷道成为下山。一、上山掘进(一)炮眼布置由于巷道具有向上倾斜的特点，易于出现巷道上飘现象，因此，要求炮眼布置能使爆出的巷道倾斜角度符合规定。此外，放炮时要特别注意防止崩倒支架，所以多用底部掏槽。倾斜巷道施工时，每向上掘进75～100m，应设避炮硐。2/4/202344第四节倾斜巷道施工的特点(二)通风工作由于瓦斯轻于空气，易于积聚在上山工作面附近，尤其在沿高瓦斯煤层或其底板掘进时，更应注意加强工作面通风及沼气检查。在瓦斯涌出量较大的的矿井中，由下向上掘进上山时，隔一定距离就要用联络眼贯通，以利通风，如图8—24所示.使用局部扇风机通风时，无论工作期间或交接班时，都不准停风。如因检修停电等原因停风时，都要撤出人员，切断电源，待恢复通风并检查瓦斯后，人员才可进入工作面。图8-24由下向上掘进的通风设施2/4/202345第四节倾斜巷道施工的特点(三)装岩及提升运输工作沿倾斜施工，破碎后的煤、矸要运出，施工设备、工具及支护材料要运入，而上、下山的长度往往较长，倾斜角度又各不相同，为此，要选择合理的提升、运输方案，以保证决速安全地施工。>35°时，煤、矸可沿巷道底板靠自重下滑；25～35°时，可用铁溜槽；14～25°时，可以采用搪瓷溜槽。2/4/202346第四节倾斜巷道施工的特点(四)支护工作特点在倾斜巷道中，由于顶板岩石受重力的作用，有沿倾斜向下滑落的趋势，因此在架棚时，棚腿要相对于顶、底板垂线向上倾斜一定角度，这个夹角称为迎山角(图8—28中β角)。图8—28上山支架的迎山角2/4/202347第四节倾斜巷道施工的特点二、下山掘进(一)下山掘进的特点1)装载工作比较困难。2)做好防排水工作，以免影响掘进工作进行。3)在掘进工作面附近一定要有可靠的挡车器，以防止矿车自然滑下时不致冲击到工作面，保证工作面工人的安全。2/4/202348第四节倾斜巷道施工的特点(二)排水工作在掘进下山时，往往工作面都有积水。在处理方法上，必须先了解水的来源。1)上部平巷排水沟漏水；2)巷道顶、底板涌水；3)工作面的涌水。针对1、2两种情况，可以把上部水沟用混凝土加固或用管子代替。同时沿下山每隔10～15m挖一横水沟，如图8—29所示。使水汇集到集水沟而流到中间水仓内，然后用水泵排出。2/4/202349第四节倾斜巷道施工的特点对于流到工作面或工作面的涌水，可根据水量的大小采用不同的排水方法。工作面涌水小于5m3／h，可用矿车或箕斗随矸石把水排出。当工作面涌水超过5m3／h，需要用水泵进行排水。(三)防止跑车的安全措施1)安全绳法(图8—30)。在提升钢丝绳的尾部钩头以上，联结一根环形的钢丝绳(安全绳)。提升时把安全绳套在矿车上，以免脱钩跑车。2/4/202350第五节硐室及交岔点的施工方法特点一、硐室的施工方法硐室施工具有以下特点：硐室的长度一般较小，断面较大且多变化，故使用大型联合掘进机械难于施展，多数硐室内有设备基础、预留管缆沟槽以及安起重梁等项施工；一个硐室与其他硐室或巷道相连，要注意施工的安全；硐室的出入口一般较小，材料供应、出矸与通风，排水均较困难。2/4/202351第五节硐室及交岔点的施工方法特点(一)全断面一次掘进法这种施工方法类似于巷道的一次成巷施工。由于断面大，可以采用大型机械设备。(二)台阶工作面施工