巷道掘进、支护设计

掘进3周、支护3周华丰煤矿-1100下山快速掘进及巷道支护设计要求设计内容（供参考）第一章华丰煤矿及巷道施工概况1.1华丰煤矿概况1.1.1华丰煤矿地理位置及交通条件1.1.2华丰煤矿地质条件及气候特征-1100水平巷道概况1.2.1巷道地质概况1.2.2煤（岩）层赋存特征1.3生产系统概况1.3.1通风系统1.3.2压风系统1.3.3防尘系统1.3.4防灭火1.3.5安全监测系统1.3.6供电系统1.3.7排水系统1.3.8运输系统1.3.9通迅系统第二章-1100下山快速施工方案-1100下山快速施工爆破方案2.1.1全断面中深孔光面爆破方案2.1.2全断面巷道定向断裂控制爆破方案2.1.3爆破方案对比分析及选择-1100下山快速施工机械化配备方案2.2.1装岩方式2.2.2运输方式2.2.3管线及轨道敷设2.2.4设备及工具配备第三章-1100下山快速施工支护方案3.1六水平奸石井断面设计概况3.2支护方式选择3.3支护参数设计3.4锚网喷施工工艺及要求U棚的施工工艺第四章安全技术措施4.1特殊措施“一通三防”管理4.3顶板管理4.4爆破管理4.5防治水管理4.6机电管理4.7运输管理第五章结论最好包含下列理论、技术、方案（供选择）:第一章爆破技术影响因素分析第一节爆破参数设计理论1.1炮眼深度1.2掏槽爆破1.3掏槽参数第二节光面爆破技术2.1光面爆破的基本原理2.2光面爆破参数2.3光面爆破的优点2.4光面爆破的质量标准光面爆破施工工艺2.6爆破参数的优化与分析第三节定向断裂控制爆破技术3.1定向导向缝形成机理3.2裂纹扩展机理及扩展过程3.3定向断裂爆破的能量问题3.4岩石爆破定向破裂装药结构研究3.5定向断裂控制爆破参数确定第二章岩巷机械化作业线影响因素分析第一节巷道施工机械化配套原则1.1平巷施工机械化配套原则1.2斜井（巷）施工机械化作业线配套原则第二节岩巷施工机械化作业线配套2.1以耙斗装岩机为主的岩巷施工机械化作业线2.2以侧卸式装岩机为主的施工机械化作业线设备配套2.3以钻装机为主的施工机械化作业线的配套设备2.4以岩石掘进机为主的施工机械化作业线配套设备第三节巷道掘进机械化作业线配套优化3.1全液压钻车配侧卸装岩机作业线配套优化3.2岩石掘进机为主的作业线优化443.3侧卸式和耙斗装岩机结合的机械化作业线配套优化第三章快速支护技术影响因素分析第一节现代支护结构原理与类型1.1现代支护结构理论1.2现代支护结构类型第二节锚喷支护设计与施工原则2.1锚喷支护设计原则2.2选用锚喷支护参数的原则2.3锚喷支护参数设计2.4锚喷支护快速施工深部巷道支护技术研究以华丰煤矿-1100巷道为例1研究课题的提出1.1煤矿深部巷道工程的特点1.2研究深部巷道支护技术的意义1.3煤矿深部巷道工程理论的进展与现状1.4国内外深部巷道支护技术的发展2深部巷道围岩的物理力学特征2.1深部软岩的概念2.2深部软岩的工程特性2.3深部软岩的力学属性2.4深部软岩的工程分类及对策3深部巷道工程支护荷载确定方法3.1原岩应力场的构成3.2原岩应力确定方法3.3围岩支护荷载的确定（依据围岩性质计算锚固力）4巷道支护技术方案4.1深部巷道的支护技术方案4.2支护参数计算4.3巷道支护加固机理分析5底臌的防治5.1深部巷道底臌的特征5.2深部巷道底臌的分类5.3深部巷道底臌的机理5.4影响的底臌主要因素5.5深部巷道底臌的防治方法6结论华丰煤矿及巷道施工概况华丰煤矿是一个年产原煤百万吨的特级质量标准化、现代化企业。位于五岳独尊的泰山和圣人故都曲阜之间，临近京沪铁路、京福高速公路，交通便利。1958年改扩建，目前生产能力130万吨，现有员工12000人。华丰煤矿下属两大集团三大公司：一个年产450万吨的国家级企业一泰山水泥集团和一个下属33个独立法人企业的清大集团；一处跨省开采的矿业公司（安徽宿州矿业公司），三处合计装机容量14MW的电力公司和一处产业化发展、企业化经营的长城物业公司，一座年产30万吨的石膏矿。经营范围涉及煤炭、电力、建材、养殖、金融等20多个行业，8个过亿元投资规模企业；经营区域跨越两省三市多县运营，初步发展成为一个跨行业、跨区域、多种所有制结构并存、多元化发展的现代化的综合性企业，2004年实现销售收入13.4亿元，利税完成3.5亿元。华丰煤矿煤炭储量丰富，可采储量在30年以上，开采深度达到海拔一1200米，采掘工艺使用综放、综采及综掘技术，安全监测、主运、主排、供电、洗选等辅助系统实现行自动化。煤炭品种为优质气肥煤，发热量在21.8兆焦以上，拥有自主品牌的“双八”精煤（灰分小于8%，硫分小于0.8%）是十分理想的工业、化工、发电和动力燃料，享誉华东地区，远销台湾、日本、韩国、东亚和东南亚地区。第一节华丰煤矿概况1.1华丰煤矿地理位置及交通条件华丰煤矿位于山东省泰安市宁阳县华丰镇。地理座标为东经113°08'41〃〜113°15'16〃，北纬37°23'34〃〜37°39'42，北依泰山，南邻曲阜，西界为京沪铁路，地处丘陵和平原地带，地势南高北低。南北20km，东西最大长约8.5km。南部有三条东西向山脉，有河流柴汶河、故城河。华丰煤矿地理位置优越北距泰安市区32km，西距宁阳县城35.2km，南距曲阜市区38.4km。京福高速公路、京沪高速公路这两条国家干线穿境而过，其中距离京福高速公路宁阳出口仅6.7km，距离京沪高速公路新泰出口37.1km。京沪铁路穿境而过。这也就为煤炭的外运提供了得天独厚的交通条件。1.2华丰煤矿地质条件及气候特征华丰煤矿位于沮来山和蒙山两大分水岭之间，地形特点属山间凹地，脊峰标高+750m，凹地标高+117m。凹地内南高北低，井田中央第三系砾。岩构成低缓平坦的丘陵，其标高在+130m左右。华丰井田总体为NE倾伏的簸箕状向斜构造，中部地层走向290〜310o，至东翼渐变为30〜60。，西翼则变为340〜360。，中部地层走向较为稳定，两翼地层急剧转弯，显示出簸箕状。区内出露地层有：泰山群，厚度不详；寒武灰岩，厚约700m；奥陶灰岩，厚约800m；石炭系含煤地层，局部出露，厚约240m；第三系砾岩，厚0〜775m；第四系粘土层，厚0〜7.5m。矿区主要生产矿井布置在向斜东翼，主采煤层为石炭二迭系4煤、6煤等。故城河从矿区东部穿过，流向大致垂直地层走向，河道宽30〜50m，河谷最低标高为110m，为一季节性河流，夏秋季有水，冬春干枯。最大流量为1.9x106m3/h，洪水宽达285m，最高洪水位发生在1900年，标高达119.9m。华丰煤矿原设计能力60万t，改扩建后产量提高到90万t，最高年产量130万t，投产35年共采出原煤1921.4万"目前华丰煤矿已结束两个生产水平，第3水平(-450m)为生产水平，第4水平(-750m)为延伸水平，并已开采4层煤、6层煤两层煤。华丰煤矿浅部由于4层煤被剥蚀，主采煤层6层煤厚仅1.1m，开采引起的地面沉陷问题并不突出。随着矿井开采深度的增加，6m厚的4层煤变为主要的开采煤层，同时由于上覆砾岩厚度较大，岩层坚硬，与下覆岩层岩性差异大，而表土层薄，仅2.0m，地表除产生明显的移动外，还出现了严重的斑裂现象。经岩移观测发现，地表移动变形具有两个明显的特点：地表活动时间长由于4层煤以上煤系地层保存较少，煤系之上为厚层状、硬度较大、完整性较好的巨厚第三系砾岩，当煤层采过后，因上覆岩层在岩性上有较大的差异，造成不同步下沉，砾岩下沉滞后，致使地表活动时间较长，如2406E工作面结束9个月后，所测地表下沉速度仍是1.5mm/d。地表出现斑裂由于第四纪表土层沉积较薄(0〜7.5m)，当煤层采过后，地表除下沉外，还出现严重的斑裂。地表斑裂方向大致与砾岩走向平行而与煤层走向有一定差异，在一采区上方表现最为明显，约比煤层走向大10〜15。，其方位约为100〜105。，沿走向大致连续。斑裂多沿砾岩弱面裂开，裂缝的宽度0〜3m不等，深不见底，且上宽下窄，也有将砾岩直接裂开的，其宽度一般0.2〜0.3m。在一采区上方，距1405下平巷地面投影位置往北已出现8条裂缝，其裂缝之间的间距为60〜80m。地表下沉及斑裂已严重损害农田，尤其是1406面采后的地表活动范围已波及南良父村南面的民房，尽管只有很轻微的下沉，但和地表表土层下沉相迭加，使这部分房屋的下沉加剧，裂缝增多加宽。华丰煤田早在春秋战国时期就被发现并有利用的记载，以后各朝均有不同规模的利用、开采，到明末清初小矿井星罗棋布，日本侵华时期进行了一定规模的调查和开采，其开采下限达-75m（局部到-150m水平）。几乎所有可采煤层（11，12,13,15,16层煤）的浅部均被开采，其规模大小不等，但相互之间多已联通。据1955年调查，由于古井开采引起地面沉陷，在北故城和西故城一带形成500多平方米的洼地，沉降引起的裂缝长达5000余米，宽度为0.2〜2m，在裂缝两侧形成了7〜10m宽的破碎带。破碎带穿过故城河，可能对矿井充水构成严重威胁。在四号井西部开采11层煤时，地面上形成宽0.5m左右的裂缝，雨季裂缝涌水，矿井内涌水量增大60m3/h左右。目前在矿区内有冬庄乡煤矿、灵山乡煤矿和华丰镇煤矿，另外还有38个小煤窑，大部分为个体经营。由于上述各矿井的生产，在地面形成沉降裂缝和积水洼地，使地表水大量进入地下。目前，随着矿井开采深度的增加，人为采动将造成农田大面积下沉，形成负地形；矿区周围的古井以及小煤矿的生产也在地面造成洼地和裂缝。负地形和洼地积水会导致农田沼泽化，而斑裂和沉降裂缝的存在既能造成水力灌溉水无法正常浇灌农田，又能使水利工程被毁坏。矿区内浅部煤层已大量采空，彼此连通一体；废弃小井有的已经塌陷，形成断水和积水坑，导致地表水和大气降水流入地下，矿井涌水量增加。本区发育3个侵蚀阶段，表明第四纪时期地壳曾3次抬升；目前在柴汶河及故城河的河床内，均有基岩裸露，显示地壳正在抬升，地壳抬升将导致故城河侵蚀作用加强，对河底破坏加剧。故城河下防水煤柱受到地方小煤井的开采破坏，有可能造成河水溃入井下。

第二节-1100水平巷道概况2.1巷道地质概况该课题涉及巷道自六水平砰石井车场原停头处开门，六水平矸石井下山设计长度191.77m，车场设计长度50.7m（已掘15m）。表：地面相对位置及邻近采区开采情况水平名称六水平采区名称一采区地面标高（皿）+108〜+115m井下标高（m）-1100m地面相对位置及建筑物该巷道地面投影对应小河西村村南农田，无重点保护建筑物，掘进时对地面无影响。井下位置及掘进对地面设施的影响该巷道位于-1100m水平。上1610、1611采煤工作面已开采区，下为未开采区。邻近采区开采情况本区相邻的采区尚未开拓。走向56°〜58°倾向304°〜302°长度227.5m根据1611、1612采煤工作面实际揭露，本区地质构造简单，无大中型断层，煤层走向为56〜58。之间，煤岩层倾角为32°〜33°，平均32°。该区水文地质条件简单，本施工段附近有一弱含水层石灰岩即二灰，巷道遇小断层及裂隙发育地段，顶板有可能出现滴水、淋水，但对生产无威胁。2.2煤(岩)层赋存特征六水平车场开门口位于煤8的底板，巷道为穿层掘进，掘进过程中会揭露煤8至煤11之间的煤岩层。主要标志层为二灰及煤9、煤10、煤11。煤8(1)：厚约0.3米，以半暗煤为主；顶板为灰白色中砂岩，厚约6.0米，钙泥质胶结，层理发育；底板为灰黑色粉砂岩，厚7.5米，钙泥质胶结厚层状，遇水易风化松软，硬度5.0。煤8(2)：厚约0.2米，以半暗煤为主；顶板为灰白色中砂岩，厚约7.5米，钙泥质胶结厚层状，遇水易风化松软，硬度5.0；底板为灰黑色粉砂岩，厚约9.4米，层理发育，钙泥质胶结，硬度3.5。二灰及煤9：煤9厚约0.2米，顶板为二灰厚约1.5米，灰色，厚层状，含泥质，质硬，贝壳状断口；直接底板为灰黑色粉砂岩，厚约2.2米，层理发育，钙泥质胶结，硬度3.0；老底为灰白色粗砂岩，厚约4米，厚层状，层理发育。煤10：以半暗煤为主，厚约0.3米；顶板为泥灰岩。厚约0.5米，厚层状，含泥质，质硬，贝壳状断口；底板为灰白色中细砂岩，厚约10米，厚层状，层理不发育，泥质胶结。煤11：厚约1.6m，以半亮煤为主，夹暗煤及丝炭条带，块状及片状为主。半亮型，夹砰为棕褐色铝矶土，厚约0.1〜0.3m左右，性脆遇水即碎；基本顶为10m以上的厚层状中细砂岩，灰白色，坚硬，稳固；直接顶为8.7m粉砂岩，性脆，较好管理，局部夹细砂岩薄层或泥质透镜体；底板一般为较坚硬的泥灰岩(三灰)，厚约1.4m，深灰色，块状，质不纯，不发育；老底为粉砂岩，厚约5.6m，灰黑色，均质，中厚层状。

岩石名称柱状图厚度(m)岩性描述\\\//粉砂岩4.2灰黑色，层理发育，钙质胶结，厚层状煤7(2)0.3暗煤为主中砂岩hm n4.1灰白色，钙质胶结粉砂岩f■ mmmm8.0灰黑色，层理发育，钙泥质胶结泥灰岩0.9灰色，含泥质白色颗粒煤7(3)0.25半暗煤为主 l *********粉砂岩6.0灰黑色，层理发育，钙泥质胶结煤8(1)/W V* w»■ nW W* V¥W VW0.3半暗煤为主中砂岩7.5灰白色，厚层状，钙泥质胶结，遇水易风化松软煤8(2)aAfl//ff////■■■■■■>%*■1v,k\Y\E0.2半暗煤为主粉砂岩6.0灰黑色，层理发育，钙泥质胶结二灰1.5灰色，厚层状，含泥质，质硬，贝壳状断口1****煤9*****W W0.3半暗煤为主粉砂岩2.2灰黑色，层理发育，钙泥质胶结M *<■ MU- MMW***Vfc- MH F g中砂岩4.0灰白色，厚层状，层理发育泥灰岩0.5厚层状，含泥质，质硬，贝壳状断口煤10■** ■!>Unfa.f f10.3半暗煤为主中砂岩10.0灰白色，厚层状，层理不发育，泥质胶结粉砂岩8.7灰黑色，性脆，较好管理，局部夹细砂岩薄层或泥质透镜体1Vfc-V*a煤110.6(0.3-0.7)0.8半亮煤为主，夹暗煤及丝碳条带，夹矸为棕褐色铝矶土泥灰岩1.4深灰色，快状，质不纯，不发育粉沙岩5.6灰黑色，均质，中厚层状图：煤岩层柱状图第三节生产系统概况3.1通风系统施工过程中，采用2BKJ.No5.6型对旋式风机压入式通风，采用双风机双电源且能自动切换，风筒口末端距迎头不大于10m，迎头有效风量不低于233ms/mino最长供风距离700m。一、掘进工作面风量计算每个独立通风的掘进工作面实际需要的风量，应按瓦斯涌出量、人数、风速等规定分别进行计算，取其中最大数值作为工作面迎头的需要风量。1、 按瓦斯涌出量计算Q掘二100Xq瓦掘Xk掘通(m3/min)式中：Q——掘进工作面实际需要的风量(m3/mim)；掘q 掘进工作面的瓦斯绝对涌出量(m3/mim)，取0.15m3/mim；瓦掘k掘通一一掘进工作面的瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取k掘通二2.0。Q掘=100X0.15X2.0=30(m3/min)2、 按人数计算Q掘=4Xn(m3/min)式中：n——掘进工作面同时工作的最多人数，取12人。。掘=4X12=48(m3/min)3、 按最低风速验算掘进工作面的最低风量Q岩掘N9XS山掘(m3/min)式中：S岩掘一砰石井车场的断面积，25.83m2(断面1-1、2-2中取面积较大的)Q岩掘N9X25.83=232.47(m3/min)，取233m3/min。4、 按炸药量计算Q掘=10A=10X27.9(m3/min)=279(m3/min)5、 风量验算C=q/Q=0.2：233=0.085%V1%掘进工作面回风流中的瓦斯不超过0.8%、二氧化碳浓度不超过1.5%，其它有害气体符合《煤矿安全规程》第100条的规定。通过以上计算及验算，工作面需风量为233ms/min，选择2X11kw对旋式2BKJNo.5.6型局部通风机，可满足掘进工作面的风量要求，并符合有关规定。迎头炮后15〜20分钟，待炮烟吹尽后，人员方可进入迎头施工。二、局通风机安装地点和通风系统1、 局部通风机安装地点风机及开关安设在-1100m砰石井进车线顶板完好处。2、 通风系统新风由-1100m五水平砰石井供给，乏风由-1100m东大巷进入管子井，然后进入一采回风上山。3.2压风系统1、 压风系统风源来自-750压风机房。-750压风机房—750m水平运输大巷—1100m水平辅助上山—1100m运输大巷f掘进工作面。2、 供风要求迎头有效风量不低于8.7ms/min，有效风压不低于0.5Mpa。3.3防尘系统防尘水源来自-455软化水站，自-455软化水站经-450〜-750三采副上山、-750西运输大巷、-1100m水平辅助上山、-1100m运输大巷，分别用6寸、4寸钢管接至迎头，每50m设三通一个。迎头外设3道喷雾，在迎头外5〜10m内安设炮区喷雾，迎头30m范围设一道微震水幕。喷浆机后方同侧3〜5m内设除尘风机。掘进迎头50m范围内设一道能封闭全断面的手动水幕。采用湿式打眼，定炮使用水炮泥，爆破喷雾、扒装洒水，冲刷岩帮，净化风流等综合防尘措施。在开门点以东20〜30m设一道净化水幕。防尘系统流程如下：自-455软化水站一-450〜-750三采副下山—750西大巷—1100m水平辅助上山厂一风钻钻眼卜一巷道内水幕f-1100m运输大巷一迎头一扒装洒水卜一装水炮泥水针匚…冲刷岩帮水管3.4防灭火掘进时，采用风钻打眼，锚网喷支护，爆破喷雾防尘，防火的重点是设备、机械摩擦生热、缆线和人为火灾。料场内有备用的沙子、岩粉直接灭火。控制风流、调节风流控制火势蔓延。防火水源来自-455软化水站，自-455软化水站经-450〜-750三采副上山、-750西运输大巷、-1100m水平辅助上山、-1100m运输大巷，分别用6寸、4寸钢管接至迎头。防火系统流程如下：自-455软化水站f-450〜-750三采副上山f-750m水平运输大巷f-1100m水平辅助上山f-1100m运输大巷f掘进工作面迎头。3.5安全监测系统1、 项目部经理、技术员下井时必须携带便携式甲烷报警仪，对其行走范围内的甲烷进行不间断的监测，如有报警现象（甲烷报警点为1%）必须进行处理。2、 爆破工下井担任爆破工作时，必须携带便携式甲烷报警仪，在爆破地点每次爆破时进行“一炮三检”工作，并做好记录，上井后由发放人员填制“一炮三检"报表。3、 当班的班组长和放炮员下井时必须携带便携式甲烷报警仪。4、 机电流动电钳工下井担负机电维修工作时，必须携带便携式甲烷报警仪，在检修工作地点20m范围内检查甲烷气体浓度，有报警现象时，不得通电或检修。5、 掘工作面必须配备便携式瓦斯报警仪，掘进工作面悬挂在工作面风筒的另一侧距迎头5m范围内，并处于常开状态。6、 便携式瓦斯报警仪每7天必须使用标准气样和空气样标校1次。7、掘进工作面甲烷传感器T1安设在距迎头不大于5m的巷道内，T2安设在距开门口10-15m的巷道内。其报警浓度为N0.8%的CH4，断电浓度为N0.8%的CH4,复电浓度为小于0.8%的CH4,断电范围为掘进巷道内全部非本质安全型电器设备。8、甲烷传感器应布置在巷道的上方，垂直悬挂，距顶板不得大于300mm,距巷帮不得小于200mm。3.6供电系统该迎头掘进施工中，电源来自-1100m移变站，供电方式为集中供电，经KBZ-350开关橡胶电缆接至KBZ-200开关，再用不同平方电缆，经过综合保护开关，供给迎头各机械设备。电缆悬挂要整齐，电缆吊挂眼高度在中腰线以上800〜1000mm，并拉线打眼，达到平直，深度150mm，间距1m〜1.5m，电缆垂度不超过5mm。配电