1、第三章,巷道掘进,主要内容,第一节 井巷掘进与支护概述 第二节 巷道掘进 第三节 巷道支护 第四节 立井开凿概述,第一节 井巷掘进与支护概述,岩石的分级 井巷掘进是煤矿生产一项经常而重要的工作。不论开掘何种井巷，其主要工作都是破岩和支护。破岩和支护的主要对象是各种不同的岩石，其物理力学性质各异。因而，了解岩石的性质，对于合理的确定破岩方法和支护方式，选用适当的凿岩机械、爆破器材和掘进机械，以及正确确定工作定额，具有重要的意义。,第一节 井巷掘进与支护概述,一般认为： 岩块是从地壳岩层中切取出来的小块体； 岩体是指地下工程周围较大范围内的自然地质体； 岩石则是不分岩块和岩体的泛称。 “坚固性系数
2、f”：表示岩石破坏的难易程度。,R岩石的单轴抗压强度,第一节 井巷掘进与支护概述,围岩的分类：地下工程周围的岩石，习惯称围岩。考虑岩性特点、构造情况、断面尺寸可将岩层分为五类： 稳定岩层、稳定性较好岩层、中等稳定岩层稳定性较差岩层、不稳定岩层,断面的形状 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。巷道断面形状如图所示。,巷道断面形状及尺寸,巷道断面形状,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
3、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。,巷道断面形状及尺寸,断面的尺寸 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。,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
4、； 5.巷道设计掘进断面积。,巷道断面形状及尺寸,半圆拱形双轨巷道断面图,半圆拱形双轨巷道断面尺寸计算图,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巷道的净断面积，m2； Vm巷道允许通过的最高风速，m/s。,巷道断面形状及尺寸,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。,巷道断面形状及
5、尺寸,煤巷：沿煤层掘进的巷道，在掘进断面中煤层占4/5以上。 半煤岩巷：煤层占1/5以上4/5以下。 岩巷：掘金断面中岩层占4/5以上。 巷道掘进主要工序：破岩、装岩、运输和支护 辅助工序： 通风、排水、测量、铺轨,巷道施工概述,第二节 巷道掘进,井巷施工首先要破碎岩石，常用的破岩方法有机械破岩和爆破破岩两种。 机械破岩：掘进机破岩（岩石较软） 爆破破岩：钻眼爆破（岩石较硬） 钻眼爆破可分为两项主要工作：钻眼工作和爆破工作。,钻眼（又称凿岩）机具按能源分，有电动、风动、液压、内燃四种。按破岩机理来分，有冲击式、旋转式两种。电钻用旋转式钻眼法破岩 ，用电力为动力。煤矿常用的有煤电钻和岩石电钻。,
6、爆破破岩,风钻 矿山一般常用的风钻有： 手持式、气腿式、伸缩式 和导轨式几种。 全液压钻机 液压凿岩机是以液压为动 力的凿岩机，它和风动凿 岩机一样，也由冲击机 构、转钎机构及排粉系统 等组成。,YT-23型风钻外形,爆破破岩,掘进凿岩台车 目前最广泛采用 的掘进凿岩台 车，台车行走机 构有轨轮、履带 及轮胎三种形 式。国产台车目 前以轨轮式为主 。,爆破破岩,CGJ220.2型掘进凿岩台车,钻眼工具 凿岩机钎子：钎头的形 状较多，但最常用的是 一字形和十字形钎 头 。 电钻钻具,组合钎子,活动钎头,煤电钻钻具,爆破破岩,炸药：矿用安全炸药。 硝铵类炸药、硝化甘油炸药 起爆器材 雷管、导爆索、
7、发爆器。 瞬发电雷管、秒延期电雷管、毫秒延期电雷管,爆破破岩,掏槽眼：首先爆炸的炮眼，其作用在于增加自由面。 辅助眼：在掏槽眼的外围，除崩落岩石外，还能扩大所掏的槽，提高周边眼的爆破效果。 周边眼：靠近巷道的周边，其作用在于使巷道获得一定的形状和规格。 炮采工作面常用的炮眼布置图,爆破破岩,装岩：耙斗、铲斗、扒抓式装载机。掘进通风：抽出式、压入式、混合式局部通风机位置位于进风侧，距巷道回风口的距离不得小于10m，避免出现循环风。,爆破破岩,钻眼（又称凿岩）机具按能源分，有电动、风动、液压、内燃四种。按破岩机理来分，有冲击式、旋转式两种。电钻用旋转式钻眼法破岩 ，用电力为动力。煤矿常用的有煤电钻
8、和岩石电钻。,机械破岩,炸药：矿用安全炸药。 硝铵类炸药、硝化甘油炸药 起爆器材 雷管、导爆索、发爆器。 瞬发电雷管、秒延期电雷管、毫秒延期电雷管,机械破岩,1、老顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层,第二节 巷道支护,直接顶是采煤工作空间直接维护的对象，其稳定性将直接影响工作面安全及生产能力的发挥，而且直接影响支护形式和液压支架架型的选择。根据直接顶自身的稳定性，我国将直接顶分为四类。,顶板分类,一类不稳定顶板，回采时若不及时支护，很容易发生局部冒顶，如裂隙发育的炭质页岩、泥岩、泥页岩等； 二类中等稳定顶板，虽然其受到裂隙的切割，但局部尚完整，其岩层的强度较大，如裂隙不发育的致密
9、泥岩、粉砂岩、砂质页岩等； 三类稳定顶板，允许暴露的面积大，稳定性好，不易发生局部冒顶，如裂隙较少的砂岩、石灰岩等； 四类非常稳定顶板，即煤层上方直接赋存着坚硬难冒的基本顶，如厚层致密的砂岩、石灰岩、整体性强的砾岩等。各类直接顶的强度指数范围见表4-1。,顶板分类,顶板分类,基本顶是影响工作面顶板来压的主要因素，是确定支架支撑能力、可缩性能以及选择采空区处理方法的主要依据。根据我国煤矿多年来的实践和研究，将基本顶按来压显现的强烈程度分为四级： 级为来压不明显的顶板； 级为来压明显的顶板； 级为来压强烈的顶板； 级为来压非常强烈的顶板。,顶板分类,地下岩体在开挖以前，由于自重和构造所引起的应力是
10、处于平衡状态。 当开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原来的应力平衡状态，就会引起岩体内部应力的重新分布。 表现为巷硐周围煤、岩体产生移动、变形甚至破坏，直到煤、岩体内部形成一个新的应力平衡状态为止。,矿压知识,矿压知识,在此过程中，巷道本身或安设在其中的支 护物会受到各种力的作用。这种由于在地 下煤岩中进行采掘活动而在井巷、硐室及 回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护 物上所引起的力，就叫做“矿山压力”。,矿压知识,矿山压力：由于采掘引起的巷道及工作面周围岩体内的力及其作用过程。 矿压显现：在矿山压力作用下，产生的一系列力学现象，如 顶板下沉、底板鼓起、煤壁片帮、冒顶、支架变形等。 矿压控制：所
11、有人为的调节、改变和利用矿山压力的各种技术措施 。对采掘空间的支护就是矿压控制。,矿压知识,支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道顶板岩层失去了支撑，巷道上方岩体的重量 Q 通过巷道两帮岩层来支撑与传递，因此在两帮岩体中产生了应力集中现象，这种集中应力称为支承压力。一般支承压力为原始应力的 2.5 一 5.0 倍。,矿压知识,工作面前方支承压力影响的范围由工作面前方 1 3m 起直到 3040m ，甚至可深入煤体达 l00m 以上。支承压力的高峰值，距工作面煤壁约为 5 一15 m。支承压力的存在是必须进行超前支护的主要原因。,矿压知识,回采工作面前后方支承压力分布状态,a：应力降低区 b：应力增
12、高区 c：应力稳定区(俗称:横三区),煤层被开采后，顶板岩层失去了原有的支撑，将会产生下沉、变形、破坏与移动。长壁工作面在整个回采过程中其顶板岩层的移动及矿压显现是不同的，重点可分为三个时期，即直接顶初次垮落、基本顶初次垮落和基本顶周期来压。,矿压知识,直接顶初次垮落 采煤工作面自开切眼推进一段距离后，直接顶悬露达到一定跨度就要对采空区顶板进行初次放顶，使直接顶垮落下来，这一过程称作直接顶的初次跨落。 直接顶初次垮落的跨距称为初次垮落距。初次垮落距的大小取决于直接顶岩层的强度、分层厚度和直接顶内节理裂隙的发育程度等，一般为6-12m。,矿压知识,矿压知识,基本顶初次垮落前岩层结构随直接顶初次垮
13、落，基本顶在一定范围内呈现悬露状态，通常将其视为一端由采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承的两端支撑的“梁结构” 。 基本顶初次垮落与初次来压随采煤面继续推进，基本顶悬露跨度逐渐增大，产生弯曲，达到一定跨度时，发生垮落。老顶第一次垮落称为老顶的初次垮落。,矿压知识,矿压知识,基本顶周期垮落 基本顶初次垮落后，随着采煤工作面继续 推进，工作面上方的基本顶岩层由“两端固 定梁”状态转变为“悬臂梁”状态。随着工作 面前移，基本顶周期性断裂垮落。,矿压知识,基本顶周期来压 初次来压以后，基本顶由原来的双支撑状态变成一头支撑在煤体上的悬臂梁，当工作面继续向前推进一定距离后，基本顶悬臂梁达到一定长度，在它本
14、身自重及上覆岩层的作用下，又会发生断裂与垮落。在这种情况下，这段基本顶岩块的一端主要由工作面支架来支撑，另一端就落在采空区的岩块堆上，使工作面出现普遍来压现象。由于这种垮落和来压现象，是随着工作面不断推进而周期性发生的，所以就叫周期来压。,矿压知识,回采工作面上覆岩层移动规律,根据岩层移动特征，可将煤层的上覆岩层分为：冒 落 带 ()裂 缝 带 ()弯曲下沉带 ()(俗称:纵三带),巷道中的矿压显现是客观的自然现象，除 了一些特殊情况外，在采掘过程中企图完 全消除这种现象是不可能的。然而在掌握 巷道矿压显现规律的基础上，以岩石力学 理论为指导，有可能在不同程度上减轻矿 压显现对巷道的危害，从而
15、达到安全生产 和取得较好技术经济效果的目的，这是巷 道矿压控制的基本任务。,巷道矿压控制原理,巷道矿压控制的三类方法及途径： 第一类：巷道保护 第二类：巷道支护 第三类：巷道维护 目前所采用的各种矿压控制方法，从其对付矿压的原理来看不外“抗压”、“让压”、“躲压”、“移压”等几种 。,巷道矿压控制原理,巷道矿压控制基本原理及途径,棚式支护木支架 金属支架 钢筋混凝土支架 石材整体式支架料石砌碹 混凝土砌碹 钢筋混凝土浇注 锚喷网联合支护锚网支护 锚喷支护 锚喷网支护,巷道支护类型,木支架,巷道支护类型,金属支架 承载能力大，可多次复用，储运方便，安装容易 及迅速等优点 。,巷道支护及其材料,料
16、石砌碹,巷道支护及其材料,锚杆支护 1.金属锚杆 2.砂浆锚杆 3.树脂锚杆 4.水泥锚杆 5.木锚杆 6.玻璃钢锚杆,巷道支护及其材料,锚杆支护作用原理 挤压加固作用 悬吊作用 组合梁作用,巷道支护及其材料,喷射混凝土支护 喷射混凝土支护是用喷射机将混凝土混合物喷射 在岩石表面上硬化而成的一种支护。先将砂、石 过筛，按配合比和水泥一同送入搅拌机内搅拌， 然后用矿车将拌合料运送至工作面，经上料机装 入以压缩空气为动力的喷射机，再经输料管吹送 到喷头处与水混合后喷射在岩面上。,巷道支护及其材料,锚喷支护 锚杆和喷射混凝土虽各有优点，但也都有不足之 处。锚喷联合支护，恰能做到使二者取长补短， 互为补充，是一种性能更好的支护形式。锚杆与 其穿过的岩体形成承载加固拱，喷射混凝土的作 用则在于封闭围岩，防止风化剥落，和围岩结合 在一起，对锚杆间的表面岩石起支护作用。,巷道支护及其材料,锚杆+锚索+喷浆+网联合支护 锚杆顶板下部岩层 锚索顶板上部岩层 喷浆防止风化剥落 网提高混凝土整体性,巷道支护及其材料,
