1、河南理工大学毕业设计（论文）摘要I摘要巷道是井下生产的动脉，巷道断面设计合理与否，直接影响矿井生产的安全和经济效益。为满足东周窑煤矿四盘区的正常采掘，设计 2401 顺槽作为煤矿采掘的服务巷道。设计的主要思路，是采用类比设计与理论验算相结合，主要参数查询设计规范得出。在巷道断面设计中，充分考虑行人、交通、通风等因素，选择一种经济适用的断面形式。巷道掘进设计是在安全的前提下，充分利用地质情况，选择合适的掘进方式。在岩质疏松的地段，采用综掘机掘进，在地质复杂，岩质较硬的地段，采用钻眼爆破的方式进行掘进，两者交替进行，使掘进速度达到最大最经济。巷道掘进主要采用炮掘加机掘的形式，在岩层比较硬的地段采用
2、炮掘的形式，遇到薄弱岩层就改用机掘形式。巷道总体分三段，有系统巷皮带机头段、系统巷储带仓段和正巷组成。在巷道的设计过程中需要经过两次变换断面，支护形式和断面开掘都需要进行调整。关键词：岩土工程；支护形式；断面形式；施工工艺；爆破设计河南理工大学毕业设计（论文）摘要IIAbstractThe roadway is the artery of underground production, the design of the roadway section is reasonable, which directly affects the safety and economic benefits
3、of the mine production. In order to meet the normal mining of Dongzhouyao coal mine four area, design 2401 trough as coal mining roadway service. The main idea of the design is to use the analogy design and theoretical calculation, the main parameters of the query design specification.In the design
4、of the roadway section, the factor of pedestrian, traffic and ventilation is considered, and the form of a kind of economic application is chosen The tunnel excavation design is thepremise of safety, make full use of geological conditions, choose the right tunneling way. In lots of rock loose, using
5、 fully mechanized roadheader, in complex geological, lots of hard rock, the drilling hole blasting excavation, alternating between the two, so that the driving speed reach the largest and most economic.The tunnel excavation adopts the form of the digging machine and the hard rock in the strata. The
6、hard rock is used in the form of the blasting, and the weak rock layer is used to dig the form There are three sections in the tunnel, which is composed of the section of the belt head of the system, the warehouse section and the normal lane of the system Need to go through two transformation sectio
7、n in the design process of roadway, supporting form and digging section need to be adjusted.Keywords: geotechnica; engineering; support form; section form; construction technology; blasting design.河南理工大学毕业设计（论文）目录III目 录摘要 .IAbstract II第一章 绪论 .11.1 国内外发展概况 .11.1.1 巷道支护方式 .11.1.2 巷道断面设计与掘进形式 .51.2 毕业设
8、计主要内容 .7第二章 工程概况 .82.1 工程简介 .82.2 地质水文概况 .92.2.1 地质概况 .92.2.2 水文概况 .11第三章 巷道断面设计 .153.1 巷道断面计算 .153.1.1 巷道净宽度的计算 .153.1.2 巷道净高度计算 .163.2 巷道断面形式确定 .183.2.1 系统巷断面形式确定 .183.1.2 正巷断面形式确定 .193.2 钻孔爆破设计 .203.2.1 掏槽形式的确定 .203.2.2 爆破参数 .203.2.3 装药结构与炸药类型 .25第四章 巷道支护设计 .274.1 巷道支护形式 .274.2 巷道支护参数 .274.2.1 掘进
9、巷道顶板支护验算及论证 .274.2.2 巷道支护方式 .32河南理工大学毕业设计（论文）目录IV第五章 施工工艺 .365.1 掘进施工工艺 .365.1.1 炮掘施工准备及施工方案 .365.1.2 炮掘注意事项 .375.1.2 机掘施工方案 .415.2 巷道支护工艺 .425.2.1 支护设备及方案 .425.2.2 矿压观测 .435.3 巷道施工工艺 .435.3.1 系统巷施工 .435.3.2 正巷施工工艺 .465.3.3 特殊条件下的施工方法 .485.3.4 顶板管理 .485.3.5 预防片帮、冒顶及处理措施 .505.3.6 使用掘进机安全技术措施 .535.3.7
10、 安全技术措施 .55第六章 结论 .58参考文献 .59致谢 .60河南理工大学毕业设计（论文）第一章 绪论1第一章 绪论1.1 国内外发展概况煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达 484 亿吨标准煤，占世界化石燃料可采资源量的104668% 。据 1997 世界能源统计评论统计，至 1996 年底，世界煤炭探明的可采储量为 1.03161 亿吨，储采比为 224 年，其中七个储量最大的国家依次为美国、俄罗104斯、中国、澳大利亚、印度、德国、南非和波兰。煤炭作为我国的重要能源，储量较大、分布较广，在国民经济的发展中发挥着极其重要的作
11、用。近年来探明的煤田煤层厚度达到几十米，甚至达到几百米。对于巨厚煤层，巷道全部位于煤层当中，由于煤层多具有松软、破碎、易片帮冒顶等的特性，松软厚煤层巷道难以支护。随着开采深度的增加，围岩应力增大，煤巷煤体围岩的软岩特性更加突出，维护更加困难，普通煤层的支护手段已经很难在巨厚煤层中奏效。巷道是井下生产的动脉，巷道断面设计合理与否，直接影响矿井生产的安全和经济效益。巷道断面设计的原则是：在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，取得最佳的经济效果。在煤炭市场全面开放的今天，推行巷道支护改革，对于降低原煤生产成本，提高经济效益，有着巨大的促进作用，因此我们必须对其高度重视。在矿井掘进和
12、拓伸过程中，应根据矿井巷道的实际地质条件，来合理确定巷道和硐室的支护加固情况。总的来说，井巷支护必须根据实际地质条件综合考虑开采顺序、服务年限、使用要求等因素，选择较恰当的支护方式，避免因反复维修而增加费用支出。在巷道支护不能满足安全生产的需要下，必须认真分析原因，及时进行支护改革，直到取得满意效果为止1.1.1 巷道支护方式我国煤矿锚杆支护技术经历了从低强度、高强度到高预应力、强力支护的发展过程。早期采用的锚杆支护强度刚度低，支护原理上仍属于被动支护。1996-1997 年我国引进了澳大利亚锚杆支护技术，高强度锚杆支护技术得到广泛认可。2005 年以来，为解决深部高地应力、受强烈采动影响、沿
13、空留巷等复杂困难巷道支护难题，又开发出高预应力、强力锚杆与锚索支护技术，真正实现了锚杆的主动、及时支护，大幅度减少了巷道围岩变形与破坏，支护状况发生了本质改变。2009 年，煤炭行业标准煤巷河南理工大学毕业设计（论文）第一章 绪论2锚杆支护技术规范(MT/T1104-2009) 发布标志着煤巷锚杆支护技术已经逐渐成熟。目前我国很多矿区煤巷锚杆支护率达到 60%有些矿区超过了 90%甚至达到 100%。我国煤矿已经形成了有中国特色的煤巷锚杆支护成套技术体系锚杆支护已经成为煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式。近几年来，随着我国煤矿开采深度的不断增加，煤矿井巷支护经历了由单一型支护技术到联合支护
14、型技术的发展历程。煤矿早期开采阶段几乎全部是以木材作为巷道及采煤工作面的支护材料，随着新型材料的出现，开始采用混凝土或钢筋混凝土砌碹等支护形式，这些被动式支护耗费大量材料且受深度和岩性影响。随着井巷支护技术的发展演变，可将其归纳为被动式支护方式、主动式支护方式。1） 被动式支护方式被动式支护技术是源于古典压力理论和坍落理论，认为巷道开挖后围压主要由围岩局部坍塌导致而成，而巷道的稳定主要靠围岩坍塌致使硐室形状改变后自行获得。被动式支护把围岩坍塌岩与支护分开来考虑，把围岩视作荷载，支护看作承载结构，二者之间形成“荷载结构”体系，认为支护是为了承受由围岩所产生的荷载，无法控制围岩变形破坏的发生，只能
15、起被动抵抗的作用。（1）木支护方式木支护技术主要是采用木材作为支护材料，典型的支护方式有“亲口”棚、鸭嘴棚、戴帽点柱、木垛等。木支护耗费大量木材而且受采深和岩性影响严重，因此只适用于浅部围岩，而且支护断面形状必须与围岩曲线一致，以充分发挥围岩和支护结构抗压强度大的优势，从而硬性抵抗岩体的变形压力。（2）石材支护方式石材支护分片石、料石两种支护方式，优点是具有抗压性好、一次成巷好、安全系数大、抗灾能力强、支架变形小和质量易保证等特点，不足之处在于初期投资高，只适用于矿井服务年限长的巷道。（3）金属支架支护方式金属支架支护技术主要分刚性支架支护与可缩性支架支护，其中刚性支架允许压缩变形量小，工作阻
16、力随变形量增大而减小，直至破坏而失去工作阻力；可缩性支架允许压缩变形量大，在结构设计压缩范围内，工作阻力随压缩量大而增大，或者恒阻。金属支架支护视支架为支护体，围岩为荷载，其破坏是由于支架上弯曲力矩达到屈服极限的破坏应力所致，同时，由于支架承受侧压力和荷载的不均匀常使支架失去稳定性或可缩性而减弱或失去竖向承载能力。特别是 U 型钢支架支护由多段弧形构件相互河南理工大学毕业设计（论文）第一章 绪论3叠置搭接而成，大多支护面呈拱形或环形，主要使用于松软围岩、地压大、底臌严重和两帮位移量大的开拓和采区巷道。（4）装配式钢筋混凝土支架支护方式装配式钢筋混凝土支架支护施工技术，可以在地面工厂化预制，质量
17、有保证且利于批量化生产和井下机械化安装，不足之处在于不能有效抵抗上覆岩层整体移动而产生的底板沉降及巷帮测压，受扭曲折断而失去支护作用。钢筋混凝土支架支护分一般钢筋混凝土支架、预应力钢筋混凝土支架。预应力钢筋混凝土支架具有抗压性好、一次成巷好、安全系数大、抗灾能力强、支架变形小和质量易保证等优点，不足之处在于初期投资高，易松动等。（5）菱镁支架支护方式随着新材料的推广使用，80 年代研制出了菱镁支架，优点是有利于批量化生产，投资低，有利于再利用。不足之处抗压强度低、易松动等只适用于浅部围岩完整的巷道。2） 主动式支护方式主动式支护方式为补强式，利用围岩本身强度来维护巷道的支护方式。（1）锚杆系列
18、支护技术自 20 世纪 50 年代以来，锚杆支护手段已在国外地下工程中得到了广泛应用。我国从 1956 年起在部分矿区先后试用该支护技术并获得良好效果。国内锚杆系列支护技术发展分为单体锚杆群支护手段、组合锚杆支护阶段、预应力锚杆支护阶段、强力锚杆支护阶段、复合支护阶段。锚杆支护原理有加固拱(挤压组合拱)作用、悬吊作用、组合梁作用、最大水平应力理论。单体锚杆群支护阶段1955-1964 年，锚杆支护技术刚刚引进国内，发展尚处于萌芽阶段，以钢丝绳、水泥沙浆、木锚杆为代表，锚杆无托板，且杆体间缺乏联系。锚杆实际上只起悬吊作用，且被动承载，不与围岩共同作用。由于盲目扩大这类锚杆的应用范围，致使部分井巷
19、冒顶失修，实际上阻碍了锚杆支护的发展。该阶段技术发展基于悬吊作用和原始楔形剪切理论等。组合锚杆支护阶段随着煤矿软岩问题在各矿区的相继显现，单体锚杆群支护已很难适应复杂的地质条件，1970-1990 年期间发展了大批新型组合锚杆并在软岩巷道支护中得到应用，如水泥药卷钢筋锚杆、树脂药卷钢筋锚杆以及其他类型金属锚杆等，在锚杆尾部均有托板河南理工大学毕业设计（论文）第一章 绪论4和螺母。松软破碎条件下还增设金属网和混凝土喷层，动压影响严重的场合则进一步增加钢带、钢架等，形成组成锚杆支护体系，并且由平面组合发展到空间组合，形成整体支护结构体系。研究表明锚杆不仅能起到悬吊作用，而且具有组合拱或组合梁作用，
20、承载能力显著增强。组合锚杆比单体锚杆更与利于松软破碎顶板的安全维护，并发展了锚喷网、锚梁网也层出不穷。此阶段相应的支护理论有组合支撑拱理论及组合支撑梁理论等。预应力锚杆支护阶段1990 年后，随着锚杆支护在松软动压及大跨度巷道中得推广应用，围岩体片帮冒顶现象严重。工程中发现现有的锚杆实际上不能有效阻止围岩开裂、滑移，采用有横向预应力的管缝式锚杆和锚杆桁架，能显著改善支护效果，其代表产品或结构主要有桁架锚杆、水胀式锚杆和楔缝式、管缝式锚杆，这四类锚杆均具有良好的横向预应力和一定纵向预应力，其支护效果已为国内外矿山支护实践所证实。研究表明，当锚杆预应力高于 60kn，可基本阻止巷道顶板下沉，因此研
21、制出高强度粗直径全长锚固树脂钢筋锚杆，并在托板处增加减少摩擦的装置。理论与实践都证明，保证锚杆体系有足够的纵向和横向预紧力，才能真正发挥围岩与支护体系的最大支护力，此阶段支护理论有二次支护理论及松动圈理论等。强力锚杆支护阶段近年来，随着煤矿开采深度的不断增加，地质环境日益复杂，导致突发性工程和重大恶性事故不断增加，普通锚杆常由于集中荷载的作用致使锚杆拉脱及钢带撕裂，锚杆护表作用降低，导致整体支护效果欠佳。为了从根本上改变锚杆支护材料落后这种局面，研制了锚杆专用钢材，以达到高强度和超高强度的级别。强力锚杆的杆体为左旋无纵肋螺纹段采用滚压工艺加工，强力锚杆支护系统能大幅度提高巷道初期刚度和强度，有
22、效控制高应力巷道结构面离层、滑动、裂隙张开及新裂纹产生等不连续变形，同时支护系统有足够延伸率，允许巷道围岩有较大连续变形，使围岩高应力得以释放。锚杆支护同架棚支护相比，由于锚杆是主动支护顶板，能有效防止早期离层，大大改善了巷道的稳定状况，因此有利于巷道维护。（2）复合支护技术当前，煤炭开采深度逐渐加深，以冲击地压（岩爆）、矿压显现剧烈、巷道围岩大变形、突水、地温升高、瓦斯突出（爆炸）等“六大工程灾害”为代表的一系列灾害性工程事故频发，一些矿区研究并应用复合支护技术获得了成功并开发了复合支护。复合支护是采用两种或两种以上的支护方式联合支护巷道。现行类型较多，如锚网喷、河南理工大学毕业设计（论文）
23、第一章 绪论5注浆加固，锚网喷、U 型钢可缩性支架、锚索。锚网索喷、弧板支架， U 型钢支架、注浆加固，以及锚网喷、注浆、U 型钢支架等形式。选择复合支护形式时，应根据巷道围岩地质条件和生产条件，确定出合理的支护形式和参数。不同类型的软岩巷道所采用的支护形式不同。近年来，针对深部高应力巷道、受强烈采动影响的巷道和特大断面巷道等复杂困难条件，基于提高支护结构强度和适应于大变形的考虑，提出了高预应力、强力支护理论，并开发研制了强力锚杆与锚索支护材料，主要包括强力锚杆杆体和附件，强力钢带以及强力锚索。强力锚杆杆体材料与附件低强度锚杆支护材料已经无法满足高应力巷道支护的要求，必须开发研制新的支护材料才
24、能适应其要求。新开发的锚杆专用钢材可显著提高锚杆强度，其屈服强度和破断强度均较同类型锚杆高出许多，且预应力级别较高，真正实现了高预应力与高强度，以适应高应力巷道围岩变形。除强力锚杆杆体外，还配套开发出高强度螺母、高强度球形托板与球形垫圈，优选了减摩垫圈等附件。强力钢带考虑到现在有型钢带抗撕裂性能差，且钢带与其它构件强度不耦合，易导致托板压入或压穿钢带，发生剪切破坏。为配合强力锚杆支护，研发出 4mm-5mm 的强力 W钢带，其强度与刚度均有大幅度提高，组合与护表能力大大增强，同时，对钢带撕裂与托板的匹配性进行了较多研究，已基本上解决了钢带撕裂和压穿等问题。1.1.2 巷道断面设计与掘进形式1）
25、巷道断面形状我国煤矿巷道常用的断面形状是梯形和直墙拱形（如半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形管称拱形），其次是矩形。只是在某些特定的岩层或地压情况下，才选用不规则形（如半梯形）、封闭拱形、椭圆形和圆形。矩形断面利用率高，承载能力低，一般用于顶压、侧压都小，服务年限短的巷道，如侧压大，两帮支架将发生移动或被坏。梯形的断面利用率较拱形高，但承压性能较拱形差，常用于服务年限不长、断面较小或围岩稳定、地压不大的巷道。拱形断面则常用于服务年限长或围岩不稳定、地压大的巷道。在特别松软或膨胀性大的岩层中开掘巷道，当顶压、侧压都很大时，可采用曲拱形；底膨严重时，可用带底拱的封闭拱形；四周压力都很大且不均匀时，可采用
26、椭圆形；四周压力均匀时，可采用圆形。沿煤层掘进巷道时，为了不破坏顶板，常根据煤层赋存情况，将巷道开掘成各种不规则形。巷道断面形状往往取决于矿区富有的支架材料和习惯采用的支护方式。木棚子和钢筋混凝土棚子适用于梯形和矩形等断面；河南理工大学毕业设计（论文）第一章 绪论6料石和混凝土砌碹适用于拱形、圆形等曲线形断面；而金属支架、锚杆支护适用于任何形状断面。2）巷道断面尺寸巷道断面尺寸主要依据用途来决定的，并用所需通过风量来校正，以人员通过方便为原则，煤矿安全规程规定：巷道净断面，必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修、施工的需要。巷道开掘出后不加支护的断面称为荒（毛）断面，支护后的断面称
27、为净断面。巷道断面尺寸主要考虑巷道的净高和净宽。（1）巷道的净宽度矩形巷道（直墙巷道）的净宽度，是指巷道两侧壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。对梯形巷道，当巷道内通行矿车、电机车时，净宽度指车辆顶面水平的巷道宽度。当巷道内设置运输机械时，净宽度指从巷道底板起 1.6m 高水平的巷道宽度；当巷道不放置和不通行运输设备时，净宽指净高的二分之一处的水平距离。巷道净宽主要取决于运输设备本身的宽度，人行道宽度和相应的安全间隙，无运输设备的巷道可根据通风及行人的需要来选取。巷道内人行道的宽度和相应的安全间隙在煤矿安全规程内都有明确的规定：新建矿井、生产矿井新掘运输巷的一侧，从巷道道碴面起 1.6m 的高
28、度内，必须留有 0.8m（综合机械化采煤矿井为 1m）以上的人行道，管线吊挂高度不得低于1.8m；巷道另一侧的宽度不得小于 0.3m（综合机械化采煤矿井为 0.5m）。巷道内安设输送机时，输送机与巷帮支护的距离不得小于 0.5m；巷道内移动变电站或平板车上综采设备的最突出部分，与巷帮支护的距离不得小于 0.3m；输送机机头和机尾处与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要，并不得小于 0.7m。在生产矿井已有巷道中，人行道的宽度不符合上述要求时，必须在巷道的一侧设置躲避硐。两个躲避硐之间的距离，不得超过 40m。躲避硐宽度不得小于 1.2m，深度不得小于 0.7m，高度不得小于 1.8m，躲避
29、硐内严禁堆积物料。在人车停车地点的巷道上下人侧，从巷道道碴面起 1.6m 的高度内，必须留有宽1m 以上的人行道，管道吊挂高度不得低于 1.8m。在巷道曲线段，车辆四角要外伸或内移，应将安全间隙适当加大，一般外侧加宽 200mm，内侧加宽 100mm。（2）巷道的净高度矩形和梯形巷道的净高度是指道自道碴面或底板至顶梁或顶部喷层面、锚杆露长度终端的高度。拱形断面的净高是指自道碴面至拱顶内沿或锚杆露出长度终端的高度，由壁高和拱高组成，半圆拱的拱高为巷道净宽的一半，圆弧拱及三心拱的拱高常取巷河南理工大学毕业设计（论文）第一章 绪论7道净宽的三分之一。 煤矿安全规程规定：主要运输巷和主要风巷的净高自轨
30、面起不得低于 2m。采区（包括盘区）风的上山、下山和平巷的净高不得低于 2m，薄煤层内不得低于 1.8m。采煤工作面运输巷、回风巷及采区内溜煤眼等的净断面净高，由煤矿企业统一规定。3）巷道掘进形式（1）国内巷道掘进技术现状在巷道掘进中，破碎岩石是一项主要工序。破碎岩石常用的方法有两种，钻眼爆破法和掘进机破岩法。岩巷的掘进，仍以钻爆法破碎岩石为主要手段。钻眼爆破法法是采用钻眼机具在工作面不知一定数目的炮眼，然后在炮眼内装药进行爆破，把岩石破碎下来的方法，钻研爆破会产生大量岩尘，现在采取湿式钻眼。光面爆破技术是控制爆破的中的一种方法，可以使爆破后巷道围岩形状规则，符合巷道轮廓设计要求，随着煤炭行业
31、的发展，光面爆破在矿井建设中应用越来越广泛。掘进机用于巷道掘进施工，速度快，效率高，巷道成型规整，岩体免遭炮震破裂，施工质量好等诸多优点，被越来越多的国家所认识。我国目前部分断面掘进机仅用于煤和软岩巷道掘进，当在=6 以上的中硬岩层中，特别是含石英量大的岩石，掘进速度很慢。我国目前的部分断面掘进机约 90%是在全煤巷道中掘进。（2）国外巷道掘进技术现状国外煤矿现代巷道掘进施工方法主要有钻爆法和综合机械化掘进法(简称综掘法)。岩巷掘进仍采用钻爆法，煤和半煤岩巷广泛采用掘进机，英国采用掘进机掘进煤和半煤岩巷的比例已达 85%。综掘法是近二三十年间迅速发展起来的一种先进的巷道掘进技术。其主要设备是掘
32、进机，它是一种集切割岩石、装载及转运岩渣、降尘等功能为一体的大型高效联合作业机械设备，能实现连续掘进，目前国际先进水平已实现自动控制及离机遥控操作。1.2 毕业设计主要内容毕业设计的内容主要是通过收集实习现场的各个工程数据，加以整理，并结合自己学到的理论知识，对目前施工的巷道按自己的思路重新进行设计。主要的设计内容是巷道的设计与支护，其中包括：（1）断面形状设计；（2）断面尺寸设计；（3）工作面掘进方式设计；（4）巷道支护设计；河南理工大学毕业设计（论文）第一章 绪论8（5）施工工艺设计。河南理工大学毕业设计（论文） 第二章 工程概况9第二章 工程概况2.1 工程简介1）巷道名称本毕业设计设计
33、的巷道名称为：同煤集团同发东周窑矿山 4#8401 工作面 2401 顺槽。2）设计目的及巷道用途设计目的及用途：2401 巷满足山 4#8401 综采工作面生产所需的安装皮带、通风、管线敷设、设备布置需要。3）巷道设计的长度及服务年限2401 巷正巷设计总长度:1670.1m。系统巷设计长度：辅运绕道 62.1m，回风斜巷 39.5m，胶带联巷 100.5m。工程量总计: 1872.2m。服务年限：11 个月。4）掘进方法巷道设计为矩形，系统巷采用光面爆破法施工，正巷使用光面爆破法施工和三一重型装备有限公司生产的 EBZ200 型掘进机掘进，支护采用锚、网、索联合支护。5）预计开、竣工时间本
34、掘进巷道预计 2014 年 12 月 1 日开工预计 2015 年 11 月 1 日竣工。6）设计部位2401 顺槽的设计位置位于东周窑矿井四盘区西辅运大巷 3200m 处，西辅运大巷和西回风大巷在其上方通过，本巷道的开口位置接西胶带大巷，掘进方向与 5401 顺槽平行，两条顺槽位于煤层两边，坐标位置为：X=4430725.076，Y=526852.830 ，方位角为a=2785340“。巷道布置图见图 2.1。河南理工大学毕业设计（论文） 第二章 工程概况10图 2.1 巷道布局图2.2 地质水文概况2.2.1 地质概况该项目名称为同煤集团同发东周窑矿山 4#8401 工作面 2401 顺槽
35、。东周窑井田位于山西省左云县东，东起东周窑村，西至左云县城东；北起云西堡村，南至井儿沟村，隶属于大同煤矿集团有限责任公司。1）地质概述本项目所在地，地质构造较为复杂，断层横纵交错，陷落柱及火成岩星罗棋布，向斜及背斜此起彼伏，其表现形式为以小型褶皱构造为主，伴有断裂构造及煤层陷落柱。其概况见表 2.1。表 2.1 地质与煤层概况项目 概况煤层名称 山 4 #煤层水平名称 859 水平采区名称 四盘区山 4#西 胶 带 大 巷山 西 辅 运 大 巷山 4#西 回 风 大 巷5401顺 槽2401顺 槽 2401回 风 绕 道辅 运 绕 道皮 带 机 头 段 储 带 仓 段 2401正 巷河南理工大
36、学毕业设计（论文） 第二章 工程概况11工作面名称 8401续表 2.1项目 概况地面标高 (m) 1354.36工作面标高 (m) 908.48地面位置 地表冲沟发育，以黄土覆盖为主，盖山厚 428-482 米。井下位置及四邻采掘情况 东部为西盘区三条采区巷道，北部及西部四周均未开采。走向长 (m) 1857-1770倾向宽 (m) 209.3面积(m 2) 379678.6煤层总厚 3.30-5.27平均 3.74煤层结构 (m) 复杂结构煤层倾角 1-2.8煤层组成 该工作面山 4#煤层含夹矸 34 层，最大为 1.15m，最小为0.10m，岩性多为砂质泥岩、炭质泥岩，次为粘土质泥岩。2
37、）巷道顶底板岩层概况本巷道顶底板较复杂，有多种不同岩性，不同硬度系数的岩层组成，其岩层分布情况见表 2.2。表 2.2 顶底板岩层情况厚度(m)顶底板名称 岩石名称硬度系数 岩性特征3.4420.70老顶 中粗砂岩12.08灰白色，由石英、长石组成，长石易风化为粉末，疏松块状。2.808.10直接顶 砂质泥岩4.80深灰色致密块状，棱角状断口。1.505.75直接底 砂质泥岩3.98黑灰色泥质岩，含植物茎根化石。3.5212.55老底 细砂岩7.09灰白色夹有断续煤线条，节理发育。3）地质构造概况根据现有三维地震资料可知，5401 巷在 300 米附近遇到陷落柱 DX7，在 940 米附近遇到
38、陷落柱 DX8，2401 巷在 300 米附近遇到陷落柱 DX5，在 660 米附近遇到陷落柱DX6。通过西胶带巷实际揭露断层的延伸分析，在 5401 巷 100 米处遇到落差为 4 米的断层，175 米处遇到落差为 7 米的断层，见表 2.3。受陷落柱影响，陷落柱附近围岩破碎，对施工造成一定的影响，在掘进过程中应加强巷道顶板支护，编制过陷落柱措施，并严格执行。河南理工大学毕业设计（论文） 第二章 工程概况12表 2.3 地质构造概况构造名称 走向 倾向 倾角 性质 落差 对掘进的影响程度断层 F1 162 252 66 正断层 4.0 影响较大断层 F2 150 230 56 正断层 7.0
39、 影响较大陷落柱 DX5 影响较大陷落柱 DX6 影响较大陷落柱 DX7 影响较大陷落柱 DX8 影响较大4）影响掘进的其他因素在巷道掘进中，其他一些地质因素比如涌水、瓦斯等地质现象也是影响掘进的重要地质因素。其他影响掘进的其他地质因素情况见表 2.4。表 2.4 其他影响因素因素 内容最大涌水量 15m3/h正常涌水量 5.5m3/h瓦斯 属低瓦斯矿井，相对涌出量 1.04m3/t。煤尘 煤尘具有爆炸危险性煤的自燃 自燃等级为级，易自燃发火期 6 个月。地温 地温梯度变化范围 1.533.160C,平均 2.130C/100m地压 未测定2.2.2 水文概况山 4#煤层顶板为较强含水层，特别
40、在断层带和向斜轴部富水，应确保排水设施完好，排水管路到位及距工作面不小于 40m。1）含水层东周窑矿自下而上主要有寒武-奥陶系碳酸盐岩含水层、石炭-二叠系碎屑岩含水层、第四系松散层含水层三套含水层。详见矿井水文地质剖面图（图 2.2） 。河南理工大学毕业设计（论文） 第二章 工程概况13图 2.2 矿井水文地质剖面图（1）寒武-奥陶系碳酸盐岩含水层地表未出露，据以往钻孔揭露，岩性以白云岩、白云质灰岩与灰岩为主，岩层层面平缓，倾角小于 5，在井田西南部地层倾角变陡。在井田东部与中南部，ZK1528、ZK1821 钻孔在钻至石灰岩地层段，没有明显的泥浆渗漏现象，岩石裂隙及溶蚀裂隙不发育，在井田北部
41、和西部，石灰岩中钻进时，冲洗液消耗量严重，孔口不返水。ZK718 、ZK2312 孔测井资料反应见多处强富水含水层段，勘探中发现岩溶陷落柱 9 个，特别是 ZK718 孔在 400.05m440.65m。白云质灰岩极破碎，岩石质量指标（RQD ）仅 10.5%，在短柱状岩心中见溶蚀孔洞，孔洞最大长轴 4-5cm。在432.85438.45m 见溶蚀孔洞极发育的蜂窝状黄铁矿化白云岩。在孔深438.45m、440.15m 处有钻具突落现象，突落高度分别为 2.50m 和 1.0m。下部灰岩逐渐变完整，岩石质量指标达 60%以上。井田内石灰岩地下水位埋深 129.60142.36m ，水位标高 11
42、81.71-1246.84m，其富水性不均匀，ZK718 钻孔抽水试验，单位涌水量1.301L/sm，渗透系数 10.1m/d，ZK1528 钻孔单位涌水量 0.0016L/sm，渗透系数仅0.03m/d，二个钻孔单位涌水量相差数百倍。石灰岩中地下水水质类型为 HCO3Cl-Na水。地下水温度 ZK718 孔中 19，ZK1528 钻孔中 15。本次揭露寒武-奥陶系地层的是 DT15 和 DT16 号钻孔，分别钻入灰岩 274.77m 和233.70m，终孔层位为寒武张夏组地层。钻探过程中未发现明显漏失情况，钻孔抽水试验 DT15 号钻孔静水位标高 1122.79m，单位涌水量为 0.3985
43、L/sm，渗透系数7.43m/d。DT16 号钻孔静水位标高 1057.14m，单位涌水量为 0.0082L/sm，渗透系数0.1790m/d。根据本次勘查情况结合以往资料，寒武-奥陶含水层富水性弱-强，富水极河南理工大学毕业设计（论文） 第二章 工程概况14不均一，水化学类型为 HCO3Cl-Na 型。（2）石炭-二叠系碎屑岩含水层太原组含水层该含水层段有石炭系太原组含水层和二叠系山西组含水层。下部以可采煤层和砂质泥岩，灰白色粗砂岩组成，在 5 号煤层上下均发育有一层厚层砂砾岩，岩层一般完整致密，裂隙不发育，沿裂隙见白色钙质物充填，富水性差，据以往抽水资料，单位涌水量 0.0042-0.01
44、7L/sm，二叠系山西组含水层为中粗砂岩和砂质泥岩互层组成；底部有一层灰白色中粗粒石英砂岩，岩石较致密，裂隙不发育，富水性差，据以往抽水资料，单位涌水量 0.0035-0.000027L/sm。本井田二叠系山西组和石炭系太原组可采煤层作为一个含水段抽水结果：单位涌水量 0.00230.005L/sm，渗透系数 0.0087-0.0473m/d，抽水后静止水位埋深 108.40-212.88m，水化学类型为 HCO3SO4Cl-Na 水。该含水层段抽水资料详见表 2.5。表 2.5 太原组抽水试验资料项目 ZK718 ZK1528 ZK1821 ZK2312 DC2出水量（L/s） 0.454
45、0.325 0.454 0.17 0.155单位涌水量（L/sm） 0.005 0.0044 0.0038 0.0023 0.00366渗透系数（m/d） 0.021 0.0473 0.0087 0.009 0.04463静止水位（m） 140.83 135.36 108.40 146.86 212.88动水位(m) 238.61 208.78 227.03 221.07 255.21降深值（m） 97.78 73.42 118.63 74.21 42.33含水层厚度（m） 23.00 10.00 46.00 25.00 8.35 号煤层顶板含水层该含水层包括二叠系山 4 号煤层以上不同时代碎
46、屑岩含水层。与下伏可采煤层段没有较好隔水层存在，二叠系石盒子组和侏罗系永定庄组含水层普遍分布于勘查区，含水层主要为灰白色长石石英砂岩，节理裂隙不发育，钻进过程中泥浆消耗量不大，未发现漏失现象。提钻前后钻孔泥浆水位变化甚微。侏罗系含水层段根据同煤集团 15个煤矿开采井下排水资料表明，采煤含水系数介于 0.14-1.27m3/t 之间，平均 0.47m3/t。白垩系碎屑岩含水层分布于井田大部，主要为砂质泥岩、砾岩组成，其富水性弱，据张家坊附近钻孔抽水，单位涌水量为 0.004L/sm。根据抽水试验，该层单位涌水量0.0095-0.013L/sm，渗透系数 0.00105-0.0355m/d，水温
47、1315，水质类型为HCO3Cl-Na 水。抽水试验资料详见表 2.6。该含水段富水弱。河南理工大学毕业设计（论文） 第二章 工程概况15表 2.6 5 号煤层顶板抽水试验资料项目 ZK718 ZK1528 ZK1821 ZK2312 DC2出水量（ L/s） 0.427 1.142 0.869 1.000 0.186单位涌水量（L/sm） 0.0095 0.0122 0.011 0.013 0.00237渗透系数（m/d） 0.0325 0.0155 0.0051 0.0355 0.00105静止水位（m） 119.75 133.88 110.63 147.25 211.70动水位 (m)
48、166.11 222.34 189.76 207.64 290.14降深值（m） 46.36 88.46 79.13 60.39 78.44含水层厚度（m） 28.00 74.0 177.0 35.5 184.13）第四系松散层含水层井田内黄土广泛分布，厚几米到数十米为不含水透水层。第四系松散层含水层主要分布于井田内七磨河和十里河河床及其阶地区，厚 0-20m，主要由砂砾石、卵砾石，砂类土和少量亚砂土、亚粘土组成，结构松散，含水性较强，是当地居民生活用水主要含水层。据云 111、云 122 钻孔抽水资料，出水量2.09-2.94L/s。在七磨河的部分地段，由于侏罗系煤层采空影响，现第四系松散层
49、地下水水位大幅度下降或疏干，地下水水质已不同程度遭受污染，水质类型一般为HCO3SO4CaMg 水，矿化度 0.18-0.50g/L。河南理工大学毕业设计（论文） 第三章 巷道断面设计16第三章 巷道断面设计3.1 巷道断面计算煤矿安全规程规定：巷道净断面必须满足行人、运输、通风和安全设施及安装检修、施工的需要。因此，巷道断面尺寸主要取决于巷道用途，存放或通过它的机械设备、器材或运输设备的数量与规格，人行道宽度与各种安全间隙以及通过巷道的风量等。3.1.1 巷道净宽度的计算巷道净宽度，有运输设备本身外轮廓最大宽度和煤矿安全规程所规定的人行道宽度及有关安全间隙相加而得。1）系统巷巷道净宽度计算（1）2401 系统巷皮带机头段巷道净宽度计算2401 系统巷皮带机头段是整个 2401 巷道的指挥中心，巷道内放置大量设备控制单元和工作指示设备。主要有皮带运输机机头部位、矿用防爆开关、矿用防爆电话、工作指示牌、紧急撤离指示牌、维修工具箱等。所以，在 2401 系统巷段，巷道断面形状设计为拱形巷道，巷道在掘进工作时，利用皮带运输机加矿用防爆铲车出渣，所以，巷道净宽度计算按照双轨巷道净宽度计算，一侧安装运输机轨道，另一侧设置为铲车通道和人行道。巷道
