1、第三章井巷掘进,第一节井巷断面,一、井巷断面形状 1、选择井巷断面的形状主要考虑的因素： 1）井巷所处围岩的物理力学性质、矿山压力大小及作用方向； 2）井巷服务年限和用途； 3）支护方式及支护材料及施工技术及装备。 2、常用的井巷断面形状 梯形、矩形、拱形和圆形等。,二、井巷断面尺寸,1、选择井巷断面的尺寸主要考虑的因素： 1） 井巷的用途，即要满足巷道中安装和通过的设备尺寸； 2）通过的风量； 3）围岩的物理力学性质和巷道使用条件，支架类型和材料； 4）安全规程对巷道断面最小尺寸和安全间隙的要求等。,2、现以锚喷支护的拱形巷道为例说明巷道断面尺寸的确定方法，如图31所示。,1）巷道净高度：,
2、2）巷道宽度： （1）净宽度： B=m+A+n(单轨)B=m+2A+n+b(双轨) （2）计算宽度：B1=B+2e2+2e3 式中： m：巷道不行人一侧运输设备最突出部分与支护最突出部分的距离一般不少于250mm； n：巷道行人侧运输设备最突出部分与支护最突出部分的距离，一般在800mm以上； e3:：喷浆层面厚度，mm； b:双轨之间的距离，mm。,3）巷道净断面积Sj为：,SJ=B(hz+0.26B)，(三心拱巷道) SJ=B(hz+0.39B)，(半圆拱巷道),立井断面尺寸主要取决于提升设备的类型及规格，井筒平面布置、梯子间及管子间的大小。如图32所示。 我国煤矿立井净直径若小于65m时
3、，按0.5m进级；若大于65m时，一般以0.2m进级确定井筒直径。,4)井巷必须根据井巷通过的风量及允许的风速，来校正井巷断面，即,第二节 岩巷掘进,岩石巷道(简称岩巷):在掘进断面中，岩石面积占全部或绝大部分(般大于4/5)的巷道。 岩巷的掘进工艺包括破岩、装岩、运岩及支护等主要工序；辅助工序有通风、铺设轨道、挖水沟、敷设管线等。,一、破岩,当前应用最广泛的破岩方法是钻眼爆破。 钻眼爆破是打眼、装药、放炮工作的总称。 1、炮眼布置。图33表示岩巷掘进工作面炮眼布置。,1）掏槽眼，如图33中的1所示 位置：掘进断面中央 作用：先行起爆，造成第二个自由面。 形式：楔形或锥形布置。 2）辅助眼，如
4、图33中的2所示 位置：构槽眼外侧 作用：是爆破主要岩石并扩大自由面。 3）周边眼：如图33中的3、 4所示 位置：在巷道断而上部的为顶眼，两帮的为帮 眼，在巷道断面F部的为底眼， 作用：爆破周边的岩石，保证巷道所需的规格。,2、钻眼机具： 打眼常用风钻，风钻以压缩空气为动力，利用钎子的冲击作用破碎岩石而打出炮眼。为提高钻眼速度，在凿岩台车上安装数台风钻同时打眼作业。 3、煤矿中常用的炸药是硝铵炸药 主要成分是硝酸铵。 硝铵炸药用腊纸包装成圆柱状的药包。 药包直径一般为3238mm， 长为100190 mm，质量为100200g。,4、雷管,引爆炸药包的电雷管有即发电雷管、秒延期电雷管及毫秒延
5、期电雷管，如图34所示,1）即发电雷管 当通电流时，因金属丝的灼热引爆雷管，从而引爆炸药包。 2）秒延期电雷管是在电力发火点与起爆药之间缓燃剂(精制的导火素)，由于所装缓燃剂的数量不同，通电后其延缓爆炸的时间也不同。国产秒延期电雷管的段数为7段，各段相差为1s。 3）毫秒延期电雷管各段的微差时间从25ms到300 ms，最大可延期到2000 ms。,5、装药结构（如图35所示）,1）炮泥大致由3份沙子和1份粘土混合而成，用炮泥填满炮眼可提高爆破效果。 2）在每个炮内装几卷炸药，在其中一个药卷内装上一个电雷管，电雷管的两根脚线留在炮眼外，并用泡泥填满。,二、装岩,1、耙斗装岩机 技术特征如表31
6、所列。,耙斗装岩机结构简单，操作方便， 用于9以上的平巷或倾角小于30的斜巷中装岩。,2、铲斗装岩机,技术持征如表32所列。 铲斗装岩机体积小，工作灵活，操作方便。 用于倾角小于8的巷道中装岩，但巷道净高须大于2.2m。,三、运岩,1、浮放双轨错车道岔（图36） 它可以浮放在单轨轨道的任何位置上，装岩时。机车先把空列车推到浮故道岔侧的轨道上，待装满全部办车后，再用机车把整列重拉出。,2、双向浮放菱形道岔调车，如图37,掘进双轨巷道时，可用双向浮放菱形道岔调车。道岔放在距掘进头10 25m处，可保证及时调车。 目前，正试验同时进行机械破岩和装岩的联合掘进机。,四、支护,开掘巷道后，围岩应力发生变
7、化，两侧岩体内压应力增大，顶底板岩体内可能出现拉应力。如果围岩强度较大，不至于破坏，巷道变形小。为保护所需的巷道断面，必须用支架把巷道支护起来。 根据巷道用途、服务年限及所处的围岩性质，巷道支护常采用金属支架、装配式钢筋混凝土支架、料石砌碹、钳杆支护等。,1、 U型钢拱形可缩性支架（图38）,它是由数节U型钢，在接头处用钢箍卡紧。当巷道承受压力很大时，U型钢接头处发生移动，既有可缩性，又有足够的支撑能力，不损坏支架。,2、料石支护或混凝土砌碹（图39）,对于服务年限很长的主要巷道常采用料石或混凝土砌碹支护。 料石由天然的花岗岩、石灰岩等加工而成，外形尺寸大致为长250一300 mm，宽200一
8、250 mm，厚150一200 mm。砌筑料石用的水泥砂浆用水泥与砂于按体积比1：2到1：4加水混合而成。 混凝土是由水泥、砂子和碎石按体积比1：2：4到1：3：6加水混合而成。,3、锚杆支护,锚杆支护是加强围岩、提高围岩自承能力的新型支护。是一种主动支护技术，锚杆支护的巷道如图31所示。,1）锚杆种类 金属锚杆、木锚杆、玻璃钢锚杆、钢丝绳锚杆等。 2）锚杆的结构 现以普通圆钢粘结式锚杆的结构为例，如图310所示。单根锚杆主要由锚头、杆体、锚尾、托盘等部件组成。 普通圆钢粘结式锚杆由锚杆和树脂药卷组成。,3）锚杆支护作用原理如图311所示,（1）悬吊作用 （2） 组合梁作用 （3）组合拱作用,
9、4）优缺点 优点：支护工艺简单、支护效果好、材料消耗和支护成本低、运输和施工方便。 缺点：不能防止围岩风化。,4、喷浆支护即喷射混凝土支护,是把一定比例的水泥、砂子、石子和速凝剂混合搅拌均匀，利用喷射机，以压缩空气为动力，把拌合的料送至喷射机喷嘴处与水混合，高速喷射到岩壁上，喷射物粘附在岩壁表面和楔人岩石的,裂缝中，凝结硬化后，与围岩紧密结合，能防止围岩风化，并组成一个共同承载的义护结构。如图312所示。,五、辅助工序,巷道掘进的辅助工序包括通风、铺轨、测量、砌水沟、接风简、移电缆等工作。,1通风 掘进通风常采用压入式通风方式，如图313所示。 局部通风机安装在巷道进风侧，距掘进巷道口不得小于
10、10 m，风筒末端距工作而的距离不得超过5m。,2、铺轨掘进工作面般采用轻型钢轨临时铺道，要求轨道平直，轨距符合要求(600 mm或900mm)。 3、测量 为保证巷道的方向和坡度，在掘进过程中，定期由测量人员用经纬仪给出巷道的中线和腰线。然后，用激光指向仪定在巷道中心线上。掘进时激光同时给出巷道的中线和腰线，就可按此布置工作面的炮眼。,第三节 立井开凿,立井从上到下是由井颈、井身和井窝组成。如图314所示。 井筒井口以下、井壁需要加厚的一段井简称为井颈。一般情况下，井颈深1520 m，壁厚1.01.5m。 井颈以下到井底车场水平以上这段井简叫井身。它是井筒的主干部分，多位于基岩中。 井底车场
11、水平以下的井筒部分叫井窝。井窝的深度由井底装备及井底水窝要求确定。罐笼并井窝深约10 m，箕斗并井窝深度一般为3575m。,一、普通凿井法,1、准备工作与表土施工 1）准备工作 首先要抓好水、电供应，使道路畅通。寻找并确定水源，建立给水与供电系统、修筑公路与铁路。此外，还要建筑必要的房屋，安装压气、通风、排水、提升等设备和凿井井架，备足各种施工器材。,测量工作，用“十”字标准法定出井筒中心位置，如图315所示。,安设锁口圈，即在井筒断面范围内从地表向下挖23m表土，然后安设用以固定井口位置和挂井筒临时支架的临时锁口。通常用钢结构的临时锁口如图316所示。,2）表土施工,（1）长井段掘砌顺序作业
12、 井段高度为20一40 m；先由上向下掘进20一40 m，再由下向上砌井壁20一40m。 适用：稳定的表土层中。 （2）短井段方式 其井段高度为16m。 适用：表土层稳定性差时用， 表土施工的工艺过程与基岩施工基本相同。,2、基岩施工,主要施工设施有凿井井架、天轮平台、卸矸平台、封口盘、固定盘、吊盘等，各种设施布置如图317所示。,凿井井架：是专门为开凿井筒而设立的，而且多为金属装配式。 天轮平台：井筒内的设备和管路一般均用钢丝绳绕经天轮平台上的天轮由地面稳车悬吊，管路每隔一定距离用专门管卡固定在悬吊钢丝绳上。 卸矸平台：矸石吊桶提至卸矸平台上方卸矸石，使矸石沿倾斜溜槽装入自翻矿车或汽车，再运
13、至排研地点。卸矸平台应有6m左右高度，以保证溜槽有3545的溜矸倾角。 封口盘：又称井盖，设在井颈上端，用作升降人员、设备、下放材料和拆装备种管路的工作平台。它同时又是保护井上、下工作人员安全的结构物，因而盘上的各个孔口必须加盖封严。,固定盘：为了安全，在封口盘下方48m处还应设置一道固定盘、用梯子和井门相连。固定盘上留有各种必要孔洞、管路风简接长等工作均可在其上进行。 吊盘：吊盘是进行井筒永久支护施工的工作盘，它是金属结构，用一根或两根钢丝绳悬吊在地面稳车上。为使吊盘稳定不翻盘，可做成双层，间距34m。砌筑井壁时，下层盘就作为工作台；掘进时还可在下层盘起落抓岩机及开闭风管水管等。上层盘则是下
14、层盘的保护盘。,1）基岩施工的工序,主要工序是钻眼爆破、装岩提升和支护，辅助工序有通风、排水等。这些工序通常按下列顺序进行：钻眼爆破、通风、装岩、提升岩石、排水、支设临时支架。待掘进一段距离后，再由下向上砌筑永久支护。,（1）破岩： 通常用手持式风钻打眼，炮眼深度约23m。为提高钻眼机械化程度，可采用吊架。吊架悬吊在吊盘之下，架上载有412台风钻同时作。 炮眼布置： 35圈同心圆(如图318所示)， 最中心一圈为拘槽眼， 最外一圈为帮眼， 中间的均为辅助眼。 抗水岩石硝铵炸药和硝化甘油炸药。 起爆用电雷管，放炮可以用动力电源。,（2）通风 通风多用压入式，如图3l 9所示。 放炮后人员入井前应
15、进行1530 分钟的通风。,（3）装岩常用抓岩机(如图320)，它的抓岩机构是由4个气动叶片组成，在压气作用下，气缸可以上下运动，当向下运动时，叶片绕其本身的抽旋转而张开，而当气缸向上运动时，叶片闭合并抓取岩石。每次抓岩0.10.5m3。,（4）提升 最常用的提升容器是吊桶。吊桶的容积通常为0.53.0m3 。 （5）排水 根据涌水量的多少用吊桶或专门的吊泵来排水。 在井筒掘进过程中为保证良好的工作条件及提高劳动生产率，尚需有良好的照明和信号设备。,（6）支护 临时支护：长期以来井筒临时支架都是采用挂钩、井圈和背板，如图321所示。这种临时支架在通过不稳定岩层和表土层时是种行之有效的方式。但是
16、，目前在基岩施工中，已广泛采用较简便的锚喷文护。,井筒永久支护料石砌碹，混凝土砌碹或喷射混凝土。砌筑料石或进行混凝土支护时首先应在井壁较硬的岩石中砌筑壁座(如图322)，借以承托上部支护的重量，而且壁座部是用混凝土浇灌的。壁座砌筑完毕后，便开始从壁座向上砌筑井壁的永久支护。砌筑永久支护用的砂浆或混凝土，都是在地面上搅拌好后，沿管道送到砌壁地点。,2）掘砌作业配合的方式,（1）单行作业：掘进和砌壁两大工序按先后顺序在同一井段内进行。 （2）平行作业：掘砌分别在相邻两井段内同时进行。 （3）一次成井：即掘进、砌壁和设备安装3个主要工序分别在井筒的3个井段中同时进行，一次完成井筒工程。用于井深大于3
17、00 m时。 井段高度的确定原则，基本上与表土施工相同。,二、特殊凿井法,1、沉井法沉井法就是在土层开挖前，把预制好的永久井壁，按井筒位置沉入土中，然后在它的保护下掘进，如图323所示。,2、注浆法,注浆法是将胶结材料配制成浆液、通过钻孔注入地层的裂隙或空洞中去，浆液凝结硬化后堵塞孔隙、裂隙或溶洞，封闭水源，加固地层，使掘进工作易于进行。如图324所示为地面预注浆的注浆法。,3冻结法,井筒开掘之前预先在井筒外围由地表钻一圈冻结孔，孔距为1.01.3m，孔径为200250mm，孔深应穿入不透水的稳定基岩10 m以上。,在冻结孔内安装冻结管，并送入-20C至-25C的盐水，盐水在冻结管内循环并吸收周围的热量，使孔的周围冻成一个圆柱，并逐渐扩大交圈而互相连接成一个密闭而坚固的圆筒，然后在这个冻土圆筒的保护下进行井筒的掘砌，如图325所示。这个方法虽然费用高，但很可靠。在我国，冻结深度已达415m。,
