《采煤概論》精品課程第三篇井巷掘進與支護第8章水平及傾斜巷道掘進

2023/2/6河南理工大學采煤概論2本章主要內容第8章水平及傾斜巷道掘進第一節巷道斷面形狀第二節巷道掘進第三節煤及半巖巷掘進第四節傾斜巷道施工特點第五節硐室及交岔點的施工方法特點思考題2023/2/6河南理工大學采煤概論3第一節巷道斷面形狀及尺寸一、巷道斷面形狀選擇我國煤礦巷道常用的斷面形狀是梯形、矩形和直墻拱形（如半圓拱形、圓弧拱形、三心拱形，簡稱拱形），只是在特定的巖層和圍巖壓力條件下才選用不規則的形狀（半梯形）、圓形、橢圓形、封閉拱性等。巷道斷面形狀如圖8-1所示。2023/2/6河南理工大學采煤概論5第一節巷道斷面形狀及尺寸二、巷道斷面尺寸的確定《煤礦安全規程》規定，巷道凈斷面，必須滿足行人、運輸、通風、安全設施、設備安裝、檢修和施工的需要。因此，巷道斷面尺寸主要取決于巷道的用途；存放和通過它的機械、器材或運輸設備的數量和規格；人行道寬度與各種安全間隙以及通過巷道的風量等。2023/2/6河南理工大學采煤概論6第一節巷道斷面形狀及尺寸設計巷道斷面尺寸時，應根據上述諸因素和有關規程、規范的規定，首先定出巷道的凈斷面尺寸，并進行風速驗算；其次，根據支架參數，道床參數，計算出巷道的設計掘進斷面尺寸，并按允許加大值（超挖值），計算出巷道的計算掘進斷面尺寸；最后，按比例繪制包括水溝、墻角在內的巷道斷面圖，編制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。2023/2/6河南理工大學采煤概論7第一節巷道斷面形狀及尺寸巷道斷面尺寸的確定方法和步驟如下：1.巷道凈寬度；2.巷道凈高度；3.巷道凈斷面；4.風速校核凈斷面；5.巷道設計掘進斷面積。2023/2/6河南理工大學采煤概論9第一節巷道斷面形狀及尺寸1.巷道的凈寬度梯形巷道的凈寬度是指：當其內通行礦車、電機車時，車輛頂面水平的巷道寬度；當其內不通行運輸設備時，凈寬度系指底板起1.6m高水平的巷道寬度。單軌巷道：雙軌巷道：式中：a——巷道不行人的一側運輸設備最突出部份與支護最突出部分的距離。一般不小于200mm或250mm。A——所用電機車或礦車中最大的寬度，從運輸設備規格表中可以查到，mm；c——巷道行人的一側運輸設備最突出部份與支護最突出部分的距離。一般不小于700mm以上。n——運輸設備之間的最小間隙，不得小于200mm。2023/2/6河南理工大學采煤概論10第一節巷道斷面形狀及尺寸巷道的凈寬度必須滿足從道渣面起1.6m的高度內，留有寬度不小于0.8m的人行道。2.巷道的凈高度梯形巷道的凈高系指渣面或底板至頂梁或頂部噴層面、錨桿露出長度終端的高度。巷道設計計算掘進高度：巷道計算掘進高度：渣面起巷道沉實前的凈高：渣面起巷道沉實后的凈高：軌面起巷道沉實前的凈高：2023/2/6河南理工大學采煤概論11第一節巷道斷面形狀及尺寸式中：h1——軌面起巷道沉實后的凈高：

t——背板厚度，計算掘進斷面時取25mm；d——坑木直徑，若為金屬棚子則為柱截面高度；hb——道渣高度；δ——預留下沉量。ha——規平面到道渣棉高度；巷道的凈斷面積梯形巷道的支架棚腿常有80°左右傾角，所以有了巷道的凈寬與凈高，還要求出巷道頂板凈寬B1與底部凈寬B2，然后才計算出巷道的凈斷面。梯形巷道凈斷面：式中：3.風速校核凈斷面積生產礦井的巷道通常兼作通風用，因此還應按照《煤礦安全規程》等規定的允許最大風速進行驗算，即2023/2/6河南理工大學采煤概論13第二節巖巷掘進巖巷掘進在我國煤礦目前主要仍采用鉆眼爆破破巖法，其主要工序包括：打眼、裝藥放炮、工作面通風、裝運巖石及巷道支護等作業。這些工序組成工作循環環，不斷重復這種循環，使巷道掘進不斷向前推進。打眼、清理巖石和巷道支護是最繁重的三個工序，所占時間比較長。工作面通風主要是為了排除爆破后的有毒氣體和供給新鮮空氣，是一種輔助作業。另外，架設保安用的臨時支護，敷設各種管道、修筑排水溝、鋪設軌道等，也都是掘進中的輔助作業。2023/2/6河南理工大學采煤概論14第二節巖巷掘進一、鉆眼爆破1．工作面炮眼布置掘進工作面的炮眼，按其用途和位置可分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼三類。其起爆順序依次為掏槽眼、輔助眼和周邊眼。掏槽眼的作用時首先在工作面上將某一部分巖石破碎并拋出，在一個自由面的基礎上蹦出第二個自由面來，為其它炮眼的爆破創造條件。按掏槽眼的方向可將掏槽眼的布置方式分為三類：即斜眼掏槽、直眼掏槽和混合式掏槽。2023/2/6河南理工大學采煤概論15第二節巖巷掘進2．爆破參數的確定爆破參數包括:炸藥消耗量;

炮眼直徑：炮眼直徑是根據藥包直徑來確定的。一般的標準藥卷直徑為32及35mm，炮眼直徑要比藥卷直徑大4～7mm,這樣炮眼直徑就是36～42mm。炮眼深度:合理的炮眼深度確定的依據是：炮眼利用率比較高（一般不低于85～90%）；鉆眼和掘進速度快；巷道掘進成本低。炮眼數目

:炮眼數目可以按照一個循環的總裝藥量平均裝入所有炮眼的原則進行估算，作為實際排列炮眼的參考。2023/2/6河南理工大學采煤概論17第二節巖巷掘進4.鉆眼工作1)定向工作為了在工作面正確布置炮眼和掌握巷道掘進方向和坡度，鉆眼前應檢查巷道的中線和腰線。利用礦用激光指向儀指示中線位置既準確又省時。激光指向儀固定在距工作面100m遠的巷道中線位置上，激光光束在工作面巖壁上顯現的紅光點，即為中線位置。掘進時，根據它既可確定炮眼位置，又可確定腰線位置。2023/2/6河南理工大學采煤概論18第二節巖巷掘進2）多臺鑿巖機工作為縮短鉆眼總時間，組織快速施工，在采用氣腿式鑿巖機鉆眼時，一般多采用多臺鑿巖機平行作業，在中硬巖石中可按1.5～2.0m2配備一臺，在堅硬巖石中可按1.0～1.5m2配備一臺的標準確定。2023/2/6河南理工大學采煤概論19第二節巖巷掘進3)鉆眼工作的機械化隨著高速高頻鑿巖機的出現和中深孔爆破方法的使用，以及光面爆破的推廣，為進一步提高鉆眼效率、降低勞動強度和實現快速掘進的迫切需要，在巖巷掘進中正在積極推廣應用鑿巖臺車及鑿裝聯合機組。采用鑿巖臺車并配以重型鑿巖機鉆眼，具有鑿巖速度快，作業人員少，鉆眼效率高，勞動強度低，鉆眼質量高等優點。但鉆眼與裝巖不能平行作業，鑿巖臺車與裝巖機更換進出工作面的時間較長，在雙軌大斷面巷道中才便于使用。采用鉆裝機并配以重型鑿巖機鉆眼，除具備鑿巖臺車的全部優點外，它本身帶有裝巖設備，實現了鉆眼、裝巖綜合機械化，同時一機多用，提高了設備利用率，但由于鉆裝機構比較復雜，作業環節多，目前只在一些大型礦山使用。2023/2/6河南理工大學采煤概論21第二節巖巷掘進（一）巖石裝載設備鏟斗裝巖機、耙斗裝巖機、蟹爪式裝巖機等。（二）調車工作常用調車方法有以下幾種：固定錯車道調車法浮放道岔調車法轉載輸送機梭式礦車2023/2/6河南理工大學采煤概論22耙斗裝巖機的外形圖

2023/2/6河南理工大學采煤概論23圖8-13固定錯車場

1—裝載機；2—礦車；3—空車；4—重車方向；5—空車方向；6—電機車

2023/2/6河南理工大學采煤概論25圖8-17梭式礦車

1－板式輸送機轉載輪；2—車幫；3—傳動鏈；4—底盤；5—車輪底架；6—車輪；7—減速裝置。

2023/2/6河南理工大學采煤概論26第二節巖巷掘進三、巖石平巷掘進機械化作業線1．多臺氣腿式鑿巖機鉆眼—鏟斗后卸式或耙斗式裝載機裝巖——固定錯車場或浮放道岔或調車器調車——礦車及電機車運輸；這種作業線簡單易行，但機械化程度較低，在我國煤礦應用最多。2．多臺氣腿式鑿巖機鉆眼—鏟斗側卸式或耙斗式裝載機裝巖——膠帶轉載機轉載——礦車及電機車運輸；這種作業線與上述第一條作業線相比，是以增加膠帶轉載機來實現快速掘進的。3．多臺氣腿式鑿巖機鉆眼—蟹爪式裝載機或耙斗式裝載機裝巖——梭式礦車轉運——電機車牽引；這種作業線以采用梭式礦車來實現快速掘進，但必須有直接卸載條件，設備較復雜。2023/2/6河南理工大學采煤概論29第二節巖巷掘進6．巖巷掘進機巖巷掘進機是采用機械破巖，并能實現破巖、裝巖、轉載、臨時支護、噴霧防塵諸工序的一種聯合機組，所以也稱聯合掘進機。巖巷掘進機與鉆眼爆破法相比較，具有機械化程度高，速度快，成巷質量好，節省人力，效率高，對圍巖破壞影響小，支護容易，工作安全等優點。它的缺點是：設備重量大，動力耗量大，刀具壽命短，造價昂貴，工程成本高，機器安裝、檢修、拆除工作量大，只適用于較長的直巷道及曲率半徑很大的拐彎巷道。2023/2/6河南理工大學采煤概論30第三節煤及半煤巖巷掘進沿煤層掘進的巷道，如果在掘進斷面中，煤層占4/5以上者（包括4/5在內），稱為煤巷。在巷道掘進斷面上既有煤層，又有巖層。當巖層（包括夾石層）占掘進工作面面積的1/5～4/5時，即稱半煤巖巷道。2023/2/6河南理工大學采煤概論31第三節煤及半煤巖巷掘進一、煤巷掘進(一)破煤方法1.鉆眼爆破破煤法圖8-19煤巷掘進的掏槽方法

a—扇形掏槽；b—半楔形掏槽；c—復式掏槽2023/2/6河南理工大學采煤概論32第三節煤及半煤巖巷掘進2.風鎬破煤風鎬破煤是一種簡單易行的方法，所需設備少，并能減少瓦斯爆炸的危險，也有利于通風。因此，在巷道頂板破碎或煤質松軟易于塌落的巷道，以及雖經通風而瓦斯濃度仍降不到允許放炮的濃度時，用風鎬落煤就比較合適。（二）裝煤方法人力裝煤裝煤機裝煤2023/2/6河南理工大學采煤概論33圖8-20ZMZ-17型裝煤機2023/2/6河南理工大學采煤概論34第三節煤及半煤巖巷掘進(三)支護工作針對受采動影響的巷道壓力大、巖石移動和變形速度大的特點，目前，在國內外積極推廣應用了各種類型的錨桿支護，取得了較好的效果。在圍巖極其破碎，不宜采用錨桿支護時，使用U型鋼可縮性支架較為理想。如巷道服務時間較長，或煤壁易風化時，則可在安設錨桿后，在對煤壁進行噴漿處理。在一些生產能力較小的礦山，梯形工字鋼支架也在使用，但已逐步被淘汰。2023/2/6河南理工大學采煤概論35第三節煤及半煤巖巷掘進二、半煤巖巷道掘進結合巷道用途及沿薄煤層掘進的特點，掘進半煤巖巷道必須考慮煤層與巷道的位置關系、正確的炮眼布置方法、合理的施工組織。1.巷道位置的選擇半煤巖巷道掘進時，有挑頂、臥底、挑頂兼臥底三種情況，如圖8-21所示。2023/2/6河南理工大學采煤概論36半煤巖巷道采石位置的三種情況

a—挑頂；b—臥底；c—挑頂兼臥底2023/2/6河南理工大學采煤概論37第三節煤及半煤巖巷掘進采用那種位置為宜，應綜合考慮生產要求，便于維護和施工難易等因素，在多數情況下，應盡可能不要挑頂而是臥底，以保證頂板的完整性和穩定性。只有煤層具有薄層偽頂式，才采用挑頂。實際上，一條巷道挑頂或臥地并非一成不變。為了保證巷道順直及一定坡度，挑頂臥底的三種情況往往都會發生，甚至暫離煤層進行全巖掘進的情況也是有的。2023/2/6河南理工大學采煤概論38第三節煤及半煤巖巷掘進2．炮眼布置特點由于煤層較軟，所以掏槽眼一般布置在煤層部分，圖8-22為某礦半煤巖巷道工作面炮眼布置一例。圖8-22半煤巖巷道工作面炮眼布置一例2023/2/6河南理工大學采煤概論39第三節煤及半煤巖巷掘進3．施工組織特點半煤巖巷道的施工組織有兩種形式。一是煤、巖不分，全斷面掘進；這種方式組織簡單，能加快掘進速度，但這種組織形式所出的煤灰份很高，煤的損失也很大。顯然這種施工組織用在厚度小于0.5m、煤質不佳的半煤巖巷道較為合適。另一種為分掘分運的組織形式，即先掘運煤，然后在掘運巖石。這種方式保證了煤的質量，但工作組織復雜，影響了掘進速度。2023/2/6河南理工大學采煤概論40第三節煤及半煤巖巷掘進三、煤及半煤巖巷道聯合掘進機掘進煤及半煤巖巷道聯合掘進機能夠破煤、裝煤并將煤轉運到運輸設備上。它具有工序少、速度快、效率高、質量好、施工安全、勞動強度小等優點。隨著錨桿支護的應用，這種掘進方式已在我國大中型煤礦中得到了推廣應用。圖8-23為ELMB型煤及半煤巖聯合掘進機。2023/2/6河南理工大學采煤概論41圖8-23ELMB型煤及半煤巖聯合掘進機2023/2/6河南理工大學采煤概論42第三節煤及半煤巖巷掘進四、煤巷施工機械化作業線1．掘進機—鏈板輸送機機械化作業線2．掘進機—膠帶轉載機—鏈板輸送機機械化作業線3．掘進機—膠帶轉載機—可伸縮雙向膠帶輸送機機械化作業線2023/2/6河南理工大學采煤概論43第四節傾斜巷道施工的特點上山和下山是采區巷道中的傾斜巷道。自開采水平向上傾斜的巷道稱為上山，向下傾斜的巷道成為下山。一、上山掘進

(一)炮眼布置由于巷道具有向上傾斜的特點，易于出現巷道上飄現象，因此，要求炮眼布置能使爆出的巷道傾斜角度符合規定。此外，放炮時要特別注意防止崩倒支架，所以多用底部掏槽。傾斜巷道施工時，每向上掘進75～100m，應設避炮硐。2023/2/6河南理工大學采煤概論44第四節傾斜巷道施工的特點(二)通風工作由于瓦斯輕于空氣，易于積聚在上山工作面附近，尤其在沿高瓦斯煤層或其底板掘進時，更應注意加強工作面通風及沼氣檢查。在瓦斯涌出量較大的的礦井中，由下向上掘進上山時，隔一定距離就要用聯絡眼貫通，以利通風，如圖8—24所示.使用局部扇風機通風時，無論工作期間或交接班時，都不準停風。如因檢修停電等原因停風時，都要撤出人員，切斷電源，待恢復通風并檢查瓦斯后，人員才可進入工作面。圖8-24由下向上掘進的通風設施2023/2/6河南理工大學采煤概論45第四節傾斜巷道施工的特點(三)裝巖及提升運輸工作沿傾斜施工，破碎后的煤、矸要運出，施工設備、工具及支護材料要運入，而上、下山的長度往往較長，傾斜角度又各不相同，為此，要選擇合理的提升、運輸方案，以保證決速安全地施工。>35°時，煤、矸可沿巷道底板靠自重下滑；

25～35°時，可用鐵溜槽；14～25°時，可以采用搪瓷溜槽。2023/2/6河南理工大學采煤概論46第四節傾斜巷道施工的特點(四)支護工作特點在傾斜巷道中，由于頂板巖石受重力的作用，有沿傾斜向下滑落的趨勢，因此在架棚時，棚腿要相對于頂、底板垂線向上傾斜一定角度，這個夾角稱為迎山角(圖8—28中β角)。圖8—28上山支架的迎山角2023/2/6河南理工大學采煤概論47第四節傾斜巷道施工的特點二、下山掘進

(一)下山掘進的特點

1)裝載工作比較困難。

2)做好防排水工作，以免影響掘進工作進行。

3)在掘進工作面附近一定要有可靠的擋車器，以防止礦車自然滑下時不致沖擊到工作面，保證工作面工人的安全。2023/2/6河南理工大學采煤概論48第四節傾斜巷道施工的特點(二)排水工作(補充內容）在掘進下山時，往往工作面都有積水。在處理方法上，必須先了解水的來源。

1)上部平巷排水溝漏水；

2)巷道頂、底板涌水；

3)工作面的涌水。針對1、2兩種情況，可以把上部水溝用混凝土加固或用管子代替。同時沿下山每隔10～15m挖一橫水溝。使水匯集到集水溝而流到中間水倉內，然后用水泵排出。2023/2/6河南理工大學采煤概論49第四節傾斜巷道施工的特點對于流到工作面或工作面的涌水，可根據水量的大小采用不同的排水方法。工作面涌水小于5m3／h，可用礦車或箕斗隨矸石把水排出。當工作面涌水超過5m3／h，需要用水泵進行排水。

(三)防止跑車的安全措施安全繩法。在提升鋼絲繩的尾部鉤頭以上，聯結一根環形的鋼絲繩(安全繩)。提升時把安全繩套在礦車上，以免脫鉤跑車。2023/2/6河南理工大學采煤概論50第五節硐室及交岔點的施工方法特點一、硐室的施工方法硐室施工具有以下特點：硐室的長度一般較小，斷面較大且多變化，故使用大型聯合掘進機械難于施展，多數硐室內有設備基礎、預留管纜溝槽以及安起重梁等項施工；一個硐室與其他硐室或巷道相連，要注意施工的安全；硐室的出入口一般較小，材料供應、出矸與通風，排水均較困難。2