第六章掘进技术.docx
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第六章掘进技术
第六章掘进技术
第一节巷道掘进方法
一、巷道掘进方法
巷道掘进方法是指掘进方法和工艺的总称,主要包括破岩、装岩、运岩和支护等工序。
1、破岩
(1)钻爆破岩法:
就是利用电钻(或风钻)打眼、装药进行爆破。
(2)综合机械化破岩法:
就是利用掘进机对煤岩体进行切割和破碎,具有掘进速度快、效率高、巷道成形规整、岩体免遭炮震破裂、施工质量好等优点。
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2、装岩
(1)人工装岩。
目前,大、中型矿井的巷道掘进施工有两种情况采用人工装岩方法:
一种情况是施工现场不具备采用机械装岩的条件;另一种情况是具备机械化装岩,由于刮板输送机的使用,使得装岩工作量大为减小。
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(2)机械装岩。
巷道装载机的主要类型有铲斗后卸式装岩机、铲斗侧卸式装岩机、耙斗装岩机和蟹爪装岩机等。
3、运岩
目前,大、中型矿井煤炭、矸石及材料设备的运输已基本实现机械化,运输机械的类型主要有刮板输送机、带式输送机和电机车等。
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4、支护
为了维持巷道必要的断面尺寸,防止围岩发生危险的变形和垮落,必须采取各种方式对巷道进行支护。
二、巷道施工方法
巷道掘进最基本的过程就是把岩石采用一定的手段破碎下来,形成设计所要求的空间,并对掘凿出的空间进行支护。
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1、巷道施工方法
巷道施工的方法一般主要有两种:
一种是分次成巷;另一种是一次成巷。
(1)分次成巷。
就是分次将巷道做成。
(2)一次成巷。
就是把巷道施工中的掘进、支护、水沟及铺设永久轨道、安设永久管线等四个分部工程视为一个整体,在一定距离内,前后连贯地最大限度地同时施工,一次做成巷道,不留收尾工程。
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2、一次成巷作业方式
按照掘进与支护的相互关系,一次成巷可分为平行作业、单行作业和多巷交替作业三种。
(1)平行作业:
采用掘、支平行作业时,一般采用全断面一次掘进的方式,适用于围岩稳定,断面大于8平米的巷道。
采用金属拱形临时支架或锚杆临时支架。
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(2)单行作业:
现将巷道掘进一段距离后,停止掘进,然后边拆除临时支架,边将该段巷道改成永久支护。
常用在断面较小的巷道。
围岩稳定性较差时,可采用短段掘、支的施工方法。
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(3)交替作业:
当一个综合工作队施工两个以上临近巷道时,可在一条巷道内掘进,而在另一条巷道内永久支护,轮流交替完成掘进与支护。
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第二节岩巷掘进
岩巷是指掘进断面中岩石占4/5以上(包括4/5)的巷道。
岩巷的掘进,仍以钻爆法破碎岩石为掘进的主要手段。
一、岩巷掘进破岩方法
目前,我国钻爆法破碎岩石中普遍采用两类爆破方法:
一类为普通爆破;一类为光面爆破,简称光爆。
(一)微差爆破
微差爆破是普通爆破中使用最广泛的一种。
它是把炮眼分组以毫秒级的时间间隔进行顺序起爆的一种延期爆破。
微差爆破由于延期时间控制在130ms以内,在煤矿工程爆破中普遍采用。
选用煤矿毫秒电雷管第一系列5段,第二系列9段,均可实现全断面一次爆破。
(二)光面爆破与光爆锚喷技术
1、光面爆破
光面爆破是在普通爆破基础上发展起来的一种控制爆破。
光面爆破是一种成本低、工效高、质量好的爆破方法。
光面爆破与普通爆破相比,具有四个方面的优点:
(1)由于光爆巷道成形规整,消除围岩凹凸处的应力集中,最大限度地保持了围岩自身强度,从而增强了围岩自承能力,为锚喷支护提供了良好基础。
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(2)由于光爆大大地减少了掘进超挖量,因此,可减少材料消耗,从而降低成本,加快掘进速度。
(3)光爆可有效地减少对工作面围岩的破坏,使井巷围岩较为稳定,有利于施工和安全。
同时也减少了井巷的维修量,降低了井巷的失修率。
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(4)光爆消除了围岩的凹凸不平,从而减少了通风阻力和瓦斯聚集,有利于安全。
2、光爆锚喷技术
(1)光爆锚喷技术。
岩巷光爆锚喷技术是光面爆破与喷射混凝土支护的有效结合。
光面爆破能有效地缩小围岩松动范围,最大限度地保持围岩的完整性。
锚喷能及时封闭围岩表面,充填裂缝,调整应力分布状况,限制围岩变形,尤其在软岩巷道支护中,可伸长锚杆和柔性喷层相结合,与围岩变形位移相适应,能有效地支护,维持巷道的稳定性。
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(2)“三小”光爆锚喷技术。
“三小”是指小直径钎头(钻头)、小直径锚杆和小直径炸药卷。
二、岩巷掘进施工安全注意事项
(1)严格执行正规循环作业图表和钻眼爆破说明书的规定。
(2)加强顶板管理工作。
(3)平行作业时,永久支护处的工作台必须搭设牢固。
(4)开眼时必须使钻头落在实岩上。
(5)不允许在残眼内继续钻眼。
(6)开眼时给风阀门不要突然开大。
(7)打眼工严禁骑钻打眼。
(8)推进凿岩机不要横向用力,应随时提防突然断钎。
(9)要注意把胶皮管与风钻接牢,以防脱落伤人。
(10)缺水或停水时,应立即停止钻眼。
第三节煤巷、半煤岩巷掘进
一、煤巷掘进
矿井掘进工作中有80%左右是在煤层中进行的。
把掘进断面中,煤层面积占4/5以上的巷道称为煤巷。
(一)钻眼爆破法掘进煤巷
1、破煤
由于煤比较容易破碎,在煤巷掘进中广泛采用煤电钻进行打眼,炮眼深度一般为1.5~2.5米。
煤巷掘进,同样要推广光面爆破和毫秒电雷管全断面一次爆破。
在有瓦斯的煤层中,毫秒电雷管的总延期时间不能超过130ms,以确保爆破时的安全。
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2、装煤方法
目前,我国煤巷掘进中常用的装煤机械是ZMZ-17型蟹爪式装载机。
蟹爪式装载机的安全注意事项:
(1)蟹爪式装载机在工作之前,要检查控制系统、多路换向阀手把位置是否正常,机器周围有无妨碍正常运转的障碍物,并向周围人员发出开车信号。
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(2)机器在行走过程中,操作人员应让脚躲开履带一定距离,同时要有专人拖拉电缆,并与机器保持一定距离,避免拉坏或压坏电缆。
司机在机器回转时要注意避免撞伤人员,同时注意棚梁被撞。
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(3)禁止在大于12°的斜坡上使用蟹爪式装载机,在小于12°斜坡上工作时,为防止机器下滑,应使用木板等物体加以阻止。
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(4)在检修和撤离机器时,一定要先检查瓦斯情况,严禁带电作业。
同时要注意工作面情况,发现异常,应立即撤离人员。
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(5)在煤堆上洒水后方可开机装运,以防止煤尘飞扬。
(6)当发现有障碍物如大块煤、杂物、工具等卡住蟹爪和刮板链时,必须停机处理,严禁在机器运行中用工具或手处理。
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(7)要检查机器的各电气部分的防爆性能。
司机或检修人员在工作结束后,一定要切断机器上的总电源。
(8)严禁用蟹爪式装载机的尾部挑架棚梁,严禁装煤蟹爪刮碰煤壁。
(二)煤巷掘进机掘进煤巷
1、煤巷掘进机
煤巷掘进机能够把掘进中破煤、装煤、转载等工作用一台机器完成,有的掘进机上还装有锚杆钻装机,可同时完成支护工作。
它与钻眼爆破法相比,具有工序少、速度快、效率高、质量好、施工安全、劳动强度小等优点。
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2、煤巷支护
常采用压缩性较大的金属支架和先进的锚杆联合支护系统支护。
在松软的厚煤层和中厚煤层顶板破碎时掘巷,必须采用前探梁支架。
(三)煤巷掘进施工中应注意的安全事项
(1)煤巷掘进一般不破顶板,沿中心线掘进,不设腰线,施工中应根据不同的破岩方法,做好顶板管理工作。
(2)在有瓦斯煤层中爆破时,应采用毫秒雷管实现全断面一次爆破,其最后一段延期的时间不得超过130ms。
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(3)在巷道顶板破碎、煤质松软、层理节理发育或瓦斯浓度降不到允许放炮的情况下,应采用风镐破煤。
(4)使用掘进机掘进煤巷时,应严格控制空顶距,严禁超空顶作业。
二、半煤岩巷掘进
半煤岩巷是指在掘进断面中,岩层(包括夹石层)占掘进工作面面积大于1/5小于4/5的巷道。
1、巷道位置的选择
巷道掘进断面的位置,有挑顶、卧底及挑顶兼卧底三种情况。
在实际工作中,由于煤层地质条件的变化,同一巷道挑顶、卧底的情况并非固定不变,有时甚至暂离煤层穿进全岩掘进。
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2、炮眼布置
半煤岩工作面,由于煤层较软,掏槽眼多布置在煤层中。
煤、岩分次钻眼爆破时应加强顶板管理,防止崩倒支架,造成冒顶。
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3、施工组织
施工中应尽量采取分掘分运的方式,以利于煤炭资源的回收,保证煤的质量。
第四节上、下山掘进
倾斜巷道有斜井、上山、下山、溜煤眼等。
一、下山掘进
1、钻眼工作
下山掘进的特点是工作面在下面,根据其特点钻眼时应注意以下四点:
(1)在迎头打眼时,应将底部浮煤、浮矸清理到实底,排尽积水,严禁在水中打眼。
(2)在倾角较大的巷道打眼,每打一个眼,钎杆拨出后立即插上木塞,防止浮煤、浮矸将眼封堵。
(3)迎头打眼作业,应时时注意防止发生跑车、透水事故,经常检查跑车防护装置的有效性,并注意透水预兆,发现问题及时处理。
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(4)打周边眼时,为了便于把握巷道的坡度和方向,可先在工作面打一个标准眼,插上木棍,以示钻眼方向。
谨防坡度不够,造成巷道“漂底”。
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2、装岩运输
使用耙斗装岩机时要注意三点:
(1)耙斗装岩机下放时,绞车回车速度不要过猛,下山坡度较大时,要防止滚碴伤人。
(2)当箕斗或矿车下放接近装岩机时应减速,避免发生冲撞。
(3)用耙斗装岩机装岩,最好选择大容量的矿车或箕斗配套使用。
掘进下山时,一般都采用矿车运输。
为了避免发生断绳和脱钩事故,应按规定设置防止跑车的装置。
3、排水
在下山巷道中,每隔一定距离开掘一条横水沟等措施,拦截上部平巷渗水和煤岩涌水。
当下山倾角不超过25°,长度不超过300m时,可采用单段排水;当下山倾角大于25°,长度很大,且水沿巷道全长涌出时,可采用接力排水,在巷道中设置中间水仓。
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二、上山掘进
1、钻眼工作
(1)打眼过程中要时时注意顶帮的变化,及时敲帮问顶和处理浮石。
(2)工作面的支架、临时支护等必须打紧,防止手攀脚蹬,支架倾倒伤人。
(3)打眼时人不要对准眼口,以免钎杆折断滑下伤人。
(4)在倾角超过25°以上的巷道打眼时,其后方要设挡板,防止人员下滑,发生事故。
(5)要准确掌握周边眼的角度,防止角度不够,造成“顶低”。
(6)为防止放炮崩倒棚子,多采用底部掏槽,并要掌握好炮眼的深度和角度。
2、装岩运输
在近水平或缓倾斜煤层中,上山掘进一般用矿车或输送机运输。
如果斜长过大,应安设多台绞车,实行分段接力提升,并应按规定装设防跑车装置。
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3、通风
掘进上山时应特别注意通风工作。
第五节特殊巷道施工技术
一、大断面硐室施工
大断面硐室施工方法一般有三种,即全断面施工法、台阶工作面施工法和导硐施工法。
二、采区煤仓施工
采区煤仓的施工大多采用反井法施工,反井法施工的要点是:
先自下向上掘小反井,再自上向下刷大至设计断面,进行支护。
根据地质及施工条件可以采用吊罐反井法、垛盘反井法及反井钻机法等。
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1、吊罐反井法
2、垛盘反井法
3、反井钻机法
第六节特殊条件下的巷道施工
一、巷道通过软岩、煤及断层破碎带的施工
在松软易破碎岩层中掘进时,应采用围岩暴露面积小、暴露时间短的施工方法。
掘进工作面临近断层或穿越断层带时,架棚支护巷道支护应尽量采用“U”形钢可缩性支架支护,棚距要缩小。
在断层前5m左右时,要采用密集支柱。
当顶板特别松软易破碎时,可打撞楔控制破碎顶板。
也可采用对顶板注浆锚固的方法,增强破碎顶板的稳定性与承载能力。
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岩巷掘进时,根据支护方式和围岩破碎程度的不同可采用短掘短砌法、随掘随锚喷法和超前导硐法。
二、穿巷掘进
穿巷掘进时,存在以下三种情况:
第一种是平面交叉通过;第二种是从原巷道下面穿过;第三种是从原巷道上面穿过。
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穿巷掘进小于20m时,掘进工作面每次放炮前,必须派出警戒人员到通向穿过地点的所有通路设置警戒。
三、巷道交岔点施工
1、交岔点常用施工方法
(1)全断面掘进法。
这种方法是随掘进随支护,一次完成。
它用在稳定岩层中,采用锚喷支护方法的交岔点最为合适。
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(2)扩帮刷大法。
(3)掘导硐法。
2、施工安全注意事项
(1)采用扩帮刷大或掘小导硐施工法时,扩帮和挑顶应采用打浅眼、少装药、多打眼、放小炮或用风镐、手镐掘进。
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(2)交岔点顶板标高和巷道宽度都是变化的,应掌握好炮眼的方向和深度,以免造成局部超挖或欠挖;更应防止崩倒临时支架,造成冒顶、片帮。
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(3)架棚式交岔点应架设抬棚,抬棚要有专门设计。
各种抬棚插梁必须成双数、对称摆放,防止受力不均。
抬棚架完后,应架设锁口棚,锁口棚柱腿应紧贴抬棚柱腿,但深度不得超过抬棚柱腿,锁口棚高度不应超过主抬棚。
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(4)在已施工的巷道新开口掘进交岔点时,必须加固开口处及其附近巷道的支护。
四、弯道施工
巷道施工中,经常遇到曲线段巷道即弯道。
弯道必须按设计曲率半径掘进,巷道中线的延伸、工作面炮眼布置、支护和装岩机的使用等具有以下特点和要求:
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(1)巷道中线的延伸。
准确地掌握巷道前进方向是保证弯道施工质量的主要因素。
(2)炮眼布置。
由于弯道外帮较内帮长,要使巷道沿设计曲线前进,每茬炮的进度外帮就要比内帮大,掏槽眼的位置向外帮适当偏移,同时外帮的帮眼要适当加深,并相应增加装药量,相反,内帮的炮眼深度要减小。
进入直线后恢复原直线炮眼布置,但当采用随掘进随架设普通临时支架时,为了防止爆落矸石崩倒支架,靠外帮的炮眼应稍多装些药,以便使爆落的矸石沿合力方向朝向巷道中心线方向飞落,不致偏向外帮打倒棚腿。
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(3)支护。
采用棚式支护时,顶梁的方向应正对曲线圆弧的圆心呈扇形排列。
由于外帮的棚距比内帮大,架设支架时,一定要注意掌握好外帮、内帮及巷道中心线上的三个间距,并使顶梁中心正对巷道中心线。
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(4)耙斗装岩机在弯道中的使用。
耙斗装岩机在曲线段巷道装岩时,由于各巷道的曲率大小不同,以及耙斗装岩机距工作面的距离不同,耙斗往往不能直接由工作面把矸石扒到机体装车,因此,就要分次扒运矸石。
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五、遇突出空洞及陷落柱时的掘进
巷道通过突出空洞时,应注意以下事项:
(1)在探清情况下直接通过时,距空洞2-3m就应采用放小炮的方法掘进,以防冒顶或掉底。
(2)对巷道顶、帮的较大空洞应按规定采取封闭措施,以防瓦斯积聚,造成隐患。
(3)对大的空洞应提前停掘,以防掘透空洞,发生二次突水或透水事故。
巷道通过陷落柱时,应注意以下安全事项:
(1)在接近含水的陷落柱时,应提前探水前进。
(2)采用钻爆法掘进时,应缩小循环进度,改变支护参数或方式,加强顶板管理。
(3)煤巷综掘时,应由地质部门给出腰线,严格按中心、腰线施工。
(4)陷落柱岩石较软时,掘进机直接浅刀截割破岩;岩石较硬时,钻爆法破岩,掘进机出碴。
六、石门揭开有煤与瓦斯突出危险煤层的施工
(一)国家规定
(1)在工作面距煤层法线距离10m之外,至少打两个前探钻孔,掌握煤层赋有条件、地质构造、瓦斯情况等。
(2)在工作面距煤层法线距离5m以外,至少打两个穿透煤层全厚或见煤深度不少于10m的钻孔,测定煤层瓦斯压力或预测煤层突出危险性。
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(3)工作面与煤层之间的岩柱尺寸应根据防突措施要求、岩石性质、煤层倾角等确定。
(二)震动放炮
震动放炮的实质就是在掘进工作面上多打眼、多装药,全断面一次爆破揭开煤层,并且利用放炮所产生的强烈震动来诱导煤和瓦斯突出,以保证作业的安全。
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1、炮眼布置方法
2、采用震动放炮时应注意的几个问题
(1)必须所有炮眼一次起爆,炸开石门的全断面岩柱和煤层的全厚。
(2)当发现工作面的岩层特别破碎,岩柱崩落和压出,地压加大,瓦斯涌出量剧增,温度迅速下降以及产生震动声响等异常现象时,应立即停止作业,人员撤离至安全地区。
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(3)当煤层的厚度在1m以下时,必须全部随岩柱一次崩开。
(4)在缓倾斜、倾斜煤层中沿煤层底板或顶板揭煤时,有时可能岩柱一次没有全部揭开,留有“门槛”或“门帘”。
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(5)每次震动放炮都应对岩柱性质、厚度、眼数、眼深、眼位、装药量、连线方式、起爆顺序、爆破效果等作详细记录。
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(6)震动放炮只准使用带食盐被筒的煤矿安全炸药;使用毫秒雷管时,其总延期时间不得超过130ms;装药后全部炮眼必须填满炮泥。
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(7)石门揭煤采用远距离爆破时,必须制定包括爆破地点,避灾路线及停电、撤人和警戒范围等的专门措施。
(8)为了限制突出规模,可在距工作面4-6m的地方构筑木垛或金属栅栏。
(9)人员撤离范围,应根据突出的危险程度和通风系统而定。
(三)使用金属骨架
金属骨架是用于石门揭穿煤层的一种超前支架,用金属骨架时,一般配合震动放炮,一次揭开煤层。
(四)钻孔排放
钻孔排放就是石门工作面掘到距煤层适当距离时停止掘进,适用于煤层松软、透气性较大的中厚煤层。
(五)水力冲孔
水力冲孔用于揭开具自喷现象的软煤层比较可靠。
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