03第三章井巷掘进与支护

❖ 掘进工作面 炮眼布置与 岩石性质、 巷道断面、 装药量等有 关。按炮眼 的用途分为 掏槽眼、辅 助眼和周边 眼三种，如 图所示。
掏槽眼(1～5)
辅助眼(6～22)
周边眼(23～45)
掏槽眼(1～5)位于工作面中下部，首先起爆，使工 作面形成第二个自由面，为其余炮眼的爆破创造条 件。根据掏槽眼的方向，分为直眼掏槽和斜眼掏槽。
❖ 木粉：
松散剂，使炸药疏松不易结块。
❖ 食盐：
消焰剂，它不参与爆炸反应。
作用是吸热降低爆温，对引爆瓦斯能起阻化作 用。在有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井中，必须使用 含有食盐粉的炸药(即煤矿许用炸药)。 ❖ 石蜡、沥青：
防潮剂，主要用以降低硝酸铵的吸潮能力。
❖ 硝化甘油炸药（胶质炸药）：
在硝化甘油中溶入3％～5％的硝化棉，为柔软 的胶状体。
巷道的掘进断面，根据风速校验后的净断面及 所选用的支护厚度进行计算。
四、巷道施工
巷道分类： 煤巷：沿煤层掘进的巷道，在掘进断面中煤层占 4/5以上(包括4/5)时。 半煤岩巷：若煤层占1/5以上而小于4/5时。 岩巷：若掘进断面中岩层占4/5以上(包括4/5)时。
巷道施工方法的选择与巷道所在的围岩性质有关。 巷道施工的
❖ 主要工序有：
破岩 钻眼爆破法破岩、掘进机破岩
装岩
运输 支护 辅助工序有：
支护就是对新掘的巷道空间 进行及时维护，以防围岩垮 落
通风
排水
挖砌水沟
测量
铺轨
《煤 矿 安 全 规 程》
第二十一条 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，并符 合下列要求： （一）主要运输巷和主要风巷的净高，自轨面起不 得低于2m。架线电机车运输巷的净高必须符合本 规程第三百五十六条和第三百五十七条的有关要求。 （二）采区（包括盘区，以下各条同）内的上山、 下山和平巷的净高不得低于2m，薄煤层内的不得 低1.8m。 采煤工作面运输巷、回风巷及采区内的溜煤眼等的 净断面或净高，由煤矿企业统一规定。 巷道净断面的设计，必须按支护最大允许变形后 的断面计算。
由于它在制造使用过程中安全性较差，成本较 高，在我国煤矿井下很少使用，仅在无瓦斯煤尘爆 炸危险、多水及坚硬岩石工作面才有应用。
❖ 2．起爆器材 1）雷管 火雷管：
利用导火索起爆的雷管 （煤矿不用）
电雷管：
利用通电电能起 爆的雷管 (煤矿常用)
2)发爆器
井下爆破必须使用发 爆器。目前煤矿广泛使用 防爆型晶体管电容式发爆 器。它是利用电容器充电 后放电引爆电雷管。国产 发爆器按其一次引爆能力 (发)分为50、80、100、 150等几种。
第三百五十六条 自轨面算起，电机车架空线的悬挂高 度应符合下列要求：
（一）在行人的巷道内、车场内以及人行道与运输 巷道交叉的地方不小于2m；在不行人的巷道内不 小于1.9m。
（二）在井底车场内，从井底到乘车场不小于 2.2m。
（三）在地面或工业场地内，不与其他道路交叉的 地方不小于2.2m。
第二节巷道掘进
煤电钻外壳要求：
煤电钻主要适用条件：
铸铝合金制成
严密隔爆
煤层
轴向散热片（由风扇冷却） 手柄上设有开关扳手
ƒ<4的岩层
手柄包有绝缘橡胶防触电。
❖ 在f<4～6的岩石中钻眼时，可用岩石电钻。岩石电钻
的破岩方式也为旋转式破岩，但由于电机容量大、重
量大，钻进时需要很大的轴向推力，故有自动推进与
支撑设备。
❖ 2．凿岩机
❖ 第三百二十条规定：井下爆破作业，必须使用煤矿 许用炸药和煤矿许用电雷管
❖ （1）低瓦斯矿井的岩石掘进工作面必须使用安全 等级不低于一级的煤矿许用炸药。
❖ （2）低瓦斯矿井的煤层采掘工作面、半煤岩掘进 工作面必须使用安全等级不低于二级的煤矿许用炸 药。
❖ （3）高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域，必 须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药。有煤 （岩）与瓦斯突出危险的工作面，必须使用安全等 级不低于三级的煤矿许用含水炸药。
第三节 巷道支护
❖ 一、巷道地压简述 ❖ 1．地压的概念 原岩:地下岩体在未受到开采影响时。
原岩处于复杂的受力状态，承受着上部岩层自 重应力、地质构造应力和由于地温、地下水、瓦斯 等引起的应力等，但主要还是受岩石的自重应力。 原岩的应力处于原始平衡状态，因此岩石不会发生 变形和移动，也不会受到破坏。
名 稳定岩层 稳定性较好岩 中等稳定 稳定性较差 不稳定岩
称
层
岩层
岩层
层
类
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
别
三、巷道断面形状及尺寸
❖ （一）巷道断面形状 ❖ 巷道断面形状种类：
梯形 矩形 拱形
形状的选择主要取决： 围岩坚固程度 矿山压力 巷道的服务年限 用途 支护方式
回采巷道 平巷 开切眼
巷道的选择
梯形 矩形
开拓巷道： 斜井 平硐 井底车场 运输大巷 石门
只进不舍的原则以100 mm进级。
❖ 3．巷道净断面积 半圆拱巷道 S净=B(h2+0.39B) (3—4) 三心拱巷道 S净=B(h2+0.26B) (3—5) 式中: S净——巷道净断面积，m2。
在计算出净断面积后，还要根据巷道内最大允 许风速进行校验，即 式中: v——巷道内的风速，m/S； Q——通过巷道的风量，m3/S； v允——《煤矿安全规程》中所允许的最大风速，m/s。
主要进风巷≤6m/s 运输机巷≤4m/s 采区风巷≤4m/s
若计算出来的风速大于Ｖ允，则要加大净面积 重新调整设计尺寸。
Hale Waihona Puke Baidu
❖ 1.巷道净宽度
B=m+2A+b+n
式中:
B——巷道净宽度， mm；
m——巷道不行人侧运输设备最突出部分与支护最突 出部分的距离(不小于300 mm，综合机械化采煤矿 井为500 mm)，mm；
❖ 4《煤矿安全规程》中有关规定
❖ 装药联线和放炮，必须严格执行《煤矿安全规程》
中有关规定。如装药前，首先必须清除炮眼内的煤 粉或岩粉，再用木质或竹质炮棍将药卷轻轻推入， 不得冲撞或捣实；装药后，必须把电雷管脚线悬空， 严禁电雷管脚线、爆破母线与运输设备、电气设备 以及采掘机械等导电体相接触；炮眼封泥应用水炮 泥，水炮泥以外剩余的炮眼部分应用黏土或用不燃 性、可塑性松散材料制成的炮泥封实。严禁用煤粉、 块状材料或其他可燃性材料作炮眼封泥；井下爆破 工作必须由专职爆破工担任；爆破作业必须编制爆 破作业说明书，爆破工必须依照说明书进行爆破作 业等。
凿岩机是岩巷掘进常用的一种钻眼机具，它以 压缩空气为动力，冲击式破岩完成钻眼工作。应用 最为广泛的是气腿式凿岩机，其机身下面设有一个 联动的气腿，斜撑于地面，起支撑和推进作用，主 要用于打水平和倾斜方向的炮眼。外形如图所示。
❖ 凿岩机的凿岩原理： 利用压缩空气推动机体的活塞作快速往复运动，
活塞不断冲击钎杆尾部，使钎刃凿入岩石。每冲击一 次，钎杆都要旋转一定的角度，使每次冲击钎刃始终 作用在新的岩面上，并及时排出岩石碎屑。冲击、转 钎、排粉往复循环，凿出圆形炮眼。 ❖ 凿岩机钎杆：六角形空心 凿岩机钎头：一字形或十字形镶硬质合金刃片制成。
❖ 辅助眼(6～22)布置在掏槽眼和周边眼之间，作用是 大量崩落岩石并继续扩大自由面，为周边眼的爆破 创造条件。
❖ 周边眼(23～45)是控制巷道成形的炮眼，最后起爆。 周边眼多采用光面爆破。光面爆破的技术要求是爆 破后巷道轮廓线与周边眼相切，在岩面上残留的半 圆形炮眼痕迹占周边眼总数的一半以上，岩面上不 出现明显的爆破裂缝，巷道岩壁上局部凹凸不超过 50 mm。
不均匀时 椭 圆 形： 圆 形：四周压力都大但压力均匀时可
用
❖ (二)巷道断面尺寸
掘进断面：刚开掘出未进行支
巷道断面
护的毛断面，
净断面：支护后的断面
相应的巷道断面尺寸亦有掘进断面尺寸和净断面尺
寸之分。确定巷道断面尺寸的主要依据是：巷道的 用途、支护方式、运输设备外形尺寸、轨道数目(单 轨或双轨)及《煤矿安全规程》中的有关规定。
拱形断面
❖ 巷道断面形状按其轮廓线分： 折边形 曲边形
矩形：利用率高，承载力低，用于
压力小的，服务年限短的巷
道。
折边形 梯形：利用率较高，承载力低，用
于压力小的服务年限短的巷
道。 不规则形：根据情况来确定
曲边形
三心拱形：承压性能好，用于服务年限 长的水平、阶段巷道或采区 巷道
半圆拱形： 圆弧拱形： 封闭拱形：底臌严重时四周压力很大且
❖ 1．矿用炸药
❖ 炸药的种类（采矿工业）
硝铵类炸药 硝化甘油炸药 ❖ 硝铵类炸药主要成分： 硝酸铵
煤矿井下广泛使用铵梯炸 药，铵梯炸药的主要成分：
硝酸铵(NH4N03) 梯恩梯[C6H2(N02)3CH3] 木粉
食盐
石蜡
沥青
❖ 梯恩梯性质：
淡黄色片状结晶，作为催化剂它可提高硝铵炸 药的敏感度，使炸药可用普通雷管起爆。
❖ 尺寸确定的步骤： a）根据规程、规范和设计因素确定净断面积
尺寸。 b）进行通风风速验算． c）根据支架参数、道床参数、计算出巷道的设
计断面尺寸。 d）并按允许加大值（超控值）计算出巷道的
掘进断面尺寸． e）绘图、计算工程量和材料消耗表。
❖ Ｖ—巷道的风速m/s Ｑ—通过巷道的风量 m３/s Ｖ允—《规程》允许的最高风速
❖ 为了达到比较理想的光面爆破效果，周边眼的眼距 一般控制在400～600 mm，装药量不宜太大，采用 小直径药卷，并使药卷沿炮眼长度方向均匀分布， 以减小对岩壁的破坏作用。周边眼的眼口应基本布 置在巷道设计掘进断面的轮廓线上，眼深一致，方 向尽量平行于巷道轴线。光面爆破使巷道成形规整， 围岩破坏小，稳定性高，有利于锚喷支护，巷道施 工安全，已被广泛应用。
❖ 第三百二十条规定：在采掘工作面，必须使用煤矿 许用瞬发电雷管或煤矿许用毫秒延期电雷管。使用 煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间
不得超过130ms。
❖ 1、爆破材料与器材： 炸药、雷管、起爆器、导线。
１）炸药 Ａ）单质炸药；Ｂ）硝酸铵炸药； Ｃ）浆状炸药；Ｄ）硝化甘油炸药； Ｅ）黑火药。
❖ 一、钻眼爆破
❖ (一)钻眼机具 旋转式煤电钻：煤和软岩中钻眼 冲击式风动凿岩机(俗称风钻)：岩石上钻眼 ❖ 1．煤电钻 ❖ 煤电钻由电动机、减速器、 ❖ 手柄、散热风扇和外壳组成， ❖ 见图所示。
❖ 煤电钻的钻眼破岩原理：
利用轴向推力和旋转的钎刃切削岩石，切削下 来的岩石碎屑，沿着钎杆的螺旋沟排出或用压力水 排出。
❖ 3、新型钻眼机具 1)独立回转风钻 2)全液压钻机 3)凿岩台车
❖ (二)矿用炸药及起爆器材 ❖ 二、炸药及其分类
炸药是在一定条件下能够发生快速化学反应，放 出热量，生成大量气体，显示爆炸效应的化合物或 混合物。
炸药的分类：
❖ 按组成分为：单质炸药和混合炸药
❖ 按用途分为：
起爆药
猛炸药
发射药
《煤矿安全规程》
3)导爆索 分类：为普通导爆索 安全导爆索
❖ 3．炮眼布置 ❖ 爆破参数：
单位炸药消耗量 炮眼直径 炮眼深度 炮眼数目
炮眼直径：取决于药卷 直径，为便于装药，炮 眼直径应比药卷直径大 4～6mm。
炮眼深度：掘进巷道的 炮眼深度多为1.5～2.5 m。
炮眼数目：一般根据经 验估算，经过实践不断 调整，最后确定合适的 炮眼数目。
❖ 主要尺寸
a）巷道的高度（h）;
b）巷道的宽度（Ｂ）;
c）巷道的净断面积（S）
❖ 考虑的主要因素：根据《规程》规定来确定行人、 通风、运输、设备安装、检修与施工的需要。 a）巷道的用途。 b）存放或通过的机械，器材或运输设备的数量 与规格。
❖ c）人行道宽度与各种安全间隙． d）通过巷道的风速．
第二章 井巷掘进与支护
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
第一节 井巷掘进与支护概述
❖ 一、岩石的分类 坚固性系数f（也称普氏系数）
fR 10
二、围岩的分类
❖ 为了合理选择井巷锚喷联合支护类型及支护参数，我国 《煤矿井巷工程锚杆、喷浆、喷射混凝土支护设计试行规 范》根据支护设计的需要，考虑煤矿岩性特点、构造情况 和断面尺寸，将围岩划分为五类，见表3—2。
A——运输设备中最大宽度，mm；
n——人行道宽度(不小于800 mm，综合机械化矿井 为1 000 mm)，mm；
b——双轨巷道中运输设备之间的最小间隙(不小于 200 mm)，mm。
❖ 2.巷道净高度 式中: Ho——巷道净高度，nun； ho——拱的高度，半圆拱取B/2，三心拱、圆
弧拱一般取B/3，mm； h2——道碴起巷道的墙高，mm。 计算出的巷道净宽度B、净高度Ho值，应根据