第四章 井巷掘进与支护

三、巷道支护 1、木支架与金属支架支护 （1）木支架
（2）金属支架
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3、锚杆支护 、 属于主动支护。 属于主动支护。 （1）锚杆的作用原理与使用范围 ） 对巷道围岩进行悬吊、挤压拱、组合梁（ 对巷道围岩进行悬吊、挤压拱、组合梁（拱）等支护作用原理。 等支护作用原理。 锚网支护、锚网喷支护等。 锚网支护、锚网喷支护等。 类型：金属锚杆、木锚杆、钢筋或钢丝绳砂浆锚杆和树脂锚杆。 类型：金属锚杆、木锚杆、钢筋或钢丝绳砂浆锚杆和树脂锚杆。 （2）金属楔缝式锚杆 ） （3）树脂锚杆 ）
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1、钻眼机具 ► 钻眼（又称凿岩）机具按能源分，有电动、风动、 钻眼（又称凿岩）机具按能源 能源分，有电动、风动、 液压、内燃四种。 ► 按破岩机理来分，有冲击式、旋转式两种。 破岩机理来分，有冲击式、旋转式两种。
(1)冲击式 冲击式 ——动力是气动式 动力是气动式 冲击式凿岩机 冲击式凿岩机工具－－钎子和钻头 冲击式凿岩机工具－－钎子和钻头 －－ （2）旋转式 ）旋转式——动力是电力 动力是电力 煤电钻和岩石电钻 旋转式钻眼工具——钻杆和钻头 钻杆和钻头 旋转式钻眼工具 煤电钻——麻花钎子 麻花钎子 煤电钻 岩石电钻——中空钢制成。 中空钢制成。 岩石电钻 中空钢制成
掏槽眼：首先爆炸的炮眼，其作用在于增加自由面。 掏槽眼：首先爆炸的炮眼，其作用在于增加自由面。 ► 辅助眼：在掏槽眼的外围，除崩落岩石外，还能扩大所掏的 辅助眼：在掏槽眼的外围，除崩落岩石外，还能扩大所掏的 槽，提高周边眼的爆破效果。 ► 周边眼：靠近巷道的周边，其作用在于使巷道获得一定的形 周边眼：靠近巷道的周边，其作用在于使巷道获得一定的形 状和规格。 辅助孔间距一般40~80mm，周边孔间距一般50~100mm。 辅助孔间距一般40~80mm，周边孔间距一般50~100mm。
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2、巷道断面尺寸 即满足生产要求，又尽量减少掘进工作量， 最后通过风速进行校核。 （1）巷道净宽度的确定 拱形和矩形巷道的净宽度是指巷道内侧的水 平距离。 单轨 双轨
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（2）巷道净高度的确定 巷道净高度是指道砟面至拱顶内缘（梯形巷道顶 梁下缘）的垂直距离。 主要运输和通风巷道净高度不低于2m； 采区内的巷道净高不低于1.8m。 1.8m ①梯形断面巷道高度： 2.2m 、2.4m 、2.0m、1.8m ②拱形断面巷道高度： H0=h3+h0-h5
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2) 帷幕法 预先在井筒周围设计一个封闭圆筒状、深度超过不稳定地层， 预先在井筒周围设计一个封闭圆筒状、深度超过不稳定地层，进入稳定 基岩的砼帷幕，从而可以在其保护下安全地进行作业。 基岩的砼帷幕，从而可以在其保护下安全地进行作业。 沿井筒圆周划分2~3个圆弧段，在每个圆弧段下钻孔，连通形成槽孔。 个圆弧段，在每个圆弧段下钻孔，连通形成槽孔。 沿井筒圆周划分 个圆弧段 然后在孔内注浆，最后形成砼帷幕。 然后在孔内注浆，最后形成砼帷幕。 3) 冻结法
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2、起爆器材 引爆炸药的器材有雷管和发爆器。 （1）雷管 煤矿所使用的雷管是电雷管。 根据电雷管爆炸时间间隔的长短，可分为： 瞬发电雷管、秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。 （2）炸药 炸药是一种固体或液体的化合物或混合物。当这种物质受到一 定的外界能量作用时 (遇热、机械冲撞力、其它炸药爆炸的影响)， 遇热、机械冲撞力、其它炸药爆炸的影响) 就能迅速分解，同时产生大量的气体和热量。 煤矿使用的硝胺炸药主要成分是硝酸铵、梯恩梯、木粉、盐等。 （3）发爆器 发爆器是电雷管起爆的电源，目前我国矿山中普遍得到推广使 用的是电容式发爆器。 2011-5-28 14
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三、巷道断面形状与支护方法 1、巷道断面形状选择 矩形，梯形，多边形，拱形，马蹄形，椭圆形及圆形。
选择巷道断面形状一般考虑地因素
1. 2. 3. 4. 巷道断面承载能力、围岩性状、地压大小与方向 断面利用率 巷道类别用途、位置及服务年限 巷道支护方式及支架材料等
* 常用的断面形状：直墙半圆拱形、直墙圆弧拱、不规则 梯形、不规则矩形等。此外，三心拱、椭圆拱等也均有 使用。
本章主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 岩石的性质及分级 钻眼爆破与巷道断面形状 水平及倾斜巷道的掘进与支护 立井开凿与延深
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第一节 岩石的性质与分级
► 井巷掘进是煤矿生产一项经常而重要的工
作。不论开掘何种井巷，其主要工作都是 破岩和支护。破岩和支护的主要对象是各 种不同的岩石，其物理力学性质各异。因 而，了解岩石的性质，对于合理的确定破 岩方法和支护方式，选用适当的凿岩机械、 爆破器材和掘进机械，以及正确确定工作 定额，具有重要的意义。
冻结法凿井就是在井筒掘进之前，在井筒周 围钻冻结孔，用人工制冷的方法将井筒周围的不 稳定表土层冻结成一个封闭坚固的冻结圈，防止 水或流砂涌入井筒，然后在冻结圈的保护下进行 掘砌工作。待井筒掘砌到预计深度后，进行拔冻 结管和充填，最后解冻。
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4)钻井法 4)钻井法 是利用回转式钻机，将井筒全断面一次钻成或者是分次扩孔 是利用回转式钻机， 钻成，依靠井内充满的泥浆护壁， 钻成，依靠井内充满的泥浆护壁，利用泥浆循环冲洗工作面和 提升岩屑，井筒钻成后在泥浆中悬浮下沉井壁， 提升岩屑，井筒钻成后在泥浆中悬浮下沉井壁，井壁沉到设计 深度后，及时进行壁后充填，进行永久支护。 深度后，及时进行壁后充填，进行永久支护。
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（2）表土施工方法 ） 1）普通施工法 ） 人工或抓岩机出土，下掘一小段后（空帮距不超过1.2m）， 然后用井圈、背板临时支护，掘一小段后（一般不超过30m），再 由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁。如此，周而复始， 直至基岩。这种方法适用于较稳定的土层。 在松软土层中，为了减少土层暴露时间，可以采用阶梯式开挖 法或分块对称式开挖法。
1)沉井法 沉井法，就是在设计的井筒位置上构筑带刃脚的沉井井 壁，而后在其保护下挖土，在自重的作用下井壁随着掘进面 下沉，同时在地面上相应地砌筑接高井壁。这种沉井方法通 常称做普通沉井法。 下沉深度受到限制，一般为20~30m。 淹水沉井：实质是采用泥浆护壁，减少井壁下沉的阻力。采用水枪破土，
压气排渣。 最大沉井深度可达190m左右。
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复习思考题 1. 岩石的物理力学指标及含义？ 2. 岩石的坚固性系数及定义。 3. 煤矿常用巷道断面形状及其承载性能特点？ 4. 选择巷道断面形状应考虑那些因素？ 5. 拱形巷道断面的净宽度和净高度如何确定？
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第三节 水平及倾斜巷道的掘进与支护
一、破岩 1、钻凿炮孔 （1）炮孔布置方法 按其用途和位置可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼三类。其起爆顺序依次为掏槽眼、 按其用途和位置可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼三类。其起爆顺序依次为掏槽眼、 辅助眼和周边眼。
►
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► （2）爆破参数的确定 ► 爆破参数包括: 爆破参数包括:
炸药消耗量; 炸药消耗量; 炮眼直径：炮眼直径是根据药包直径来确定的。一般的 炮眼直径：炮眼直径是根据药包直径来确定的。一般的 标准药卷直径为32及35mm，炮眼直径要比药卷直径大 标准药卷直径为32及35mm，炮眼直径要比药卷直径大 4～7mm,这样炮眼直径就是36～42mm。 7mm,这样炮眼直径就是36～42mm。 炮眼深度 :合理的炮眼深度确定的依据是：炮眼利用率比 较高（一般不低于85～90%）；钻眼和掘进速度快；巷 较高（一般不低于85～90%）；钻眼和掘进速度快；巷 道掘进成本低。 炮眼数目 :炮眼数目可以按照一个循环的总装药量平均装 入所有炮眼的原则进行估算，作为实际排列炮眼的参考。
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2）吊挂井壁施工法 ） 用于稳定性较差的土层中的一种短段掘砌施工方法。段 高一般0.5～1.5m。随掘随砌，井壁内设有竖向钢筋，各分段 井壁的自重主要靠上部井壁通过吊挂钢筋来承担。
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（3）不稳定表土施工 ） 遇到不稳定土层时，必须采取特殊施工方法才能通过， 遇到不稳定土层时，必须采取特殊施工方法才能通过，这种施工方法为 特殊施工方法。 特殊施工方法。
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3、轨道布置与风速验算 （1）轨道布置 钢轨、轨枕和道喳三部分组成。 （2）风速验算
v=
式中：
Q ≤ vm S
► v——通过巷道风流的速度，m/s； ——通过巷道风流的速度，m/s； ► Q——通过巷道的风量，m3/s； ——通过巷道的风量，m /s； ► S——巷道的净断面机，m2； ——巷道的净断面机，m ► Vm——巷道允许通过的最高风速，m/s。 Vm——巷道允许通过的最高风速，m/s。
《煤矿工业设计规范》规定：矿井主要进风巷的风速一般不大于 煤矿工业设计规范》 6m/s，输送机巷或采区风巷一般不大于4m/s。设计时，应在不违反 6m/s，输送机巷或采区风巷一般不大于4m/s。设计时，应在不违反 《煤矿安全规程》的原则下，按规范要求确定巷道断面，以留有余 煤矿安全规程》 地。 设计出的巷道净断面积，不符合上述风速要求的，须加大断面尺寸。
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一、岩石性质 1、岩石的物理特性
重力密度：单位体积内岩石的重量。 密度：单位体积内岩石的质量； 岩石碎胀性：破碎后体积有所增大的性质。 岩石硬度：指岩石抵抗其他较硬物体压入的能力。 2、岩石的力学性质 指岩石抗压、抗拉、抗弯、抗剪等外力的抵抗能力。 弹性、塑性、脆性； 岩石强度：指岩石抵抗外力破坏的能力。
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第四节 立井开凿与延深
立井施工包括：立井掘进、永久支护、井筒装备安装等。 立井施工包括：立井掘进、永久支护、井筒装备安装等。 一、立井掘进 含表土掘进施工和基岩掘进施工。 含表土掘进施工和基岩掘进施工。 1、立井表土段施工 、 稳定表土层就是在井筒掘砌过程中，井帮易于维护，用 稳定表土层 普通施工方法能够顺利通过的表土层，其中包括含非饱和水 的粘土层、含少量水的砂质粘土、无水的大孔土和含水量不 大的砾石层等。 不稳定表土层就是在在井筒掘砌过程中，井帮很难维护， 不稳定表土层 用普通施工方法不能通过的表土层，其中包括含水砂土、淤 泥、含饱和水的粘土、浸水的大孔土和含水量较大的砾石层 等。
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（1）立井稳定表土施工程序 ） 1)安设临时锁口 安设临时锁口 由井劲上部临时井壁和锁口框架组成。作用是固定井位、 由井劲上部临时井壁和锁口框架组成。作用是固定井位、封 闭井口、安装井盖和吊挂掘进用支架。 闭井口、安装井盖和吊挂掘进用支架。 2)提升方式的选择 提升方式的选择
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4、锚索支护 、 （1）支护原理 ） 对巷道围岩进行强力悬吊作用。 对巷道围岩进行强力悬吊作用。 与锚杆配合——承载层 承载层 与锚杆配合 （2）锚索结构 ）
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5、喷射砼支护 、 喷射砼支护是将一定配合比的水泥、 喷射砼支护是将一定配合比的水泥、砂、碎石和速凝剂搅拌料 通过砼喷射机喷射在围岩表面，凝结硬化而成的一种支护形式。 通过砼喷射机喷射在围岩表面，凝结硬化而成的一种支护形式。 （1）工艺流程 ） （2）砼喷射机 ）
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二、岩石分级 ► “坚固性系数f”：表示岩石破坏的难易程度。 坚固性系数f
►
Rc f = 10
式中：
Rc
MP ——岩石的单轴抗压强度， a
岩石强度分级表如下表
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第二节 钻眼爆破与巷道断面形状
一、钻眼爆破工作 ► 井巷施工首先要破碎岩石，常用的破岩方法有机械 破岩和爆破破岩两种。 ► 进行爆破破岩，就是要在采掘的煤岩中用钻研工具 钻凿炮眼，其深度一般不超过3 4m，直径35～ 钻凿炮眼，其深度一般不超过3～4m，直径35～ 75mm。然后在炮眼中安放一定数量的炸药，炮眼 75mm。然后在炮眼中安放一定数量的炸药，炮眼 口直至炸药间的一段炮眼放置以不燃的惰性物质 （一般为粘土与砂子混合物）做得炮泥，再用一定 （一般为粘土与砂子混合物）做得炮泥，再用一定 的方法是炸药在炮眼内起爆，从而产生巨大压力使 煤和岩石从其整体中分离出来，并破碎成便于装运 的块度。 ► 因此，钻眼爆破可分为两项主要工作：钻眼工作和 因此，钻眼爆破可分为两项主要工作：钻眼工作 钻眼工作和 爆破工作。 爆破工作。