掘进培训教案

掘进技术培训教案2011年6月26日

第一节巷道支护

一、巷道围岩压力

巷道围岩压力：围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力，统称为巷道围岩压力。主要有松动、变形、膨胀、撞击围岩压力组成。

矿山压力：采掘后煤层上覆岩体在运动过程中对支架和围岩产生的作用力。

矿山压力显现：在矿山压力作用下支架和围岩产生的受力现象。矿山压力显现是矿山压力作用的结果和外部表现。

矿山压力的存在是绝对的、是不可控制的；矿山压力显现是相对的、在一定条件下是可控制的；矿山压力显现和矿山压力大小并不一定成比例。

1、影响矿山压力显现的因素：岩石性质、开采深度、煤层倾角、地质构造、巷道布臵、开采顺序、支护方式、回采高度、控顶距离、推进速度等。

2、顶板压力的一般规律

（1）巷道断面越宽，顶板压力越大。

（2）空顶时间越长，顶板压力越大。

（3）护巷煤柱越小，顶板压力越大。

（4）地质构造越多，顶板压力越大。

二、围岩分类

岩石的物理性质：密度、重度、孔隙性和碎胀性。力学性质：强度、自稳性和可爆性。

按成因分：岩浆岩、沉积岩和变质岩。

1、普氏围岩分类

f普氏岩石坚固性系数，前苏联科学家M.M.普罗托奇雅可诺夫于1962年提出的“坚固性”作为岩石工程分类的依

据。

f普氏岩石坚固性系数，是用岩石的单向搞压强度RC （MPa）除以10。

根据f的大小，将岩石分十级十五种，煤炭行业归纳为5大类，便于现场管理。

Ⅰ类：稳定围岩，f＞10

Ⅱ类：稳定性较好围岩，f＝8-10

Ⅲ类：中等稳定性围岩，f＝4-6

Ⅳ类：稳定性较差围岩，f＝2-3

Ⅴ类：不稳定围岩，f＜2。

2、煤巷顶板围岩稳定性分类

Ⅰ类：非常稳定

Ⅱ类：稳定

Ⅲ类：中等稳定

Ⅳ类：不稳定

Ⅴ类：极不稳定

其分类指标：三个强度、三个距离、一个比值。

3、松动圈围岩分类

随着采深增加，围岩软化和地应力增设成为围绕岩分类的主要因素。“新奥法”理论有一个先天缺陷：围岩的弹塑性假设，将弹塑性变形作为支护的主要对象，这与实践严重不符；上世纪70年代，中国矿大董方庭教授提出的松动圈理论：巷道开凿后，围岩原岩应力会发生变化，围岩应力以集中应力的方式在围岩中重新分配，围岩从三向应力的强度降低到二向应力的强度。这两种变化使围岩发生了超过围岩极限强度的破裂变化，即称之围岩松动圈。

松动圈以外是压密圈，正是这个压密圈承受围岩应力，

所以，支护只解决松动圈带来的荷载。将松动圈L P大于1.5ｍ的岩层划归软岩的范畴，以解决硬岩不一定好支护，软岩不一定难支护的问题。围岩分六类：

Ⅰ类：稳定围岩，L P＜400㎜

Ⅱ类：稳定性较好围岩，L＝400-1000㎜

Ⅲ类：中等稳定性围岩，L P＝1000-1500㎜

Ⅳ类：稳定性较差围岩，L P＝1500-2000㎜

Ⅴ类：不稳定围岩，L P=2000-3000㎜

Ⅵ类：极不稳定围岩，L P＞3000㎜

三、巷道矿压控制

1、支护理论

悬吊、组合拱、松动圈

2、巷道矿压控制的原理与途径

原理：

（1）抗

（2）让

（3）躲

（4）移

途径：

（1）保护

（2）支护

（3）维护

四、巷道掘进

1、巷道断面形状及尺寸

（1）巷道断面形状

①平顶形：梯、矩、不规则

②拱形：半圆、切圆、三心

③不规则形：马蹄、圆、椭圆

（2）选择巷道断面形状的因素

①所穿过煤岩层的物理力学性质，矿压方向及大小。

②报务年限和用途

③支护方式和支护材料

（3）省政府颁发的《关于加强煤矿安全生产的若干规定》对巷道净断面的规定

煤矿在用巷道净断面能满足通风、行人、运输和设臵安全生产设施的需要：矿井主要运输巷、主要通风巷净高不低于2ｍ，净断面不小于8ｍ2；采区巷道净高不低于1.8ｍ，净断面不小于5ｍ2。

2、巷道掘进

（1）掘进工序：破、装、运、支、辅助（排水、铺轨、水沟铺设）等。

（2）破岩方法

①钻爆

炮眼分掏槽眼、辅助眼和周边眼三种

光面爆破的标准

A、眼痕率：硬岩不小于80％，中硬岩不小于60％。

B、软岩巷道，周边成型应符合设计轮廓。

C、两炮的衔接台阶尺寸：眼深小于3m，不得大于150mm，眼深为5m时，不得大于250mm。

D、岩面不应有明显的炮震裂缝。

②机械

风镐：软围岩、修轮廓、挖窝、拉底等

综掘机：截割头有纵向和横向出轴旋转两种，形状有圆锥形、半球形和滚筒形等，煤/岩巷综掘机。

凿岩台车

（3）半煤岩巷掘进

半煤岩巷：在巷道掘进过程中既有煤巷由有岩巷，当岩巷占掘进断面面积1/5-4/5。煤巷：沿煤层掘进的巷道，在掘进断面中，煤层占了4/5（包括4/5 在内）。

掘进采石位臵：

①挑顶（有假顶或沿坡度时才用）

②卧底

③挑顶卧底（保证巷道顺直和坡度）

施工组织及优缺点

①煤岩不分，全断面一次掘进；工作组织简单，能加快掘进速度，但煤炭损失大，一般用于煤厚小于

0.5ｍ煤质差的情况。

②分掘分运；能回收煤炭资源，但工作组织较复杂，掘进速度较慢。

（4）交岔点施工

①架棚交岔点

架抬棚的要求：双暗抬棚且支护稳固可靠、穿梁专门制作、穿梁成双且不少于四根、支设时保证支护面积内受力均匀、穿梁与抬棚接合紧密、开口第一棚沿穿梁端架设。

②砌碹交岔点：开掘主巷→护顶→开帮→砌墙→放顶→立胎→砌拱

③锚喷交岔点，采用全断面光面爆破，一掘一锚，一次成巷。

（5）硐室施工

①全断面一次掘进法

适用于断面小于15ｍ2、高不大于5ｍ情况。

②台阶工作面施工法

适用于高度大、岩层稳定或比较稳定的条件下。

A、正台阶工作面施工法。工作安全可靠，在稳定较差的松软岩层中，宜采用此法。

B、倒台阶工作面施工法。挑顶爆破效率高，装岩方便。

③导硐施工法

A、中央导硐施工法

B、两侧导硐施工法

五、巷道支护

由于巷道开挖及煤体回采的影响，引起周围岩层中出现应力重分布，其结果导致应力在岩体中出现了局部高应力区。它直接影响着巷道支护方案的选择。

随着煤炭的不断开采，浅部、易开采的煤层已所剩无几，目前我国主要产煤矿区中，除神府煤田及山西的个别矿区外，大部分地区均已开采深部煤层或地质条件较复杂、地应力较大、较难以开采的煤层。这样就给井下巷道维护带来更高的要求，传统的巷道支护如棚式支护、砌碹支护等方式已不能满足煤炭安全生产的要求。

1、目前常用的支护方式

由于巷道的开挖形成空洞，破坏了原岩体中的原有的应力状态，巷道周边由原来的三向应力状态变成了两向应力状态，从而出现了应力重分布与应力集中现象，这二者导致了在岩体中分别出现了较大的剪应力和拉应力的出现，并使岩体向巷道内移动，若不进行及时的支护，巷道会产生严重变形，影响到其使用功能，更为严重的是由于岩体中构造复杂，节理裂隙发育，当变形量达到一定程度后就会产生冒顶片帮

等事故，严重影响着煤矿的安全生产。

根据支护材料不同巷道支护方式分类如下：

（1）棚式支护（木支护，混凝土支架，金属支架等，其中金属支架又有普通金属支架及可缩性金属支架。）这类支护方式主要用于矩形及梯形巷道。

（2）砌碹支护：料石砌碹，现浇混凝土。

（3）锚喷支护：锚杆支护、喷射砼支护、锚喷联合支护、锚喷支护＋（网、钢带、梯子梁等）联合支护。

（4）锚杆（锚索锚网）安全、经济、省力、快速，锚杆支护是先进的支护方式，是巷道支护技术的发展方向前两类支护方式均属被动支护，锚喷支护则为主动支护方式，能充分利用围岩自身的承载能力。

（5）注浆（或其他材料）加固补强围岩，与以上支护形式共同达到预期支护目标。

（6）省政府颁发的《关于加强煤矿安全生产的若干规定》对巷道支护的规定

煤巷采用金属支护（包括锚网支护），岩石巷道采取光面爆破、砌碹或其他复合型支护形式，杜绝木支护。

2、喷射砼支护原理

（1）封闭围岩，防止围岩风化作用

（2）补强围岩，喷射砼具有较高的速度喷射至岩面，其浆体充入岩体表面裂隙中，使得岩体的整体强度得到提高。

（3）改善围岩应力状态。巷道开挖后岩体变形二向应力状态，而喷射砼支护后由于其具有一定的强度，使围岩由二向应力状态变为三向应力状态，围岩承载能力得到提高。

（4）组合拱作用。喷射砼与围岩经裂隙而相互咬合而

形成组合拱共同承载。

（5）柔性支护结构。喷射砼厚度较小，具有一定的变形能力，在围岩应力较大时可产生一定的变形，以释放围岩应力，从而取得较好的支护效果。

锚固力Q ≥(1.5～2)W 锚杆工作拉力Q1=σbA 锚杆长度L ＝KH ＋L1＋L2锚杆间排距

γHk Q

a

=

六、巷道冒顶的原因及防治措施

1、顶板事故分类

顶板事故分两类：巷道顶板事故和采面顶板事故。巷道顶板事故按事故发生地点分类：掘进工作面顶板事故和巷道交岔点顶板事故。

2、冒顶前的预兆

响声、裂隙、离层、掉矸、片帮、支架突然严重变形、瓦斯涌出突然增大、淋水加大等。

3、巷道冒顶的原因

支护方式选择不当

巷道布臵位臵不合理

交岔等处断面过大

顶板支护不及时

支架支设质量差

地质构造因素影响

冲击波等外力作用

4、掘进工作面冒顶的防治

（1）加强对巷道迎头附近围岩稳定状况的观察，坚持敲帮问顶制度；及时支护顶板，严禁空顶作业。

（2）提高支护质量，增强支架稳定性。

（3）合理布臵爆眼，控制装药量。掘进工作面放炮崩倒的棚子应由外向里逐架扶正背牢。

（4）开岔口选择岩性较好的位臵。

（5）锚网支护遇顶板破碎或地质构造带，应加大锚杆支护深度和密度，或及时改变支护形式。

（6）严格按照安全技术措施施工。

5、冒顶处理及巷道维修的一般原则

先外后里、先支后拆、先下后上、先近后远、先顶后帮。

撞楔法撞楔法适用于顶板十分破碎的冒顶?打穿楔?清矸石?架设支架

小断面快速修复法

小断面快速修复法适用于冒顶范围大、影响

通风、有遇险人员的冒顶

?撞楔护顶控制冒落矸石

?清理两侧矸石

边清边控制两帮

?架设坚固支架

清理余矸

木垛法?木垛法适用于冒落高度较低，冒落范围内顶板岩石相对稳定的冒顶

?“井”字木垛法?“井”字木垛法

与木棚结合法

第二节掘进安全质量标准化

一、掘进安全质量标准化必备条件

1、完成考核期内上级下达的开拓进尺计划。

2、矿井回采工作面接替正常，无脱节现象，“三量”可采期符合国家规定。

3、掘进工作面无一次死亡3人以上（含3人）事故。

4、考核期内制定切实可行的掘进质量达标规划、验收考核办法。

二、掘进安全质量标准化实行百分考核制，按检查得分划分为三个等级

一级：总分在90分以上（含90分），优良品率60%及以上，消灭不合格品，掘进装载机械化程度不低于60%（高突矿井不考核）。

二级：总分在85分以上（含85分），优良品率50%及以上，消灭不合格品，掘进装载机械化程度不低于60%（高突矿井不考核）。

三级：总分在80分以上（含80分），优良品率40%及以上，消灭不合格品，掘进装载机械化程度不低于60%（高突矿井不考核）。

三、等级评定办法

总分100分，文明生产满分40分，工程质量满分60分。

1、文明生产标准共10项，每项4分

2、工程质量标准，按《生产矿井井巷工程质量检验评定办法》（试行）进行检查评级。

优良品得60分、合格品得50分，不合格不计分。

3、安全考核办法

掘进队所负责的区域内，考核期内因掘进责任发生死亡事故，每死亡一人，在检查评比时，掘进安全质量标准化单项降一个等级，扣5分后再记入矿井总得分，扣5分后得分不得超过下一级的最高分。

4、掘进装载机械化程度达不到要求的，矿井掘进安全质量标准化得分扣5分（高突矿井暂不执行）。

5、掘进工作面得分计算办法：每一掘进工作面得分=工程质量得分+文明生产得分

6、矿井掘进工程质量标准化得分计算办法

月度矿井掘进质量标准化得分＝当月检查掘进工作面得分之和/当月检查掘进工作面个数。

季度矿井掘进质量标准化得分＝季度内各月掘进质量标准化得分之和/3。

年度矿井掘进质量标准化得分＝每年各月掘进质量标准化得分之和/12。

7、在“工程质量与文明生产评分标准”之外增加其他扣分项，并按规定从专业总分中扣除

（1）岩巷、半煤岩巷光爆质量（4分）

（2）炮掘工作面积矸（2分）

（3）轨道运输系统质量（4分）

四、井巷工程质量检验评定的工程划分

井巷工程质量的检验和评定应按分项工程、分部工程和单位工程划分

1、分项工程。主要按工序和工程划分，例如：基岩掘进工程、模板组装工程、钢筋绑扎工程、混凝土支护工程、锚杆支护工程、喷射混凝土工程、砌块支护工程等。

2、分部工程。按井巷工程的主要部位划分，例如：立

井井筒工程的井颈工程、主体工程、壁座、连接处、井底水窝、巷道工程的主体、交叉点、水沟、附属工程等。为了便于工程月末验收，对工程量大、工期长的井筒、平硐、巷道的主体工程，可以按每月实际进尺划分为一个分部工程。

3、单位工程。凡不能独立发挥能力，但具有独立施工条件，构成一个施工单元的工程，即为一个单位工程，井巷工程的单位工程划分为立井井筒、斜井井筒和平硐、巷道、硐室、安全与通风设施、井下铺轨六类。具体单位工程名称应执行有关煤矿建设工程单位工程统一名称的规定。

为了便于期末验收评定等级，对期内施工的井筒、平硐、巷道、硐室等工程可以视为一个单位工程。

第三节掘进安全知识

一、什么叫迎山角，有何规定？

在倾斜的采掘工作面，棚腿中心线与顶底板垂线之间向上偏的夹角，叫做迎山角，一般为6～8度迎1度。

水平巷道支架的前倾、后仰应符合：合格，偏差±1°（1m垂线不大于17mm）；优良，偏差±0.5°（1m垂线不大于9mm）

二、掘进工作面放炮多少米范围内加强支护？

掘进工作面严禁空顶作业，放炮前靠近迎头 10m以内的支护必须进行加固。

三、什么叫锚网喷支护？锚杆安装前有何规定？

联合使用锚杆和金属网加喷混凝土或喷浆的支护。锚杆安装前应先检查锚杆孔布臵形式、孔距、深度、以及锚杆部件是否符合作业规程要求，不符合规定的要进行处理及更换。

四、采掘工作面炮眼封泥有哪些规定？

1、炮眼封泥应用水炮泥，水炮泥外剩余的炮眼部分应用粘土炮泥或用不燃性的、可塑性松散材料制成的炮断线封实。严禁用煤粉、块状材料或其他可燃性材料作炮泥封泥。

无炮泥、封泥不足或不实的炮眼严禁爆破。

2、炮眼深度和炮眼的封泥长度应符合下列要求：

（1）炮眼深度小于0.6ｍ时，不得装药、爆破；在特殊条件下，如挖底、刷帮、挑顶确需浅眼爆破时，必须制定安全措施，炮眼深度可以小于0.6ｍ，但必须封满炮泥。

（2）炮眼深度为0.6-1ｍ时，封泥长度不得小于炮眼深度的1/2。

（3）炮眼深度超过1ｍ时，封泥长度不得小于0.5ｍ。

（4）炮眼深度超过2.5ｍ时，封泥长度不得小于1ｍ。

（5）光面爆破时，周边光爆炮眼应用炮泥封实，且封泥长度不得小于0.3ｍ。

（6）工作面有2个或2个以上自由面时，在煤层中最小抵抗线不得小于0.5ｍ，在岩层中最小抵抗线不得小于0.3ｍ。浅眼装药爆破大岩块时，最小抵抗线和封泥长度都不得小于0.3ｍ。

五、如何进行敲帮问顶？

1、应从有完好支架的地点开始，由近及远、先顶后帮进行。敲帮问顶所触及顶板点应避开人员站立位臵。此范围内严禁其他人员进入。

2、敲帮问顶时，顶帮如果发出空旷的回声，说明顶帮有松动现象，必须立即撬下。

3、敲帮问顶时，顶帮如果发出清脆的回声，接着用手指紧贴顶帮，敲击顶帮没有震动感，说明没松动离层，是安全的；若手指敲击感到震动，即使声音清脆，也说明这块大岩石已经与顶帮岩体离层，必须立即进行加强支护。

4、禁止两人同时在一个地点进行敲帮问顶，以免相互干扰。如果在冒落高度较高或顶板条件较恶劣的地点进行敲帮问顶，应当由两名有经验的人员配合操作，一人手执手镐或长钎敲帮问顶，另一人观察顶板变化和安全退路，前者应站在安全地点，后者应站在侧后方，并保证两人退路畅通。

5、敲帮问顶时应戴好手套，遇有顶板破碎掉矸，立即仍掉工具撤至安全套地点。