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1、第五章 煤层巷道施工,本章主要参考书,王泽进，鞠文君.我国煤巷锚杆支护技术的新进展.煤炭科学技术.2000年9月.28（9）：47侯朝炯等著.煤巷锚杆支护.徐州：中国矿业大学出版社.1999.定价：35.60元。TD353/H-221C袁和生.采准巷道锚杆支护现状与发展对策.建井技术.1997年12月.18（6）：2630牛宝玉.采掘锚、掘锚一体化快速掘进成巷技术.煤炭工程2003 年第11 期:912王金华.我国煤巷机械化掘进机现状及锚杆支护技术.煤炭科学技术.2004 年1 月.第32 卷第1 期:610任葆锐，刘建平.煤巷快速掘进设备的使用与发展.煤矿机电.2003年第5期:5254,第
2、一节 概述,我国大型煤矿矿井开拓布署大致经历两个阶段：第一阶段为50年代采用的煤层开拓部署，由于受当时理论局限性制约，很难控制采动压力，从而使巷道维护十分困难，严重影响矿井的安全生产。第二阶段为6080年代，大型煤矿大都采用岩巷的开拓方式，为矿井的安全生产创造了良好的条件。但该方式具有矿井基建投资大，岩巷工程量大及建设周期长的缺陷。1990年改革开拓布置的淮北会议，提出采取上下山要布置在煤层中，有条件的运输大巷也要布置在煤层中的技术发展方向。潞安矿务局常村煤矿、兖州矿务局的济宁2号井和三号井的运输大巷均布置在煤层中。目前我国煤巷及半煤岩巷的比重占井巷工程量的76%以上。,济宁二号煤矿设计年产4
3、00万t，服务年限67.5年，矿井采用全煤巷布置，立井多水平开拓方式，通风方式为中央并列式。矿井第一水平共有7条大巷，6条布置在煤层中。北翼4条，2条进风、2条回风，为便于运输、排水，其中有1条轨道进风巷布置在3下煤层底板岩石中，其余均布置在煤层中。南翼3条大巷，1条进风，2条回风，均布置在煤层中。,(1)-555水平大巷支护方式为两种。一种为直墙半圆拱型，巷道净断面17.318.3m2，采用锚网喷支护；另一种为直墙三心拱，净断面积16.6m2，采用29U型钢支架支护，棚后背金属背板，铁砂窗，充填C20喷射混凝土，主要用于南、北翼皮带回风大巷。大巷两侧分别留设120、110m护巷煤柱，大巷间留
4、设35m煤柱。(2)四采下山、三采下山：服务年限5.46.5年，支护方式除四采皮带下山使用29U型钢支架支护，其余均为直墙半圆拱形断面，锚网喷支护，净断面积为1315.1m2。下山间留设40m护巷煤柱，外两侧留设50m保安煤柱。(3)顺槽：净断面积为11.412m2，支护方式有梯形金属棚和锚网梁两种。随技术进步和施工设备配套，现锚网梁已成功应用于实体煤中顺槽、沿空送巷顺槽、综放(采)工作面切眼。至1999年底锚网梁文护巷道已达12000m，最大控顶跨度达13.45m。,一.煤层巷道的施工特点：瓦斯和煤尘威胁加强检查，采取相应安全措施，探水 掘进容易，维护困难、采动地压安全条件下经济的支护方式
5、通风和运输距离长工作复杂通风系统、运输设备及其调配。褶皱、断层多，定向难定向工作。二.施工方法钻爆法为主掘进机为发展方向,组织采区巷道施工时，应考虑下列一些因素：（1）应提前施工主副井与风井贯通的采区上山主链工程，连锁工程应先施工，工程量大的上山也要提早施工。（2）一般应先开轨道上山，以提前安装提升绞车，担负采区工程的施工任务。（3）凡工程量大，距井筒远，直接影响建井工期的采区工程应提前安排施工。（4）为了解决通风问题，有高沼气矿井的采区开拓，一般应在主副井与风井贯通并形成全负压通风系统后，再开拓采区煤巷。,（5）在建井期间为探明地质情况的采区工程应先行施工。如在煤矿同时开二条上山时，可先开人
6、行通风上山，以提前探清煤层的赋存情况。（6）有煤与沼气突出危险的矿井，一般应先开岩石巷道，然后开溜煤眼、联络眼，从岩石巷中揭开煤层，排放沼气，然后进行煤巷施工。（7）涌水量大的上下山，最好采用上山掘进的方法。（8）巷道地压较大时，为避免施工过早而增大维修量，可在矿井试运转前安排施工。,第二节 半煤岩巷施工,采石位置位置的选择 挑顶 生产需要 采石位置 卧底 影响因素 施工需要 挑顶兼卧底 维护需要（a)挑顶（b)卧底（c）挑顶兼卧底,2炮眼布置特点 掏槽眼布置在煤层中 钻机的选择,3施工组织 全断面一次掘进 煤质不好的薄煤层（小于0.5m）煤岩分掘分运（采掘平衡）,第三节 煤巷施工,煤巷：煤层
7、占掘进面的4/5以上 生产矿井掘进总量的80以上,煤巷的掘进方法1.钻眼爆破法2.掘进机法3.连续采煤机法,一、钻眼爆破法掘进特点：灵活、方便、经济。关键在于装煤效率。1、爆破(1)湿式煤电钻、楔形和锥形掏槽、炮眼深度1.52.5m，(2)采用光面爆破、毫秒爆破（延期时间130ms）、严格控制 周边眼，(3)采用“三小”技术（小钻孔、小药卷、小钻杆），眼32mm、卷2327mm。2、装煤 把斗装岩机、ZMZ-17装煤机。3、建立快速炮掘机械化作业线,二、掘进机 我国从1962年先后从原苏联、英国、日本、奥地利、匈牙利、美国、德国引进了各种类型的煤与煤-岩巷掘进机共131台，包括我国自己研制生产
8、、中外合资生产和引进的掘进机，在我国煤矿使用的有400多台。1990年单机年进尺超万m的有8个队，平均掘进速度达到300m/（台月）以上，比钻爆法平均提高1.52.5倍，工效提高50100。当前世界各国制造和推广使用的煤及煤-岩掘进机，除美国为滚筒式切割机构连续采煤机外，均为悬臂式切割机构的部分断面掘进机。这种掘进机适应性强，结构较简单，易操作，机重适宜，拆、装、运方便，调动灵活，因之，发展较快。目前全世界各国使用量总计在3000台以上。各种悬臂式掘进机的构造和工作原理大体相同。,根据煤矿掘进机械化程度发展目标测算，“十五”期间全国重点煤矿每年需要配备的重型掘进机数量为150台、中小型掘进机数
9、量为120 台左右。目前我国煤巷掘进主要仍采用AM50型和S100型掘进机，这两种设备均属国外20世纪70年代产品，在性能、结构上存在许多问题。,我国研制、引进和中外合作生产的掘进机有25种型号，其中性能好、质量稳定的有ELMB型（功率40、55、75kW，掘进断面积5.512、615.4、717m2，生产能力50、80、100m3/h，价格30、55、68万元）；EL90型（105万元）；EM1A型（30万元）；AM50型（26.8万元）和S100（125万元）型五种型号。,ELM型煤巷掘进机构造图,E掘进机，L联合，M煤巷，B悬臂式，J掘进机,EBJ系列悬臂式掘进机主要用于煤矿中煤巷、半煤
10、岩巷的掘进，经济切割煤岩 单轴抗压强度40100 MPa，能够切割任意形状的断面，切割断面面积1224 m2。,EBH/J-132型掘进机,重型掘进机切割功率高、断面大，广泛适用于铁路、公路、水利、国防等隧道的掘进施工，可满足2-3类到4-5类围岩（软岩、次坚岩）的机械化掘进，实现掘进、运输、支护等同时作业，大幅度提高隧道施工的效率。,EBJ-160型重型掘进机（60吨）EBJ2000G型重型掘进机（65吨）,EBJ-75型中型掘进机（25吨）S100型中型掘进机（25吨）,中型掘进机是掘进软岩到中硬岩范围的隧道掘进机，适用于矿山的巷道掘进以及铁路、公路、上下水道等各种隧道的掘进。可实现掘进、
11、运输、支护等同时作业。,德国STM-100型煤巷掘进机,1.掘进机一胶带转载机一可伸缩双向胶带输送机机械化作业线 为双向的，即上胶带出煤，下胶带运料，能实现长距离连续运输，其能力大于掘进机的生产能力，可最大限度地发挥掘进机的潜力，实现连续掘进。由于胶带延长速度快，每延长12m胶带仅需30min，进行永久支护时可接长胶带，掘进循环时间短。该作业线在巷道长度大于600m时，其优越性更为明显。开滦矿区钱家营矿002掘进队，采用AM50掘进机，配备QZP160型转载机SJ44型可伸缩胶带运输机和SGW40T型刮板输送机，于1988年5月，在巷道掘进宽度4.58m、掘进高度2.7m的煤岩巷道中，创造了单
12、孔月进1421m的成绩。该掘进队于1990年5月，在断面为10.4m2的煤岩巷道中，又创造了单孔月进1434m的记录。,三 以掘进机为主的机械化作业线,002掘进队掘进劳动组织采用综合工作队，“四六”作业，即三班掘进，一班准备。,开滦矿区钱家营矿001掘进队，采用AM-50掘进机，配备QZP-160型转载机、SJ-44型可伸缩胶带输送机，于 1990年 5月，在断面为 10.4 m2的煤巷中，采用 U型可缩性金属支架，创造了单孔月进2211m的记录。该队采用综合工作“四六”作业制。,济宁三号煤矿在一采区1304 胶顺施工中，实现了独头月进908m，创造了兖州矿区煤巷锚网支护施工最好水平，并实现
13、了安全生产。,（1）支护参数 顶板采用20 2200 mm 螺纹钢树脂锚杆，每孔三支药卷，锚杆间排距均为900 mm，铺10#铁丝经纬网，配合10mm 圆钢焊接的钢筋梯护顶。帮部20 1800 mm 螺纹钢树脂锚杆，每孔使用锚固剂两支，间排距900 900mm，挂菱形铁丝网。,（2）施工设备配备 采用MRH S100 型掘进机截割，SSJ 800 可伸缩胶带运输机运煤和支护材料，其他设备用无轨胶轮车运输。顶部锚杆使用眼睛王蛇牌风动锚杆钻机、配28 mm钻头和B19 中空钢钎打眼并安装锚杆，帮部采用MQJ 45J 32 型气腿式风动锚杆钻机配30mm 钻头和28mm 麻花钻杆打眼并安装锚杆。（3
14、）施工方法 采用截割一排(900mm)锚网支护一排，帮部锚网支护滞后顶部两排(1800mm)，掘进机截割头从迎头左中部开始截割，先中间后四周，割出毛巷道，再根据巷道中线及断面尺寸割出荒断面。掘进机截割完后，首先出净迎头截割下的煤，退出掘进机进行临时支护，准备好顶、帮锚网机具并搭设锚网顶部的操作平台，然后分别进行顶部和帮部锚网，锚网完成后，进掘进机进入下一个循环工作。,（4）施工组织 综掘队人员48 人，迎头直接工作人员42 人，“三八制”作业方式，每班出勤10 人。为实现平行作业，在掘进机截割时，打眼工进行支护材料的运输和准备工作；机电维修工检修锚杆机具、延长风水管。迎头顶、帮支护期间，掘进机
15、司机和机电维修工检修和延长胶带运输机和电缆、检修综掘机并处理运输环节中的故障。,2.掘进机胶带转载机链板输送机机械化作业线 链板输送机的运输能力大于掘进机的生产能力，可实现连续运输。采用链板输送机虽有链板接长频繁、占用循环时间长、劳动强度大等缺点，但它适用于坡度变化大、掘进长度较短的巷道。因此，目前我国仍较广泛应用。河北省开滦矿区范各庄矿，采用MRHS5D型掘进机，配备SGW40T型链板输送机，在巷道断面为 8.111.7m2的煤巷中，采用 U型拱形金属支架，创造了月进2045m的好成绩，直接掘进工的效率为0.656m/工。,3.煤巷掘进机一仓式列车机械化作业线 该作业线主要由掘进机、胶带转载
16、机、梭车（或仓式列车）组成。可将几辆梭车搭接成列车，将1个截割循环中的煤、岩经装载机构卸载于梭（仓）式列车内，然后用绞车或电机车将梭（仓）式列车拉到卸载地点卸载。它适用于卸载距离短，并有卸载仓的施工条件.山西省大同矿区大斗沟矿，采用美国的12CM11-9BUN型掘进机，配备10SZZ-40BUN型梭车，在断面为8.4m2的矩形煤巷中，于1983年9月掘进速度达2160m/月。全队 89人，直接工51人，采用“三八”作业，其工效为 1.488m/工，最高日进122.3m。采用上述设备，该矿掘进煤巷的最高月进度曾达到2405.7m。,四.掘锚机组机械化作业线,除了由于掘进机本身可靠性的影响外，主要
17、配套环节，包括支护、转载、运输、供电、供排水、通风、通讯、安全等，是掘进速度受到制约的关键因素。据测算，在一个循环中支护时间占总时间的50%60%，切割占20%30%，系统的故障影响占10%15%。如能解决支护与切割的同步或交叉同步作业，就可大大提高单位时间内的掘进速度。除神华、大同地质条件较好以及个别煤矿空顶距可达10m外，我国其它矿区顶板条件较差，为确保及时支护，只能停机作业。由于掘进与支护无法平行作业，按目前的配套形式，无论采取锚杆支护还是架棚支护，即使后配套都很正常，每掘进一循环（按1m计），约需时5575min。按目前“四六”制作业方式，每天的极限掘进量是1822m，按每月25个工作
18、日计，最高月进450550m。,但由于国内采准巷道断面较小，而掘进机机载锚杆机体积偏大，加之在采用钢带时需要定位钻孔。难度较大，因此未能在国内推广。,煤炭科学研究总院南京研究所研制的JMZ型掘锚机组,通过对掘锚机组掘进系统进行选型和配套，形成高效掘锚掘进作业线，可使每一循环作业的时间减少2545 min，即每30min一个循环，生产效率将大大提高，达到每天掘进进尺40m，最高月进1000m，年进尺约10000m的目标，满足高效集约化矿井综采工作面的巷道掘进要求。,掘锚机组可节省移动和装钻机的时间，掘进速度可提高50%至100%，国外普遍认为掘锚机组之所以能被有效使用的一个重要原因在于顶板及时支
19、护，安全可靠。,掘锚机组的工作原理是：掘锚机组截割部在上下摆动切割煤岩的同时，装运机构将破落的煤岩通过星轮和刮板运输系统运至后配套运输设备，机载除尘装置处于长时工作状态，与此同时，掘锚机组上的机载锚杆钻机进行钻孔、安装锚杆作业，一排锚杆安装完毕，机器前进进行下一循环作业，,五.以连续采煤机为主的机械化作业线,连续采煤机是一种具有较大截割宽度的集落、装运及行走为一体的联合机械化综掘设备，广泛应用于矩形断面煤巷的双巷或多巷快速掘进，以及房柱或房式开采、边角煤开采、残留煤及煤柱回收。已成为现代高产高效矿井的重要设备。目前我国神东矿区、兖州矿区、晋城矿区及黄陵等矿区引进使用了连续采煤机。神东矿区为近水
20、平煤层，煤巷占90%以上，煤层赋存稳定，顶底板条件好，瓦斯含量低，采用锚杆支护，矩形断面掘进，具有连续采煤机使用的理想条件。连续采煤机用于煤巷快速掘进在神东矿区取得了骄人的成绩，月进尺均在2000以上，最高月进尺为3273。连续采煤机用于长壁工作面顺槽双巷掘进，完全可以满足高产高效综采工作面月推进速度的要求，而且掘进成本比采用悬臂式掘进机（如S100）降低160元/。,为了便于配套设备的换位作业，一般是采用三巷或四巷式掘进，而不适于掘进单巷。在同时掘进多条巷道时，最合适的巷道条数是三条，巷道条数过多会影响综采工作面的准备速度，少一条则不利于设备的换位作业。,1.连续式采煤机快速掘进成巷技术 连
21、续式采煤机在我国一些煤矿获得了应用，并取得了良好的效果。我国除少数煤矿(如神华的上湾矿)使用连续式采煤机专门用于采煤外，大多数矿井主要是用于掘进煤层巷道，其主要配套设备有连续式采煤机、锚杆钻车、铲车、运煤车、破碎机、胶带输送机等设备。,锚杆钻车,运煤梭车,2.采掘锚一体化快速掘进成巷技术 采掘锚一体化快速掘进成巷技术是指将采煤、掘进与支护结合在一起的可以实现快速掘进成巷的技术，包含了煤的切割与巷道锚杆支护技术。本技术的核心设备是采掘锚机组，它实际上是连续式采煤机与锚杆打眼、安装机复合的一体化设备，可以完成切割、装煤工序，又能够完成钻孔、安装锚杆等工序，因而可以进行采煤、掘进和支护的作业，从而减
22、少了掘进工作面的设备和人员，掘进工作面的空顶距可以缩短到0.751.4m。并且采用了临时支护措施，使得掘进与支护作业更加简单和安全，掘进成巷速度也较快，还能适应巷道布置方式的变化。锚机组在国外已经成熟并得到广泛应用。例如澳大利亚长壁工作面顺槽80%以上采用掘锚一体化的掘锚机组施工。奥钢联开发的ABM锚杆机采煤机，3min内即可完成巷道掘进、锚杆安装的循环作业，可以满足月产6080万吨长壁回采工作面顺槽巷道掘进的要求，是一种理想的、可靠的、快速掘进的机械。这种宽头高效连续采煤机装有23台液压锚杆机。,具体操作工序是：先将ABM14锚杆机采煤机的4个或6个自动临时顶柱油缸支撑在巷道中，为液压锚杆机
23、提供基础。同时，机械（包括截割、装载、运输机装置）用液压向前推进，进入煤壁工作面掏槽、截割。掏槽的深度由顶板锚杆排距确定。安装好锚杆和完成截割循环后（正常情况下需2.53.0min），收回顶柱油缸，后撤截割滚筒和装载铲板，整机向前移动，开始下一个循环。该机日进尺可达165m，1999年3月曾创最高班进尺98m的纪录。与标准连续采煤机、机载锚杆机相比，其主要优点是：掏槽、截割时不用履带，因而不会破坏底板，机械部件磨损、损坏很少，维修费用很低；实现了连续采煤机掘进和锚杆安装机安装锚杆平行作业，作业时机械固定在一处，而不随着掘进向前移动；能适应斜巷作业；机械长度很小，液压推进掏槽掘进，具有易掘进弯道
24、和交岔点的特点。ABM14锚杆机采煤机1997和1998年进行工业性试验后，因其性能优越，一机两用，安全可靠而受到用户欢迎。,（1）大力开发推广掘锚联合机组。为适应日产万吨级综采工作面快速推进的需要，20世纪90年代初期发达国家研制开发了集快速掘进、锚杆支护为一体的掘锚机械化平行作业装备掘锚联合机组。该设备在英、澳等国应用中取得良好效果，在大断面煤巷掘进中年进尺高达1500020000m。目前掘锚机组在国外已趋成熟并得到了广泛应用。,“七五”以来，国有重点煤矿综掘机械化水平不断提高，但采用锚杆支护的综掘巷道月进尺始终在300m左右。其原因是，采用锚网支护的综掘巷道大都是用单体气动或单体液压锚杆
25、钻机与掘进机配套，这种配套方法机械化程度低、劳动强度大、安全性差、速度慢。“八五”以来，煤科总院上海分院、煤科总院南京研究所都进行了掘进机机载式锚杆钻机的研究、试验，取得了部分成果，积累了不少经验，但由于多方面的因素，至今仍未推广应用。,六、煤巷快速掘进与支护技术发展趋势,（2）广泛采用连续采煤机。连续采煤机多巷掘进是美、澳等主要采煤国家长期采用的掘进技术。我国神华集团采用连续采煤机掘进高产高效工作面煤层平巷，取得了极其显著的技术经济效益。2000年大柳塔矿创出年进22324m巷道的水平。兖矿集团南屯煤矿也达到了11000m/a的水平。同时，在综采工作面生产强度不断增大的情况下，多巷系统是满足
26、工作面通风、运输、行人和设备安设的最佳选择。我国已研制开发了连续采煤机多巷掘进的防爆柴油机胶轮车、连续运输系统等相关配套设备，大功率连续采煤机可望于2004年度研发问世。（3）全面推广锚杆支护技术。我国煤巷锚杆支护技术与成套装备已基本形成，煤巷锚杆支护技术已在潞安、晋城、兖州、邢台、铁法、开滦等矿区得到广泛应用，从薄及中厚煤层中回采巷道到综采放顶煤工作面沿煤层底板掘进的顶煤巷道，从顶板比较稳定的煤巷到复合破碎顶板巷道，从实体煤巷到沿空掘巷，从小断面巷道到大断面开切眼，锚杆支护的使用范围越来越广，为矿井实现高产高效创造了良好条件，取得了巨大的技术经济效益。,本章要求,1采区巷道施工有哪些特点？2应如何安排采区巷道的掘进顺序？3怎样组织煤巷施工？采用爆破落煤时，钻、爆工作有何特点？4部分断面掘进机有何优点？怎样才能保证不间断落煤快速施工？5什么叫半煤岩巷？应如何选择半煤岩巷的采石位置？怎样组织半煤岩巷道的施工？6煤巷锚杆支护的材料有哪些？,
