第6章井巷掘进及支护.ppt

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1、第六章 井巷掘进及支护本章主要内容：本章主要内容：第一节第一节第一节第一节 巷道断面的形状和尺寸巷道断面的形状和尺寸第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护第三节第三节第三节第三节 立立立立井开凿法井开凿法井开凿法井开凿法第三节第三节第三节第三节 立立立立井井筒延深井井筒延深井井筒延深井井筒延深4/2/20234/2/20231 1第一节第一节 巷道断面的形状和尺寸一、巷道断面的形状 巷道断面的形状，主要是根据巷道的服务年限，结合所穿过岩层的物理力学性质和所选择的支护材料决定，以易于开掘和支护为原则。常用的有拱形、梯形、矩形和圆形。4/2/20234/2/20232 2 图61 巷道断面形状

2、(a)矩形 (b)梯形 (c)拱形 (d)圆形4/2/20234/2/20233 3第一节第一节 巷道断面的形状和尺寸拱形和圆形巷道，能抵抗较大的压力，使用于服拱形和圆形巷道，能抵抗较大的压力，使用于服务年限较长的开拓巷道；务年限较长的开拓巷道；矩形断面巷道不能承受大的侧压，多用于在煤层矩形断面巷道不能承受大的侧压，多用于在煤层中掘进的侧压较小的回采巷道。中掘进的侧压较小的回采巷道。梯形断面的巷道可以承受较大的侧压，掘进和支梯形断面的巷道可以承受较大的侧压，掘进和支护都比较容易，使用比较普遍。护都比较容易，使用比较普遍。圆形巷道的断面利用率低，很少应用。圆形巷道的断面利用率低，很少应用。4/2

3、/20234/2/20234 4第一节第一节 巷道断面的形状和尺寸 此外，还有此外，还有不规则形状的断不规则形状的断面，是利用巷道面，是利用巷道所处的具体煤岩所处的具体煤岩层条件，为简化层条件，为简化巷道掘进和支护巷道掘进和支护工作而采用的。工作而采用的。图42 不规则形状的巷道断面4/2/20234/2/20235 5第一节第一节 巷道断面的形状和尺寸 二、巷道断面的尺寸二、巷道断面的尺寸 巷道主要分单轨巷道和双轨巷道两类。当运输量较大，巷道主要分单轨巷道和双轨巷道两类。当运输量较大，巷道内要铺设双股运输线路时，叫双轨巷道；只铺设单股运巷道内要铺设双股运输线路时，叫双轨巷道；只铺设单股运输线

4、路时，叫单轨巷道。巷道断面尺寸主要依据用途来决定。输线路时，叫单轨巷道。巷道断面尺寸主要依据用途来决定。巷道高度以人员通过安全、方便为原则，通常在巷道高度以人员通过安全、方便为原则，通常在2.2m2.2m左右。左右。巷道的净宽等于运输容器的最大宽度，加上人行道宽度和规巷道的净宽等于运输容器的最大宽度，加上人行道宽度和规定的安全间隙。巷道断面的尺寸太大，不但增加了开掘巷道定的安全间隙。巷道断面的尺寸太大，不但增加了开掘巷道的工程量，而且给支护工作增加困难，掘进费用也会增加。的工程量，而且给支护工作增加困难，掘进费用也会增加。除了运输以外，巷道亦可兼作通风和铺设管道、电缆等。除了运输以外，巷道亦可

5、兼作通风和铺设管道、电缆等。通过巷道的风流速度，不能超过通过巷道的风流速度，不能超过煤矿安全规程煤矿安全规程的规定，的规定，所以，巷道断面尺寸还要用通过巷道的风量来验算。所以，巷道断面尺寸还要用通过巷道的风量来验算。4/2/20234/2/20236 6第一节第一节 巷道断面的形状和尺寸三、岩石的分级三、岩石的分级 掘进巷道，目前主要用钻眼爆破的方法，机械破岩只能掘进巷道，目前主要用钻眼爆破的方法，机械破岩只能在松软的岩层中应用。在松软的岩层中应用。为了合理确定破岩和支护的方法，选择适当的钻眼机具为了合理确定破岩和支护的方法，选择适当的钻眼机具和爆破方式，需要从工程的角度来研究岩石的性质并对它

6、进和爆破方式，需要从工程的角度来研究岩石的性质并对它进行分级。但直到目前为止，对岩石的工程分级问题，在国内行分级。但直到目前为止，对岩石的工程分级问题，在国内 外还没有一个能够较好地解决实际问题的方法。外还没有一个能够较好地解决实际问题的方法。我国一些矿井仍采用普氏分级法，即用我国一些矿井仍采用普氏分级法，即用“普氏系数普氏系数f”f”作作为岩石分级的依据。为岩石分级的依据。f f值由岩石的单向抗压强度值由岩石的单向抗压强度R Ra a(MP(MPa a)求得，求得，即即f fR Ra a/10/10 由于由于f f是用小块岩石试样测得的不能反映岩体的特征，是用小块岩石试样测得的不能反映岩体的

7、特征，也不能反映在各种各样的外力作用下岩石破坏的难易程度，也不能反映在各种各样的外力作用下岩石破坏的难易程度，在多数情况下与实际出入较大，所以它只能作为参考。在多数情况下与实际出入较大，所以它只能作为参考。4/2/20234/2/20237 7级别级别坚坚固性程度固性程度岩石岩石普氏系数普氏系数f fI I最最坚坚固的岩石固的岩石最最坚坚固、最致密的石英岩及玄武岩，其它最固、最致密的石英岩及玄武岩，其它最坚坚固的岩石固的岩石2020II II很很坚坚固的岩石固的岩石很很坚坚固的花固的花岗岗岩岩类类：石英斑岩，很：石英斑岩，很坚坚固的花固的花岗岗岩，硅岩，硅质质片岩；片岩；坚坚固程度固程度较较I

8、 I级级岩石岩石稍差的石英岩；最稍差的石英岩；最坚坚固的砂岩及石灰岩固的砂岩及石灰岩1515IIIIII坚坚固的岩石固的岩石致密的花致密的花岗岗岩及花岩及花岗岗岩岩类类岩石，很岩石，很坚坚固的砂岩及石灰岩，石英固的砂岩及石灰岩，石英质矿质矿脉，脉，坚坚固的固的砾砾岩，很岩，很坚坚固的固的铁矿铁矿石石1010IIIaIIIa坚坚固的岩石固的岩石坚坚固的石灰岩，不固的石灰岩，不坚坚固的花固的花岗岗岩，岩，坚坚固的砂岩，固的砂岩，坚坚固的大理岩，白云岩，黄固的大理岩，白云岩，黄铁矿铁矿8 8IVIV相当相当坚坚固的岩石固的岩石一般的砂岩，一般的砂岩，铁矿铁矿石石6 6IVaIVa相当相当坚坚固的岩石

9、固的岩石砂砂质页质页岩，泥岩，泥质质砂岩砂岩5 5V V坚坚固性中等的岩石固性中等的岩石坚坚固的固的页页岩，不岩，不坚坚固的砂岩及石灰岩，固的砂岩及石灰岩，软软的的砾砾岩岩4 4VaVa坚坚固性中等的岩石固性中等的岩石各种不各种不坚坚固的固的页页岩，致密的泥灰岩，岩，致密的泥灰岩，3 3VIVI相当相当软软的岩石的岩石软软的的页页岩，很岩，很软软的石灰岩，白垩，岩的石灰岩，白垩，岩盐盐，石膏，石膏，冻冻土，无烟煤，普通泥灰岩，破土，无烟煤，普通泥灰岩，破碎的砂岩，胶碎的砂岩，胶结结的卵石及粗沙的卵石及粗沙砾砾，多石，多石块块的土的土2 2VIaVIa相当相当软软的岩石的岩石碎石土，破碎的碎石土

10、，破碎的页页岩，岩，结块结块的卵石及碎石，的卵石及碎石，坚坚硬的烟煤，硬化的粘土硬的烟煤，硬化的粘土1.51.5VIIVII软软岩岩致密的粘土，致密的粘土，软软的烟煤，的烟煤，坚坚固的表土固的表土层层1.01.0VIIaVIIa软软岩岩微砂微砂质质粘土，黄土，粘土，黄土，细砾细砾石石0.80.8VIIIVIII土土质质岩石岩石腐植土，泥煤，微砂腐植土，泥煤，微砂质质粘土，湿砂粘土，湿砂0.60.6IXIX松散岩石松散岩石砂，砂，细砾细砾，松土，采下的煤，松土，采下的煤0.50.5X X流沙状岩石流沙状岩石流砂，沼流砂，沼泽泽土壤，包含水的黄土既包含水的土壤土壤，包含水的黄土既包含水的土壤0.3

11、0.34/2/20234/2/20238 8第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护巷道按它所穿过的岩层，分为岩巷、煤巷和煤岩巷(曾称“半煤岩巷”)。在岩层内开掘的巷道叫做岩巷；在煤层内开掘的巷道叫煤巷；巷道断面有一部分在岩层内，另一部分在煤层内开掘时，叫做煤岩巷。4/2/20234/2/20239 9第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护4/2/20234/2/20231010第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 开凿岩石巷道，几乎都是用钻眼爆破法（简称钻爆法）。其工艺过程为：在岩层上钻出一些炮眼，炮眼内放置炸药，引爆后炸出所要求的巷道断面尺寸，将炸碎下来的岩块运走，然后进行支护

12、。4/2/20234/2/20231111第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护一、钻眼工作一、钻眼工作4/2/20234/2/202312124/2/20234/2/20231313第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 掘进工作面的炮眼按用途和位置可分为掘进工作面的炮眼按用途和位置可分为掏槽眼、辅助掏槽眼、辅助眼眼和和周边眼周边眼。其起爆顺序为：掏槽眼辅助眼周边眼其起爆顺序为：掏槽眼辅助眼周边眼。掏槽眼掏槽眼的作用是首先在工作面上将一部分岩石破碎并的作用是首先在工作面上将一部分岩石破碎并抛出，在一个自由面的基础上蹦出第二个自由面来，为其抛出，在一个自由面的基础上蹦出第二个自由面来，

13、为其他炮眼的爆破创造条件。按掏槽眼的方向可将掏槽眼的布他炮眼的爆破创造条件。按掏槽眼的方向可将掏槽眼的布置方式分为置方式分为斜眼掏槽斜眼掏槽、直眼掏槽直眼掏槽和和混合式掏槽混合式掏槽。辅助眼辅助眼又称崩落眼，是大量崩落岩石和继续扩大掏槽又称崩落眼，是大量崩落岩石和继续扩大掏槽的炮眼。的炮眼。周边眼周边眼是爆落巷道周边岩石，最终形成巷道断面设计是爆落巷道周边岩石，最终形成巷道断面设计轮廓的炮眼。轮廓的炮眼。4/2/20234/2/20231414第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 斜眼掏槽斜眼掏槽是一种最常见的掏槽方法，适用与各种岩石。是一种最常见的掏槽方法，适用与各种岩石。其特点是可充

14、分利用自由面，逐步扩大爆破范围，掏槽其特点是可充分利用自由面，逐步扩大爆破范围，掏槽面积较大，适用于较大断面的巷道。面积较大，适用于较大断面的巷道。直眼掏槽直眼掏槽是指所有掏槽眼都垂直于工作面，各炮眼之间是指所有掏槽眼都垂直于工作面，各炮眼之间保持平行，且眼距较小，深度不受限制，利于采用中、保持平行，且眼距较小，深度不受限制，利于采用中、深孔爆破，爆破后的岩石块度均匀，一般都有不装药的深孔爆破，爆破后的岩石块度均匀，一般都有不装药的空眼，增加爆破时的附加自由面。空眼，增加爆破时的附加自由面。混合式掏槽混合式掏槽是以直眼掏槽为主，并吸收斜眼掏槽的优点是以直眼掏槽为主，并吸收斜眼掏槽的优点而发展起

15、来的一种掏槽方式，目的在于加强直眼掏槽的而发展起来的一种掏槽方式，目的在于加强直眼掏槽的抛渣力和提高炮眼的利用率。抛渣力和提高炮眼的利用率。4/2/20234/2/20231515第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 炮眼的布置由岩石的性质和巷道断面形状尺炮眼的布置由岩石的性质和巷道断面形状尺寸决定。通常先在巷道断面中部或岩性较松软处寸决定。通常先在巷道断面中部或岩性较松软处布置掏槽眼布置掏槽眼(图图46)46)，用于炸出一个较小的漏斗，用于炸出一个较小的漏斗状深洞状深洞(叫做掏槽叫做掏槽)，增加其他炮眼爆破的自由面，增加其他炮眼爆破的自由面提高爆破效果。然后在槽口周围布置辅助眼，将提高

16、爆破效果。然后在槽口周围布置辅助眼，将槽口扩大，最后布置周边眼用于爆出要求尺寸的槽口扩大，最后布置周边眼用于爆出要求尺寸的巷道断面。巷道断面。4/2/20234/2/202316164/2/20234/2/20231717第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 炮眼的深度、数目、排列和每个炮眼的装药量，是炮眼的深度、数目、排列和每个炮眼的装药量，是决定爆破效果的主要因素。决定爆破效果的主要因素。炮眼深度炮眼深度大，每循环的进度大，可以减少各工序的大，每循环的进度大，可以减少各工序的辅助时间，加快巷道掘进速度。但炮眼深度太大，在技辅助时间，加快巷道掘进速度。但炮眼深度太大，在技术上难以掌握，

17、效果反而降低。目前，炮眼深度一般在术上难以掌握，效果反而降低。目前，炮眼深度一般在2m2m以内，更深的炮眼，例如打以内，更深的炮眼，例如打3m3m一一4m4m深的炮眼深的炮眼(叫做深孔叫做深孔爆破法爆破法)，能大大加快掘进速度但对器材和操作技术要，能大大加快掘进速度但对器材和操作技术要求较高。求较高。炮眼直径炮眼直径是根据药包直径来确定的。一般的标准药是根据药包直径来确定的。一般的标准药卷直径为卷直径为32mm32mm及及35mm35mm，炮眼直径要比药卷直径大，炮眼直径要比药卷直径大4 47mm7mm，这样炮眼直径就是，这样炮眼直径就是363642mm42mm。4/2/20234/2/202

18、31818第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护二、装药放炮 煤矿井下放炮使用的安全炸药，要求满足两煤矿井下放炮使用的安全炸药，要求满足两个条件：个条件：第一、爆炸时火焰的温度较低和火焰存在的第一、爆炸时火焰的温度较低和火焰存在的时间较短，不致引起井下瓦斯和煤尘爆炸：时间较短，不致引起井下瓦斯和煤尘爆炸：第二、爆炸时生成的有害气体成分要少，经第二、爆炸时生成的有害气体成分要少，经短时间通风后，人员即可进入工作面继续工作。短时间通风后，人员即可进入工作面继续工作。4/2/20234/2/20231919第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 装药放炮：每个炮眼装若干个药卷，其中有一个药卷

19、内每个炮眼装若干个药卷，其中有一个药卷内装有雷管。用木棍将药卷推入眼内，装药长度不装有雷管。用木棍将药卷推入眼内，装药长度不能超过眼深的能超过眼深的l l2 2至至2 23 3，炮眼的剩余部分用炮，炮眼的剩余部分用炮泥泥(黏土和砂子的混合物黏土和砂子的混合物)堵塞。装药后人员退出堵塞。装药后人员退出工作面，放炮前要检查工作面的瓦斯浓度，放出工作面，放炮前要检查工作面的瓦斯浓度，放出警戒哨，由经过训练的专职放炮员放炮。警戒哨，由经过训练的专职放炮员放炮。4/2/20234/2/20232020第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 毫秒延期爆破技术：为了安全、迅速地放炮，目前广泛采用毫秒延期

20、爆破为了安全、迅速地放炮，目前广泛采用毫秒延期爆破的技术，它是将巷道全断面的炮眼一次装药，一次通电引的技术，它是将巷道全断面的炮眼一次装药，一次通电引爆，但眼内所装的电雷管在通电后起爆的时间不同。掏槽爆，但眼内所装的电雷管在通电后起爆的时间不同。掏槽眼内装瞬发电雷管，通电后立即起爆，炸出一个槽洞，槽眼内装瞬发电雷管，通电后立即起爆，炸出一个槽洞，槽洞周围的辅助眼内装毫秒延期电雷管，通电后延期几十毫洞周围的辅助眼内装毫秒延期电雷管，通电后延期几十毫秒起爆，周边眼装的电雷管延期时间更长一些。这样，在秒起爆，周边眼装的电雷管延期时间更长一些。这样，在极短时间内极短时间内(130ms(130ms以内以

21、内)岩层中即使含有瓦斯也来不及散岩层中即使含有瓦斯也来不及散发，不致有引起瓦斯爆炸的危险，而且收到了分次爆破的发，不致有引起瓦斯爆炸的危险，而且收到了分次爆破的同样效果。同样效果。毫秒延期爆破比普通放炮方法节省时间，而且更安全，毫秒延期爆破比普通放炮方法节省时间，而且更安全，但要求对炮眼深度、排列和装药量有更淮确的设计，并要但要求对炮眼深度、排列和装药量有更淮确的设计，并要使用高质量的爆破器材。使用高质量的爆破器材。4/2/20234/2/20232121第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 光面爆破法：放炮后巷道的周边常常是凹凸不平的，不但需要修整，放炮后巷道的周边常常是凹凸不平的，不

22、但需要修整，增加了额外的掘进工作，而且常给支护工作造成困难。要增加了额外的掘进工作，而且常给支护工作造成困难。要获得比较平整的巷道周边，需用获得比较平整的巷道周边，需用光面爆破法光面爆破法。它的特点是。它的特点是增加周边眼的数目，装填适当数量的炸药使爆破均匀，形增加周边眼的数目，装填适当数量的炸药使爆破均匀，形成较平整的巷道周边。光面爆破周边眼的数目、深度、位成较平整的巷道周边。光面爆破周边眼的数目、深度、位置和装药量，常要根据现场的特点经过多次试验才能确定。置和装药量，常要根据现场的特点经过多次试验才能确定。光面爆破除了巷道周边平整，给支护工作创造有利条光面爆破除了巷道周边平整，给支护工作创

23、造有利条件外，还减少了对巷道周边岩壁的爆破损伤，对使用锚杆件外，还减少了对巷道周边岩壁的爆破损伤，对使用锚杆支护十分重要。支护十分重要。4/2/20234/2/20232222第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 三、装岩工作 爆破后的岩石碎块堆积在巷道底板上，将岩块装入矿车内运走，是一件非常繁重而费时间的工作。人力用铁锨装岩所需要的时间约占掘进总时间的6070以上，而且劳动强度极大。因此，掘进装岩的机械化是快速掘进的关键之一。4/2/20234/2/202323234/2/20234/2/20232424第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 装岩工作进行到一定程度时，即可进行支护

24、。装岩工作进行到一定程度时，即可进行支护。为了使掘进和支护互不干扰，支护工作往往落后为了使掘进和支护互不干扰，支护工作往往落后于掘进工作一段距离，这时，在掘进工作面内要于掘进工作一段距离，这时，在掘进工作面内要及时架设临时支架以防刚掘出的巷道塌毁，临及时架设临时支架以防刚掘出的巷道塌毁，临时支架可用顶柱或金属支架。时支架可用顶柱或金属支架。每完成一次巷道全断面的钻眼、放炮、装岩每完成一次巷道全断面的钻眼、放炮、装岩和临时支护工作，掘进工作面就向前推进一定距和临时支护工作，掘进工作面就向前推进一定距离，叫做一个循环。目前每循环的进度约离，叫做一个循环。目前每循环的进度约1m1m一一2m2m。4/

25、2/20234/2/20232525第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 四、巷道支护 在地下开掘巷道后即形成空洞，破坏了原始应力平衡，在地下开掘巷道后即形成空洞，破坏了原始应力平衡，产生矿山压力。在矿山压力作用下周围的岩石就要向空产生矿山压力。在矿山压力作用下周围的岩石就要向空洞挤压，使巷道变形甚至塌毁。因此，地下巷道和硐室一洞挤压，使巷道变形甚至塌毁。因此，地下巷道和硐室一般都要进行可靠支护。有些巷道在使用期间的维护费用很般都要进行可靠支护。有些巷道在使用期间的维护费用很高，因此要尽量避免将巷道开掘在矿山压力很大的区段内。高，因此要尽量避免将巷道开掘在矿山压力很大的区段内。支护的作用

26、支护的作用是阻止或延缓周围的岩石向巷道内移动，是阻止或延缓周围的岩石向巷道内移动，保持巷道有足够的安全工作空间。保持巷道有足够的安全工作空间。4/2/20234/2/20232626第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 巷道的支护方式，要根据岩层的稳定性、巷巷道的支护方式，要根据岩层的稳定性、巷道的服务年限和技术经济的合理性来选择。一般道的服务年限和技术经济的合理性来选择。一般有如下几种支护方式：有如下几种支护方式：1 1、棚式支架、棚式支架 2 2、拱形金属支架、拱形金属支架 3 3、料石和混凝土砌筑支架、料石和混凝土砌筑支架 4 4、喷射混凝土支护、喷射混凝土支护 5 5、锚杆及锚杆

27、喷浆支护、锚杆及锚杆喷浆支护4/2/20234/2/20232727第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 1 1棚式支架棚式支架 棚式支架由一梁两柱组成，常用来支护梯形断面的巷棚式支架由一梁两柱组成，常用来支护梯形断面的巷道。支架材料有圆木、钢筋混凝土预制件和钢材。道。支架材料有圆木、钢筋混凝土预制件和钢材。4/2/20234/2/20232828第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护2、拱形金属支架 拱形金属支架用特型钢制成，可在动压较大的巷道中使用，拱形金属支架坚固耐用，架设和修理方便，并能多次回收复用，是良好的巷道支架。缺点是钢材使用量较大。4/2/20234/2/202329

28、294/2/20234/2/20233030第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护3 3料石和混料石和混凝土砌筑支架凝土砌筑支架 用料石或混凝土可砌筑成连续的整体支架支护拱形巷道。砌用料石或混凝土可砌筑成连续的整体支架支护拱形巷道。砌筑时，先在巷道两侧砌筑直筑时，先在巷道两侧砌筑直墙，然后在工作台上砌筑拱顶。顶板墙，然后在工作台上砌筑拱顶。顶板压力经直墙传给基础，直墙也能承受一定的侧压力。压力经直墙传给基础，直墙也能承受一定的侧压力。4 4喷射混凝土支护喷射混凝土支护 喷射混凝土是将加有速凝剂、按一定比例配合的混凝土干料，喷射混凝土是将加有速凝剂、按一定比例配合的混凝土干料，通过混凝土喷射

29、机在喷嘴处与水混合，高速喷射到拱形巷道周边通过混凝土喷射机在喷嘴处与水混合，高速喷射到拱形巷道周边凝结而成。喷层厚约凝结而成。喷层厚约50mm150mm50mm150mm。喷射混凝土以较高的速度射入和充填岩层的裂隙和空穴，可喷射混凝土以较高的速度射入和充填岩层的裂隙和空穴，可使混凝土层与岩壁紧密地粘在一起，形成一个力学性质优良的支使混凝土层与岩壁紧密地粘在一起，形成一个力学性质优良的支护层。护层。喷射混凝土施工简单、速度快、成本低。由于喷射层薄，可喷射混凝土施工简单、速度快、成本低。由于喷射层薄，可以减少巷道岩石开凿量以减少巷道岩石开凿量1010一一1515，对于拱形断面的岩石巷道，对于拱形断

30、面的岩石巷道，是一种优良的支护方法，近年来获得了广泛应用。是一种优良的支护方法，近年来获得了广泛应用。4/2/20234/2/20233131第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护5锚杆及锚杆喷浆支护 前面所讲述的支护方法，都是用支架或砌筑体支撑巷道，前面所讲述的支护方法，都是用支架或砌筑体支撑巷道，而有些开掘在坚硬岩层中的巷道可以完全不支护，可见巷道而有些开掘在坚硬岩层中的巷道可以完全不支护，可见巷道周围的岩层具有相当的自承能力。锚杆支护即是基于这个道周围的岩层具有相当的自承能力。锚杆支护即是基于这个道理，通过锚入围岩内部的锚杆，克服岩石抗拉强度小的弱点，理，通过锚入围岩内部的锚杆，克服

31、岩石抗拉强度小的弱点，充分利用围岩本身抗压强度大的特点，在巷道周围形成一个充分利用围岩本身抗压强度大的特点，在巷道周围形成一个整体而又稳固的岩石支撑带，以达到维护巷道的目的，是一整体而又稳固的岩石支撑带，以达到维护巷道的目的，是一种积极种积极防御性支护方法。防御性支护方法。锚杆支护的方法是，从巷道向周边岩层内打钻锚杆支护的方法是，从巷道向周边岩层内打钻孔，钻孔孔，钻孔的深度约为巷道宽度的的深度约为巷道宽度的1/31/32/32/3；在钻孔内放置锚杆，并使；在钻孔内放置锚杆，并使锚杆与岩层锚固在一起锚杆与岩层锚固在一起。4/2/20234/2/20233232第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进

32、与支护4/2/20234/2/20233333第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护锚杆的种类有金属锚杆、钢筋砂浆锚杆和树脂锚杆等多种。4/2/20234/2/20233434第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 喷浆工作：对于服务年限不长、矿山压力不大的巷道，锚对于服务年限不长、矿山压力不大的巷道，锚固后就能使用。但对于服务年限较长或矿山压力较固后就能使用。但对于服务年限较长或矿山压力较大的巷道，还要用喷浆机把速凝的水泥沙浆喷射到大的巷道，还要用喷浆机把速凝的水泥沙浆喷射到巷道周边。巷道周边。喷浆的作用喷浆的作用是充填围岩的裂隙和凹穴，是充填围岩的裂隙和凹穴，增加围岩的整体性，防止

33、围岩风化剥落，同时沙浆增加围岩的整体性，防止围岩风化剥落，同时沙浆保护层本身也起一定的支护作用。对于围岩特别破保护层本身也起一定的支护作用。对于围岩特别破碎、压力很大的巷道，必要时可用锚杆、挂金属网碎、压力很大的巷道，必要时可用锚杆、挂金属网和喷射混凝土联合支护。和喷射混凝土联合支护。4/2/20234/2/20233535第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 锚杆喷浆支护的特点：锚杆喷浆支护几乎可以使用在各种类型的巷道、锚杆喷浆支护几乎可以使用在各种类型的巷道、井筒。无论服务年限长短、岩层软硬、矿山压力的井筒。无论服务年限长短、岩层软硬、矿山压力的大小，也无论是井筒、巷道或硐室都已成功

34、地使用大小，也无论是井筒、巷道或硐室都已成功地使用了锚杆喷浆支护。它与其他支护方法相比，具有许了锚杆喷浆支护。它与其他支护方法相比，具有许多多优点：坚固、耐用、安全可靠和成本低；明显地优点：坚固、耐用、安全可靠和成本低；明显地提高了巷道掘进的速度，并能降低掘进费用和维修提高了巷道掘进的速度，并能降低掘进费用和维修费用费用。因此，这种支护应用较广。因此，这种支护应用较广。4/2/20234/2/20233636第二节第二节 岩巷掘进与支护岩巷掘进与支护 五、联合掘进机掘进五、联合掘进机掘进4/2/20234/2/20233737第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 一、概述 立井开拓的适应性很强一

35、般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制，技术上也比较可靠。当自然地质条件无法采用其他开拓方式时，均可用立井开拓。立井井筒是矿井通达地面的主要进出口直接影响矿井的生产能力和建设速度，必须合理设计，精心施工。4/2/20234/2/20233838图613 井筒的组成1井颈2井身3井底4基岩5表土4/2/20234/2/20233939第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 二、普通施工法 立井施工分为准备工作、表土施工和基岩施工三部分。立井施工的工序和设备较多，设备布置和施工工艺也比较复杂。在正常施工阶段，除安装专用凿井井架外还有以下施工设备。天轮台 卸矸台 封口盘 固定盘 吊盘4/2/2

36、0234/2/20234040图615 立井井筒施工示意图1天轮2井架3卸矸台4封口盘(井盖)5固定盘6风筒7压风管8水管9混凝土输送管10吊盘11吊桶12钢丝绳13压气泵（水泵）14抓岩机4/2/20234/2/20234141第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 1准备工作 立井施工必须遵循国家规定的基本建设程序进行。要有工程地质、水文地质勘探资料作为设计的依据，编制施工组织设计和施工预算，根据设计进行施工准备。准备工作主要包括：修筑铁路和公路，建立给水和供电系统，安装通风、排水、提升、压气等设备和临时井架，建筑必要的工房，充分备足各种施工器材等。各项准备工作应尽量平行交叉进行，以缩短建井准

37、备时间。4/2/20234/2/20234242第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 2表土施工 覆盖在基岩上部直至地表的第四纪、第三纪风化沉积的土、砂、砾石层统称为表土层。由于表土层的稳定性较差，变化复杂，虽然掘进容易，但支护却十分困难，加之井口直接承受井架等各种构造物的荷载，因此必须支护坚固，保证施工质量。其施工过程是：首先，在施工井筒附近打检查钻孔取岩芯，验证设计地质资料是否准确。第二，用“十字标桩法”标定井筒中心，施工中随时注意检查井筒偏斜情况。第三，安设锁口圈。由地面向下挖1m一2m深以后，安设临时锁口，作为固定和保护井口位置及吊挂临时支护用。锁口形式和材料有木质的、钢结构和混凝土的。

38、第四，表土的挖掘。由于表土层较松软，破土可用铁锹、风镐或打浅眼、放小炮、松软土层应用短段法施工。段高1m一6m；稳定表土部分，段高可达20m一40m。4/2/20234/2/20234343第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 3基岩施工 （1）立井钻眼爆破工作4/2/20234/2/20234444第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 炮眼布置 目前立井施工的炮眼深度一般为1.2m一2.0m，炮眼直径为38mm一42mm，药卷直径为32mm一35mm。圆形断面的立井的炮眼布置方式多用同心圆。根据井筒直径、岩石坚硬程度可布置成3圈、4圈或5圈。4/2/20234/2/202345454/2/202

39、34/2/20234646第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 立井爆破多用串并联和并联，很少用大串联的联线方式。放炮工作只能由放炮员负责进行。放炮后的立井通风工作有压入式、抽出式和混合式三种，但多用压入式通风。由于立井中经常有冷的淋帮水向下流，加上工作面涌水，可将爆破后产生的一部分有害气体溶解与中和，因此有利于立井掘进的通风。4/2/20234/2/20234747第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 4/2/20234/2/20234848第三节第三节 立井开凿法立井开凿法（2）立井装岩和排水 装岩是立井掘进中最繁重、最费时的工序，约占循环时间的60。目前我国立井掘进中，多用NZQ2 0.11

40、型抓岩机(符号意义，N建井设备；Z抓岩，Q气动；2第二次定型；0.11抓斗容积，m3)，如图419所示。4/2/20234/2/20234949 4/2/20234/2/20235050第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 排水工作 立井井筒施工中，既有井帮淋水也有工作面涌水。若涌水量不大(小于6m3/h)，在装岩时用压气泵排入吊桶即可带走，若涌水较大，必须用吊泵经水管排出地面，以便抓岩工作顺利进行。4/2/20234/2/20235151第三节第三节 立井开凿法立井开凿法（3）立井支护工作 为了施工安全，在井筒掘进过程中，须随时采用可靠的临时支护，防止岩帮塌落待井筒每掘一定深度后，再拆掉临时支

41、护，换成永久支护。砌筑永久支架用的材料有料石、混凝土浇灌、喷射混凝土等。用料石砌壁，难以实现机械化施工，劳动强度大，效率比较低，而且料石井壁的最大缺点是壁体的整体性甚差，建成后井筒大多漏水，往往还需壁后注浆，给生产带来不少麻烦。采用混凝土浇灌的井壁，其整体性，封水性以及施工机械化程度，都比料石井壁好得多。4/2/20234/2/20235252第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 （4）立井掘砌的作业方式 立井井筒施工时，往往将井筒全深划分为若干井段，逐段进行。掘进和砌壁两大工序按先后顺序在同一井段内进行，称为单行作业；若分别在相邻两井段内同时进行，称为平行作业。长段(一般段高为30m一40m)

42、单行作业是目前多用的一种方式，它是先自上向下掘进一井段，然后在该井段内自下向上砌筑井壁。短段(段高一般小于6m)单行作业适用于井筒穿过断层破碎带或富含水层，围岩暴露时间不能太长的情况下。上述两类施工作业方式，都是当整个井筒掘砌完成后，再进行金属罐梁、罐道、梯子间管路和电缆等井筒设备的安装工作。4/2/20234/2/20235353第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 三、特殊施工法 前述的表土施工方法是先掘进后支护，称为普通施工法。它适用于通过稳定的或比较稳定的表土层。当碰到流沙、淤泥和富含水层等不稳定的地段时，土层一经揭露，立即随水流动，发生涌沙、冒泥现象，根本无法采用普通施工法施工。为此，

43、要用特殊凿井方法。4/2/20234/2/20235454第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 1、冻结法 冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。4/2/20234/2/20235555第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 4/2/20234/2/20235656第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 2、沉井法 沉井法是属于超前支护类的一种特殊施工方法。其实质是：在井筒设计位置上，预制好底部附有刃脚的一段井筒，在其掩护

44、下，随着井内的掘进出土，井筒靠其自重克服其外壁与土层之间的摩擦阻力和刃脚下部的正面阻力而不断下沉，在地面相应接长井壁，如此周而复始，直至沉至设计标高。这种特殊凿井方法称为沉井法。4/2/20234/2/20235757 4/2/20234/2/20235858第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 3、钻井法 钻井法凿井是利用回转式钻机，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进行永久支护。4/2/20234/2/20235959 4/2/20234/2/20236060第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 4、

45、注浆法 注浆技术是矿山建设中凿井、治水的主要方法之一，也是地下工程中地层改良的重要手段。注浆法是将浆液注入到岩土的孔隙、裂隙或空洞中，浆液经扩散、凝固、硬化以减小岩土的渗透性，增加其强度和稳定性，达到岩土加固和堵水的目的。4/2/20234/2/20236161第三节第三节 立井开凿法立井开凿法 5、混凝土帷幕凿井法 这种方法是在井筒位置的周围用机械分段钻成槽孔，并钻入基岩一定深度(35m)，钻孔时用泥浆护孔，每钻出一小孔就在泥浆中自下而上灌注混凝土，最后使各槽孔的混凝土互相紧密的衔接起来，形成一个圆筒状混凝土帷幕。这时开挖井筒，外部水砂被截不致流入井内掘进工作面，从而使井筒顺利通过含水的松散

46、不稳定地层。6、板桩法 板桩法是在土层开挖前，预先将板桩沿井筒周边外缘密集的打入土中，然后在它的保护下进行掘进。4/2/20234/2/20236262第三节第三节 立井开凿法立井开凿法四、国外立井施工技术发展动向四、国外立井施工技术发展动向 近年来，国外立井在采用普通法施工时，施工速度和工近年来，国外立井在采用普通法施工时，施工速度和工效提高较快，立井快速成井一般在每月效提高较快，立井快速成井一般在每月50m50m，最高达每月，最高达每月200m200m。许多国家立井掘进的平均工效达。许多国家立井掘进的平均工效达3m3m3 3工班以上，世工班以上，世界上最高工效达到界上最高工效达到15.25

47、m15.25m3 3工班。工班。国外立井凿井技术和设备的发展很快，在施工设备方面，国外立井凿井技术和设备的发展很快，在施工设备方面，采用各种凿岩吊架和高效率凿岩机，实行多机凿岩；使用大采用各种凿岩吊架和高效率凿岩机，实行多机凿岩；使用大凿岩机和大吊桶出矸，利用大稳车悬吊多层吊盘，实行砌壁凿岩机和大吊桶出矸，利用大稳车悬吊多层吊盘，实行砌壁和掘进平行作业；前苏联在开掘立井时已采用综合凿井机组，和掘进平行作业；前苏联在开掘立井时已采用综合凿井机组，使井筒凿岩、装岩和砌壁各工序实现了综合机械化。在凿井使井筒凿岩、装岩和砌壁各工序实现了综合机械化。在凿井技术和施工组织方面尽量利用大型永久设备技术和施工

48、组织方面尽量利用大型永久设备(如井架及提升如井架及提升机等机等)凿井。在涌水量较大的井筒，普遍采用从地面打钻孔凿井。在涌水量较大的井筒，普遍采用从地面打钻孔预注水泥浆的措施进行封闭，以便实行打干井以及当地面稳预注水泥浆的措施进行封闭，以便实行打干井以及当地面稳车台数较多时，采取集中控制等。车台数较多时，采取集中控制等。4/2/20234/2/20236363第四节第四节 立井井筒延深立井井筒延深一、立井延深特点一、立井延深特点 立井井筒延深就是加深原有的井筒。由于延深工作是立井井筒延深就是加深原有的井筒。由于延深工作是煤矿正常生产的情况下在井下进行的，因此它具有以下特点：煤矿正常生产的情况下在

49、井下进行的，因此它具有以下特点：(1)(1)延深工作多在上部井筒正常提升的情况下进行，因此延深工作多在上部井筒正常提升的情况下进行，因此应采取严格的安全技术措施，以确保延深工作面人员的安全。应采取严格的安全技术措施，以确保延深工作面人员的安全。通常是在原井筒井底水窝下留保护岩柱通常是在原井筒井底水窝下留保护岩柱(其厚度不小于其厚度不小于8m)8m)或在井底水窝中构筑人工保护盘，使延深工作面上的人员，或在井底水窝中构筑人工保护盘，使延深工作面上的人员，免受提升容器或矸石万一坠落时所造成的危害。免受提升容器或矸石万一坠落时所造成的危害。(2)(2)延深工作应尽量减少对生产的干扰，保证生产提升工延深

50、工作应尽量减少对生产的干扰，保证生产提升工作的正常进行。作的正常进行。(3)(3)由于延深工作面狭小，又受原有井筒设备布置的制约，由于延深工作面狭小，又受原有井筒设备布置的制约，故延深设备布置比较困难，因此，应尽量减少临时工程的开故延深设备布置比较困难，因此，应尽量减少临时工程的开凿量，使延深设备布置满足施工需要。凿量，使延深设备布置满足施工需要。4/2/20234/2/20236464第四节第四节 立井井筒延深立井井筒延深二、立井延深方案二、立井延深方案 立井井筒延深施工可自上而下或自下而上进行，立井井筒延深施工可自上而下或自下而上进行，也可上、下同时进行。也可上、下同时进行。1 1自上而下