井巷施工技术-采区巷道及煤仓施工

第八章采区巷道施工,第一节概述,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、兖州矿务局的济宁二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400万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，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。,一.采区巷道的施工特点：沼气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通风和运输工作复杂通风系统、运输设备及其调配。褶皱、断层等定向工作。二.施工方法钻爆法为主掘进机为发展方向,第二节煤巷施工,煤巷：煤层占掘进断面面积4/5以上。岩巷：岩层占掘进断面面积4/5以上。半煤岩巷：煤层（岩层）占掘进断面面积大于1/5、小于4/5。生产矿井掘进总量的80以上为煤巷。,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,提高工效，减轻工人劳动强度，应大量采用煤巷掘进机掘进。,设计规范第6.3.3条矿井掘进机械设备，应根据矿井设计生产能力和采煤机械化程度综合确定，并应符合下列规定：一、全煤巷道及半煤岩巷道掘进：1以综合机械化采煤为主的矿井，宜采用掘进机组，应配备掘进机、胶带转载机、可伸缩胶带输送机及相应的后配套设备；2以普通机械化采煤为主的矿井，宜采用钻爆法掘进。应配备电钻、装煤机、胶带转载机、可伸缩胶带输送机及相应的后配套设备。三、溜煤眼、煤仓、急倾斜中厚及厚煤层上、下山掘进，可配备天井钻机。,一、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，目前我国生产掘进机，平均掘进速度达到600m以上，比钻爆法平均提高2.03.0倍，工效提高50100。,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。,佳木斯力士隧道掘进机械股份有限公司：S100型掘进机,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、半煤岩巷的掘进，经济切割煤岩单轴抗压强度40100MPa，能够切割任意形状的断面，切割断面面积1224m2。,EBH/J-132型掘进机,重型掘进机广泛适用于铁路、公路、水利、国防等硬岩隧道的机械化掘进，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、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双向胶带，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。进行永久支护时可接长胶带。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。,二.以掘进机为主的机械化作业线,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。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。,三.掘锚机组机械化作业线,除掘进机本身可靠性影响外，主要配套环节，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,经选型和配套，形成高效掘锚掘进作业线，可使每一循环作业的时间减少2545min，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。,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%，使顶板及时支护，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，,从4月5日到8月1日，在不到四个月的时间里，由对ABM20s掘锚机组的一无所知到熟练驾驭，由过去的月进尺500米左右到突破千米大关（1100m），鲍店煤矿干部职工不仅经受住了严峻的考验，充分展示了过硬的干部职工队伍素质、精细的管理和敢于创新的精神面貌，而且为掘锚一体机在集团公司乃至全国推广应用积累了丰富的经验，为解决采掘失衡，保证生产接续，实现快掘高产铺就了一条金光大道。,四.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。,JOY公司对井下厚煤层，高产开采有一套相应的方法，12CM27高电压连采机在不同的煤田条件得到成功的应用。12CM27与其前身12CM12一样，适合同等的巷道尺寸，两种机型外观尺寸一样，不同之处在于12CM27功率增大、重量增加，由于其功率和重量增大，牵引力更好，切割性能得以改进。大功率的12CM27装有较大的切割电机，提供了开采硬煤所要求的功率，其速度更快、且更稳。据不完全统计，截至2003年，久益采矿设备公司陆续向我国出售16台长壁采煤机、22台工作面输送机、3套液压支架、43台连续采煤机和18台穿梭车。,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将采煤、掘进与支护结合在一起，实现快速掘进成巷。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，从而减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。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。,国外采掘锚机组的技术特征,具体操作工序是：先将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。与连续采煤机、机载锚杆机相比，其主要优点是：实现了连续采煤机掘进和锚杆安装机安装锚杆平行作业，能适应斜巷作业；机械长度很小，液压推进掏槽掘进，具有易掘进弯道和交岔点的特点。,炮采面：日产300t，月消耗250m准备巷道综采面：日产最大3万t，月消耗最大达1200m准备巷道。,掘进机械化：掘进机掘锚机组连续采煤机采掘锚一体化,（1）大力开发推广掘锚联合机组（机载锚杆支护195页看）。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。,五、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。,（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。,第四节半煤岩巷施工,采石位置位置的选择挑顶生产需要（挑顶卧底顶板稳）采石位置卧底影响因素施工需要（伪顶挑顶）挑顶兼卧底维护需要,岩层占掘进工作面面积1/54/5,2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（小于0.5m），煤损失大煤岩分掘分运（采掘平衡适用），工序复杂,分掘分运炮眼布置（煤层1.2m，反之平行布置）,4.半煤岩巷掘进机的选择,EBJ系列：EBJ160正常f8，实际应用可达13左右。传统AM-50、S-100型截割能力小。EBJ160截割硬岩强烈震动，50t略轻，增加自重。国外50t可以，原材料和制造精度先进。,我国斜井施工，从1972年湖南建井三处创月成井364.5m以来，陕西煤炭基建公司二处、四处又分别创造了452，504，605，705.3m的月成井速度，使我国斜井施工速度在世界上保持领先地位；鸡西、开滦、阜新、涟邵等矿区，也都创造了斜井施工速度的较高水平，并总结出了具有我国特色的“两光三斗”（激光定向、光面爆破、耙斗装岩、箕斗提升、漏斗排矸）机械化配套作业线施工经验。近10多年来，阳泉、丰城、大同等矿区在大断面斜井施工中又有了突破性进展，取得了优异成绩。但是，全国斜井年平均施工速度却较低：50年代平均为月进3045m，60年代为3055m，70年代为3555m，80年代以来为5060m。,二.下山掘进（斜井掘进）,六、倾斜巷道施工（斜井、上山）,斜井开拓的优点：投资省、出煤快、效率高、成本低山西年产500万吨的大同四台沟矿、年产400万吨的燕子山矿和阳泉贵石沟矿，陕西年产300万吨的桑树坪矿。英国年产1000万吨的赛尔比矿，南非年产2750万吨博杰斯普鲁特矿，阳泉三矿900万吨及四台沟矿和贵石沟矿采用斜井立井联合开拓。1974年，陕西铜川基建公司二处，下石节矿二采区回风斜井，创造705m/月世界记录世界最高月进度：日本，352m/月；加拿大，397m/月。阳泉贵石沟矿斜井（S=19.03m2，倾角16），1984.1012，三月306.7m，平均102.23m/月大同燕子山工程处，马脊梁矿新高山主斜井（S=15.02m2，倾角160），1991.57，三月累计825.5m，平均275.2m/月,1.破岩、装岩及运输破岩中深孔光面爆破、抗水炸药、抛渣爆破、坡度经过“七五”中深孔爆破科技攻关，一次爆破深达2.53.0m。近年来我国斜井施工炮眼深度普遍采用1.82.5m。国内目前最常用的凿岩机是中频YT-28型。一般是按井筒断面配置风钻台数，可取4m2/台，35台同时作业，工作面钻眼平均生产率可达86.1102.6m/h。为了保证准确的井筒掘进方向，使掘进断面超挖量控制在3以内和测量工作不影响掘进其他工序的进行，在斜井施工中采用激光指向仪进行测量，已得到推广。在铜川矿区下石节斜井施工中，采用的激光仪指向，以激光束为依据，曾用一根带有刻度的木尺，可以准确、迅速地为井筒掘进、支护、铺轨指示方向。,装岩耙斗机，固定（增设2个大卡轨器）70年代，斜井施工设备配套能力小，耙斗容积为0.170.6m3；80年代至今，耙斗机整机系列化，斗容朝大型化方向发展，如P型系列斗容为：0.3、0.6、0.9、1.2m3，可满足快速施工要求。其中P120B型耙斗装岩机技术生产率高达120180m3/h。在斜井施工中，为了配合箕斗提升，加长了耙斗装岩机的卸料槽；为防止机体下滑，在两侧增设了两根可调整高度的支撑，在后部增设了大型卡轨器。耙斗装岩机使用台数，可根据工作面掘进宽度选用。当大断面斜井施工时，如没有相应的大型耙斗装岩机，可使用两台较小的耙斗装岩机装岩,提升运输：矿车串车发展到箕斗矸石仓调节运输25链板机30矿车或箕斗30箕斗（无卸载轮前卸式箕斗，8m3，提升速度3m/s）我国斜井施工提升设备由矿车串车提升逐渐发展到目前的箕斗提升。箕斗容积由60年代的2m3左右发展到当今的3，4，6，8m3，8m3以上的大型箕斗也已开始使用。提升矸石的不均匀性和排矸的不连续，地面矸石仓由过去的46m3的简易木结构发展到目前的金属装配式的16，24，32，40m3的大型储矸仓；辅以自卸卡车后，地面排矸能力大大加强。陕西煤科院与西安矿院联合研制装配式40m3矸石仓，拆、装、搬迁方便，卸载高度1.5m和2.5m。,2.支护70年代以前我国普遍采用料石砌碹，之后现浇混凝土支护和锚喷支护逐渐将其取代；现浇混凝土支护具有整体性强、防水性好等特点，实现机械化作业较料石砌碹具有较好条件。但至目前，锚喷支护在基岩段施工中已占较大优势。通化矿务局于1974年创干拌合料输送距离1013m纪录，华亭矿务局于1994年又取得了连续送料1110m的好成绩。锚喷支护机械化作业线主要由砂石筛洗机、输送机、储料罐（砂、石、水泥）、搅拌机和机械手等组成，筛洗机、输送机、储料罐和计量器设在地面，搅拌机设在井口附近或邻近硐室内，喷射机在井下随支护工作面移动。,3.排水与治水避：位置防：井口标高截：上部含水层的水横向水沟、截，导至临时水仓。堵：上部水沟漏水排：56m3/h（过去采用喷射泵进行工作面排水，目前广泛应用潜水泵。风动、电动潜水泵配合箕斗或转水仓各施工单位均在使用。近年研制的风动隔膜泵性能更为优越，如QOB-15N型，噪音小于80db，最大流量15m3/h，最大扬程58m。喷射泵（喷嘴高速喷射形成负压吸取积水）。630m3/h，临时水仓卧泵排水注：注浆封水,4.安全工作2003年6月14日晚上9时55分，广东省韶关市乐昌江胡煤矿一辆载有26人的斜井人车，因连接装置脱落发生跑车事故，造成14人死亡，12人受伤，其中3人重伤。从地下60米甩向地下300米。据介绍，该煤矿职工三班倒上班，14日晚上26名职工乘坐斜井人车，下井上晚班。斜井的坡度为25度，深度为180300米。人车行进至距离地面60米处，突然绞车之间的连接装置脱落，人车惯性下滑，从而发生跑车事故。,2005年3月22日7时30分许，吉林白山市江源县胜利煤矿，11名工人乘坐矿车准备到井下进行维护，途中矿车连接处的插销突然脱落了，高速行驶的矿车将11人甩出车外，6人遇难（3人为女性），5人受重伤住院。造成该起事故的一个重要原因是人货混载。出事的井口是个斜井，距离井口约40米远的地方有个边坡，当时10名工人分乘两辆矿车，与一辆装满木料的矿车相连，另外1人则站在装木料矿车的钩头上，准备到井下进行维护。当3辆车驶到距进口40米的边坡时，因挂在最后一节装满木料的斗车过重，颠簸中连接处插销脱落，斗车在滑出100多米后，撞在巷道底部拐弯处，结果斗车内5人当场死亡，另外6名伤者在医院抢救时，一人因抢救无效死亡。,斜井施工安全挡车器的种类很多，各具特色，如兜车安全绳、钢丝绳挡车器、安全门挡车器、钢丝绳挡车帘、气动安全门、电动挡车器、手拉常闭式钢轨挡