矿业工程概论课件第三、四章

第三章井巷掘进,第一节井巷断面,一、井巷断面形状,井巷断面的形状主要考虑下列因素：（1）井巷所处围岩的物理力学性质；（2）矿山压力大小及作用方向；（3）井巷服务年限和用途；（4）支护方式及支护材料及施工技术及装备。,二、井巷断面尺寸,井巷断面的尺寸，主要取决于：（1）井巷的用途，即要满足巷道中安装和通过的设备尺寸；（2）通过的风量；（3）围岩的物理力学性质和巷道使用条件；（4）支架类型和材料；（5）安全规程对巷道断面最小尺寸和间隙的要求等。巷道断面尺寸的确定方法，如图3-1所示。（1）巷道净高度hD=h0+hz-hbhZ=h1+ha巷道掘进高度H为：H=H0+hb+ez,图3-1锚喷支护拱形巷道断面尺寸,（2）巷道宽度B=m+A+n(单轨)净宽度B=m+2A+n+b(双轨)计算宽度B1=B+2e2+2e3（3）巷道净断面积SJ为SJ=B（hz+0.26B）,m2（三心拱巷道）SJ=B（hz+0.39B）,m2（半园拱巷道）,（4）立井断面尺寸主要取决于：提升设备的类型及规格；井筒平面布置、梯子间及管子间的大小。如图3-2所示。,我国煤矿立井净直径若小于6.5m时，按0.5m进级；若大于6.5m时，一般以0.2m进级确定井筒直径。（5）井巷必须根据井巷通过的风量及允许的风速，来校正井巷断面，即,图3-2立井井筒断面,第二节岩巷掘进,一、破岩,当前应用最广泛的破岩方法是钻眼爆破。钻眼爆破是打眼、装药、放炮工作的总称。图3-3表示岩巷掘进工作面炮眼布置。,图3-3炮眼布置图,装药之前应选择好炸药：硝铵炸药，主要成份是硝酸铵。引爆炸药包的电雷管有即发电雷管、秒延期电雷管及毫秒延期电雷管，如图3-4所示。,图3-4雷管结构示意图,炮泥大致由三份沙子和1份粘土混合而成。炮眼内的装药结构如图3-5所示。,图3-5炮眼内的装药结构,二、装岩,多采用耙斗装岩机和铲斗装岩机装岩。,三、运岩,掘进岩巷时，采用矿车、人工或蓄电池机车推调车运岩。,四、支护,（1）U型钢拱形可缩性支架如图3-8所示。,图3-8U型钢可缩支架（单位：mm）,（2）对于服务年限很长的主要巷道常采用料石或混凝土砌碹支护，如图3-9所示。,图3-9料石支护,（3）锚杆支护是加强围岩、提高围岩自承能力的新型支护。锚杆支护作用原理如图3-11所示。（4）喷浆支护即喷射混凝土支护，如图3-12所示。,图3-11锚杆支护作用原理（a）层状岩层悬吊作用；（b）锚杆组合梁作用；（c）锚杆组合拱作用,图3-12锚喷支护,五、辅助工序,巷道掘进的辅助工序包括通风、辅轨、测量、砌水沟、接风筒、移电缆等工作。1.通风（如图3-13所示）2.铺轨3.测量,图3-13掘进巷道通风示意图1局部扇风机；2风筒,第三节立井开凿,立井从上到下是由井颈、井身和井窝组成。如图3-14所示。,图3-14立井井筒组成1翻笼硐宝；2装载硐室,一、普通凿井法,1.准备工作与表土施工（1）测量工作，用“+”字标准法定出井筒中心位置，如图3-15所示。（2）安设锁口圈，如图3-16所示。（3）表土施工。,图3-15立井井筒中心标准,图3-16钢结构临时锁口及井筒临时支护,2.基岩施工（如图3-17所示）,基岩施工的主要工序是钻眼爆破和支护，辅助工序有装岩提升、通风、排水等。这些工序通常按下列顺利进行：钻眼爆破、通风、装岩、提升岩石、排水、支设临时支架。待掘进一段距离后，再由下向上砌筑永久支护。,图3-17立井井筒施工示意图,（1）炮眼布置。如图3-18所示。（2）掘进通风：通风多用压入式。如图3-19所示。,图3-18立井炮眼布置（单位：mm）,图3-19立井掘进通风,（3）装岩常用抓岩机，如图3-20所示。（4）井筒支护包括临时支护和永久支护。长期以来井筒临时支架都是采用挂钩、井圈和背板，如图3-21所示。,图3-20抓岩机,图3-21临时支护结构,井筒永久支护一般采用料石砌碹，混凝土砌碹或喷射混凝土，如图3-22所示。,图3-22永久性支护,二、特殊凿井法,1.沉井法，如图3-23所示。2.注浆法，图3-24示为地面预注浆的注浆法。,图3-24地面预注浆钻孔布置示意图,图3-23沉井法掘进立井,3.冻结法，如图3-25所示。,图3-25冻结法凿井示意图,第四章近水平、缓斜、中斜煤层准备方式,准备巷道包括采区上（下）山、采区车场、区段集中平巷等。准备巷道在井下的布置方式称为准备方式。,第一节采区式准备,一、单一煤层整层采区式准备方式,准备方式的生产系统如图4-1所示。1.巷道名称2.采区巷道的掘进顺序3.采区的生产系统（1）运煤系统（2）运料排矸系统（3）通风系统（4）供电系统,图4-1单一煤层整层采区巷道布置图,4.采区巷道布置的基本规律（1）采区上山（运输上山、轨道上山）；（2）区段平巷（运输平巷、回风平巷）；（3）采区车场（上、中、下部车场）；（4）采区硐室（绞车房、变电所、煤仓）；（5）联络巷道（溜煤眼、回风行人联络巷等）。,二、近距离煤层群联合准备方式,1.巷道名称及布置特点，如图4-2所示。2.采区巷道掘进顺序3.采区生产系统（1）运煤系统（2）运料系统（3）通风系统4.采区巷道布置基本规律,图4-2近距离群煤层采区巷道联合布置,第二节带区式准备方式,带区：阶段或开采水平内沿走向划分为具有独立生产系统的开采块断，带区内划分为若干倾斜分带，每个分带布置一个工作。,一、单一煤层整层开采时倾斜长壁采煤法准备方式,图4-3单一煤层分带巷道布置,（一）工作面巷道布置与掘进顺序（二）工作面生产系统（1）运输系统（2）运料系统（3）通风系统,二、多分带组成带区,（一）带区巷道布置及掘进顺序（图4-4）（二）生产系统（1）运煤系统（2）通风系统（3）运料系统,图4-4多分带带区巷道布置图,二、倾斜长壁采煤法的优缺点及适用条件,倾斜长壁采煤法主要优点：巷道布置简单，巷道掘进及维护费用低，投产快。运煤系统简单，占用设备少，运费低。对某些地质条件和回采工艺条件适应性强。技术经济效果比较显著。主要缺点有：长距离的倾斜巷道，使掘进及辅助运输、行人比较困难；现有设备不能完全适应倾斜长壁工作面的要求；大巷装车点较多，使调运、装车相互影响；存在污风下行问题。倾斜长壁采煤法的适用条件：按目前的机械设备条件，倾斜长壁采煤法主要适用于倾角在12以下的煤层,当对回采设备采取有效措施后,可应用于1217的煤层。对于倾斜和斜交断层较多的区域，可采用倾斜长壁采煤法。,第三节采区准备巷道布置及参数,一、采区上山布置,（一）采区上山位置1.煤层上山下列条件下，可考虑布置煤层上山。(1)开采薄或中厚煤层的采区，采区服务年限短；(2)开采分层数少的厚煤层，煤层顶底板岩石比较稳固、煤质中硬以上；(3)煤层群联合准备的采区，下部有维护条件好的薄及中厚煤层。2.岩石上山一般条件下，视围岩性质，采区岩石上山与煤层底板间的法线距离1015m比较合适。3.上山层位及坡度联合布置的采区集中上山，通常都布置在下部煤层或其底板岩石中。采区上山的倾角，一般与煤层倾角一致。,(二)采区上山数目及相对位置,1.上山条数的确定采区上山至少要有两条，即一条运输上山，一条轨道上山。2.上山间的相互关系采区上山之间在层面上需要保持一定的距离。当采用两条岩石上山布置时，其间距一般取2025m；采用三条岩石上山布置时，其间距缩小到1015m。(三)采区上山的运输1.运输上山（1）胶带输送机的生产能力大，运输可靠，运输费用低，当采区生产能力大，上山倾斜角度在15（下山17）以下时可广泛采用。（2）自溜运输，要求采区上山东省的倾角应大于30。（3）采区上山用绞车串车或无极绳牵引的矿车运煤。2.轨道上山轨道上山主要担负采区辅助运输工作。,二、采区车场、硐室的布置,1.采区下部车场,如图4-5所示。2.采区中部车场,如图4-6所示。,图4-5采区下部车场型式,图4-6采区中部车场型式,3.采区上部车场（图4-7）,图4-7采区上部平车场型式,三、采区参数,1.采区倾斜长度采区倾斜长度=阶段斜长2.采区走向长度（1）地质因素（2）技术因素技术上的因素主要考虑区段巷道的运输、掘进和供电等问题。（3）经济因素采区上山、采区车场和硐室的掘进费及相应的机电设备安装费将随采区走向长度的增大而减少；区段平巷的维护费和运输费将随采区走向长度的增加而增大；而区段平巷的掘进