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第六章 掘进技术
第一节 巷道掘进方法
一、巷道掘进方法
巷道掘进方法是指掘进方法和工艺的总称，重要涉及破岩、装岩、运岩和支护等工序。
1、破岩
（1）钻爆破岩法：就是运用电钻（或风钻）打眼、装药进行爆破。
（2）综合机械化破岩法：就是运用掘进机对煤岩体进行切割和破碎，具有掘进速度快、效率高、巷道成形规整、岩体免遭炮震破裂、施工质量好等优点。
2、装岩
（1）人工装岩。目前，大、中型矿井的巷道掘进施工有两种情况采用人工装岩方法：一种情况是施工现场不具有采用机械装岩的条件；另一种情况是具有机械化装岩，由于刮板输送机的使用，使得装岩工作量大为减小。
(2)机械装岩。巷道装载机的重要类型有铲斗后卸式装岩机、铲斗侧卸式装岩机、耙斗装岩机和蟹爪装岩机等。
3、运岩
目前，大、中型矿井煤炭、矸石及材料设备的运送已基本实现机械化，运送机械的类型重要有刮板输送机、带式输送机和电机车等。
4、支护
为了维持巷道必要的断面尺寸，防止围岩发生危险的变形和垮落，必须采用各种方式对巷道进行支护。
二、巷道施工方法
巷道掘进最基本的过程就是把岩石采用一定的手段破碎下来，形成设计所规定的空间，并对掘凿出的空间进行支护。
1、巷道施工方法
巷道施工的方法一般重要有两种：一种是分次成巷；另一种是一次成巷。
（1）分次成巷。就是分次将巷道做成。
（2）一次成巷。就是把巷道施工中的掘进、支护、水沟及铺设永久轨道、安设永久管线等四个分部工程视为一个整体，在一定距离内，前后连贯地最大限度地同时施工，一次做成巷道，不留收尾工程。
2、一次成巷作业方式
按照掘进与支护的互相关系，一次成巷可分为平行作业、单行作业和多巷交替作业三种。
（1） 平行作业：采用掘、支平行作业时，一般采用全断面一次掘进的方式，合用于围岩稳定，断面大于8平米的巷道。采用金属拱形临时支架或锚杆临时支架。
（2） 单行作业：现将巷道掘进一段距离后，停止掘进，然后边拆除临时支架，边将该段巷道改成永久支护。常用在断面较小的巷道。围岩稳定性较差时，可采用短段掘、支的施工方法。
（3） 交替作业:当一个综合工作队施工两个以上临近巷道时，可在一条巷道内掘进，而在另一条巷道内永久支护，轮流交替完毕掘进与支护。

第二节 岩巷掘进
岩巷是指掘进断面中岩石占4/5以上（涉及4/5）的巷道。
岩巷的掘进，仍以钻爆法破碎岩石为掘进的重要手段。
一、岩巷掘进破岩方法
目前，我国钻爆法破碎岩石中普遍采用两类爆破方法：一类为普通爆破；一类为光面爆破，简称光爆。
（一）微差爆破
微差爆破是普通爆破中使用最广泛的一种。它是把炮眼分组以毫秒级的时间间隔进行顺序起爆的一种延期爆破。
微差爆破由于延期时间控制在130ms以内，在煤矿工程爆破中普遍采用。
选用煤矿毫秒电雷管第一系列5段，第二系列9段，均可实现全断面一次爆破。
（二）光面爆破与光爆锚喷技术
1、光面爆破
光面爆破是在普通爆破基础上发展起来的一种控制爆破。光面爆破是一种成本低、工效高、质量好的爆破方法。
光面爆破与普通爆破相比，具有四个方面的优点：
（1）由于光爆巷道成形规整，消除围岩凹凸处的应力集中，最大限度地保持了围岩自身强度，从而增强了围岩自承能力，为锚喷支护提供了良好基础。
（2）由于光爆大大地减少了掘进超挖量，因此，可减少材料消耗，从而减少成本，加快掘进速度。
（3）光爆可有效地减少对工作面围岩的破坏，使井巷围岩较为稳定，有助于施工和安全。同时也减少了井巷的维修量，减少了井巷的失修率。
（4）光爆消除了围岩的凹凸不平，从而减少了通风阻力和瓦斯聚集，有助于安全。
2、光爆锚喷技术
（1）光爆锚喷技术。岩巷光爆锚喷技术是光面爆破与喷射混凝土支护的有效结合。光面爆破能有效地缩小围岩松动范围，最大限度地保持围岩的完整性。锚喷能及时封闭围岩表面，充填裂缝，调整应力分布状况，限制围岩变形，特别在软岩巷道支护中，可伸长锚杆和柔性喷层相结合，与围岩变形位移相适应，能有效地支护，维持巷道的稳定性。
（2）“三小”光爆锚喷技术。“三小”是指小直径钎头（钻头）、小直径锚杆和小直径炸药卷。
二、岩巷掘进施工安全注意事项
（1）严格执行正规循环作业图表和钻眼爆破说明书的规定。
（2）加强顶板管理工作。
（3）平行作业时，永久支护处的工作台必须搭设牢固。
（4）开眼时必须使钻头落在实岩上。
（5）不允许在残眼内继续钻眼。
（6）开眼时给风阀门不要忽然开大。
（7）打眼工严禁骑钻打眼。
（8）推动凿岩机不要横向用力，应随时提防忽然断钎。
（9）要注意把胶皮管与风钻接牢，以防脱落伤人。
（10）缺水或停水时，应立即停止钻眼。
第三节 煤巷、半煤岩巷掘进
一、煤巷掘进
矿井掘进工作中有80%左右是在煤层中进行的。把掘进断面中，煤层面积占4/5以上的巷道称为煤巷。
（一）钻眼爆破法掘进煤巷
1、破煤
由于煤比较容易破碎，在煤巷掘进中广泛采用煤电钻进行打眼，炮眼深度一般为1.5~2.5米。
煤巷掘进，同样要推广光面爆破和毫秒电雷管全断面一次爆破。在有瓦斯的煤层中，毫秒电雷管的总延期时间不能超过130ms，以保证爆破时的安全。
2、装煤方法
目前，我国煤巷掘进中常用的装煤机械是ZMZ-17型蟹爪式装载机。
蟹爪式装载机的安全注意事项：
（1）蟹爪式装载机在工作之前，要检查控制系统、多路换向阀手把位置是否正常，机器周边有无妨碍正常运转的障碍物，并向周边人员发出开车信号。
（2）机器在行走过程中，操作人员应让脚躲开履带一定距离，同时要有专人拖拉电缆，并与机器保持一定距离，避免拉坏或压坏电缆。司机在机器回转时要注意避免撞伤人员，同时注意棚梁被撞。
（3）严禁在大于12°的斜坡上使用蟹爪式装载机，在小于12°斜坡上工作时，为防止机器下滑，应使用木板等物体加以阻止。
（4）在检修和撤离机器时，一定要先检查瓦斯情况，严禁带电作业。同时要注意工作面情况，发现异常，应立即撤离人员。
（5）在煤堆上洒水后方可开机装运，以防止煤尘飞扬。
（6）当发现有障碍物如大块煤、杂物、工具等卡住蟹爪和刮板链时，必须停机解决，严禁在机器运营中用工具或手解决。
（7）要检查机器的各电气部分的防爆性能。司机或检修人员在工作结束后，一定要切断机器上的总电源。
（8）严禁用蟹爪式装载机的尾部挑架棚梁，严禁装煤蟹爪刮碰煤壁。
（二）煤巷掘进机掘进煤巷
1、煤巷掘进机
煤巷掘进机可以把掘进中破煤、装煤、转载等工作用一台机器完毕，有的掘进机上还装有锚杆钻装机，可同时完毕支护工作。它与钻眼爆破法相比，具有工序少、速度快、效率高、质量好、施工安全、劳动强度小等优点。
2、煤巷支护
常采用压缩性较大的金属支架和先进的锚杆联合支护系统支护。
在松软的厚煤层和中厚煤层顶板破碎时掘巷，必须采用前探梁支架。
（三）煤巷掘进施工中应注意的安全事项
（1）煤巷掘进一般不破顶板，沿中心线掘进，不设腰线，施工中应根据不同的破岩方法，做好顶板管理工作。
（2）在有瓦斯煤层中爆破时，应采用毫秒雷管实现全断面一次爆破，其最后一段延期的时间不得超过130ms。
（3）在巷道顶板破碎、煤质松软、层理节理发育或瓦斯浓度降不到允许放炮的情况下，应采用风镐破煤。
（4）使用掘进机掘进煤巷时，应严格控制空顶距，严禁超空顶作业。
二、半煤岩巷掘进
半煤岩巷是指在掘进断面中，岩层（涉及夹石层）占掘进工作面面积大于1/5小于4/5的巷道。
1、巷道位置的选择
巷道掘进断面的位置，有挑顶、卧底及挑顶兼卧底三种情况。
在实际工作中，由于煤层地质条件的变化，同一巷道挑顶、卧底的情况并非固定不变，有时甚至暂离煤层穿进全岩掘进。
2、炮眼布置
半煤岩工作面，由于煤层较软，掏槽眼多布置在煤层中。煤、岩分次钻眼爆破时应加强顶板管理，防止崩倒支架，导致冒顶。
3、施工组织
施工中应尽量采用分掘分运的方式，以利于煤炭资源的回收，保证煤的质量。
第四节 上、下山掘进
倾斜巷道有斜井、上山、下山、溜煤眼等。
一、下山掘进
1、钻眼工作
下山掘进的特点是工作面在下面，根据其特点钻眼时应注意以下四点：
（1）在迎头打眼时，应将底部浮煤、浮矸清理到实底，排尽积水，严禁在水中打眼。
（2）在倾角较大的巷道打眼，每打一个眼，钎杆拨出后立即插上木塞，防止浮煤、浮矸将眼封堵。
（3）迎头打眼作业，应时时注意防止发生跑车、透水事故，经常检查跑车防护装置的有效性，并注意透水预兆，发现问题及时解决。
（4）打周边眼时，为了便于把握巷道的坡度和方向，可先在工作面打一个标准眼，插上木棍，以示钻眼方向。谨防坡度不够，导致巷道“漂底”。
2、装岩运送
使用耙斗装岩机时要注意三点：
（1）耙斗装岩机下放时，绞车回车速度不要过猛，下山坡度较大时，要防止滚碴伤人。
（2）当箕斗或矿车下放接近装岩机时应减速，避免发生冲撞。
（3）用耙斗装岩机装岩，最佳选择大容量的矿车或箕斗配套使用。
掘进下山时，一般都采用矿车运送。为了避免发生断绳和脱钩事故，应按规定设立防止跑车的装置。
3、排水
在下山巷道中，每隔一定距离开掘一条横水沟等措施，拦截上部平巷渗水和煤岩涌水。
当下山倾角不超过25°，长度不超过300m时，可采用单段排水；当下山倾角大于25°，长度很大，且水沿巷道全长涌出时，可采用接力排水，在巷道中设立中间水仓。
二、上山掘进
1、钻眼工作
（1）打眼过程中要时时注意顶帮的变化，及时敲帮问顶和解决浮石。
（2）工作面的支架、临时支护等必须打紧，防止手攀脚蹬，支架倾倒伤人。
（3）打眼时人不要对准眼口，以免钎杆折断滑下伤人。
（4）在倾角超过25°以上的巷道打眼时，其后方要设挡板，防止人员下滑，发生事故。
（5）要准确掌握周边眼的角度，防止角度不够，导致“顶低”。
（6）为防止放炮崩倒棚子，多采用底部掏槽，并要掌握好炮眼的深度和角度。
2、装岩运送
在近水平或缓倾斜煤层中，上山掘进一般用矿车或输送机运送。假如斜长过大，应安设多台绞车，实行分段接力提高，并应按规定装设防跑车装置。
3、通风
掘进上山时应特别注意通风工作。

第五节 特殊巷道施工技术
一、大断面硐室施工
大断面硐室施工方法一般有三种，即全断面施工法、台阶工作面施工法和导硐施工法。
二、采区煤仓施工
采区煤仓的施工大多采用反井法施工，反井法施工的要点是：先自下向上掘小反井，再自上向下刷大至设计断面，进行支护。根据 地质及施工条件可以采用吊罐反井法、垛盘反井法及反井钻机法等。
1、吊罐反井法
2、垛盘反井法
3、反井钻机法
第六节 特殊条件下的巷道施工
一、巷道通过软岩、煤及断层破碎带的施工
在松软易破碎岩层中掘进时，应采用围岩暴露面积小、暴露时间短的施工方法。掘进工作面临近断层或穿越断层带时，架棚支护巷道支护应尽量采用“U”形钢可缩性支架支护，棚距要缩小。在断层前5m左右时，要采用密集支柱。当顶板特别松软易破碎时，可打撞楔控制破碎顶板。也可采用对顶板注浆锚固的方法，增强破碎顶板的稳定性与承载能力。
岩巷掘进时，根据支护方式和围岩破碎限度的不同可采用短掘短砌法、随掘随锚喷法和超前导硐法。
二、穿巷掘进
穿巷掘进时，存在以下三种情况：第一种是平面交叉通过；第二种是从原巷道下面穿过；第三种是从原巷道上面穿过。
穿巷掘进小于20m时，掘进工作面每次放炮前，必须派出警戒人员到通向穿过地点的所有通路设立警戒。
三、巷道交岔点施工
1、交岔点常用施工方法
（1）全断面掘进法。这种方法是随掘进随支护，一次完毕。它用在稳定岩层中，采用锚喷支护方法的交岔点最为合适。
（2）扩帮刷大法。
（3）掘导硐法。
2、施工安全注意事项
（1）采用扩帮刷大或掘小导硐施工法时，扩帮和挑顶应采用打浅眼、少装药、多打眼、放小炮或用风镐、手镐掘进。
（2）交岔点顶板标高和巷道宽度都是变化的，应掌握好炮眼的方向和深度，以免导致局部超挖或欠挖；更应防止崩倒临时支架，导致冒顶、片帮。
（3）架棚式交岔点应架设抬棚，抬棚要有专门设计。各种抬棚插梁必须成双数、对称摆放，防止受力不均。抬棚架完后，应架设锁口棚，锁口棚柱腿应紧贴抬棚柱腿，但深度不得超过抬棚柱腿，锁口棚高度不应超过主抬棚。
（4）在已施工的巷道新开口掘进交岔点时，必须加固开口处及其附近巷道的支护。
四、弯道施工
巷道施工中，经常碰到曲线段巷道即弯道。弯道必须按设计曲率半径掘进，巷道中线的延伸、工作面炮眼布置、支护和装岩机的使用等具有以下特点和规定：
（1）巷道中线的延伸。准确地掌握巷道前进方向是保证弯道施工质量的重要因素。
（2）炮眼布置。由于弯道外帮较内帮长，要使巷道沿设计曲线前进，每茬炮的进度外帮就要比内帮大，掏槽眼的位置向外帮适当偏移，同时外帮的帮眼要适当加深，并相应增长装药量，相反，内帮的炮眼深度要减小。进入直线后恢复原直线炮眼布置，但当采用随掘进随架设普通临时支架时，为了防止爆落矸石崩倒支架，靠外帮的炮眼应稍多装些药，以便使爆落的矸石沿合力方向朝向巷道中心线方向飞落，不致偏向外帮打倒棚腿。
（3）支护。采用棚式支护时，顶梁的方向应正对曲线圆弧的圆心呈扇形排列。由于外帮的棚距比内帮大，架设支架时，一定要注意掌握好外帮、内帮及巷道中心线上的三个间距，并使顶梁中心正对巷道中心线。
（4）耙斗装岩机在弯道中的使用。耙斗装岩机在曲线段巷道装岩时，由于各巷道的曲率大小不同，以及耙斗装岩机距工作面的距离不同，耙斗往往不能直接由工作面把矸石扒到机体装车，因此，就要分次扒运矸石。
五、遇突出空洞及陷落柱时的掘进
巷道通过突出空洞时，应注意以下事项：
（1）在探清情况下直接通过时，距空洞2-3m就应采用放小炮的方法掘进，以防冒顶或掉底。
（2）对巷道顶、帮的较大空洞应按规定采用封闭措施，以防瓦斯积聚，导致隐患。
（3）对大的空洞应提前停掘，以防掘透空洞，发生二次突水或透水事故。
巷道通过陷落柱时，应注意以下安全事项：
（1）在接近含水的陷落柱时，应提前探水前进。
（2）采用钻爆法掘进时，应缩小循环进度，改变支护参数或方式，加强顶板管理。
（3）煤巷综掘时，应由地质部门给出腰线，严格按中心、腰线施工。
（4）陷落柱岩石较软时，掘进机直接浅刀截割破岩；岩石较硬时，钻爆法破岩，掘进机出碴。
六、石门揭开有煤与瓦斯突出危险煤层的施工
（一）国家规定
（1）在工作面距煤层法线距离10m之外，至少打两个前探钻孔，掌握煤层赋有条件、地质构造、瓦斯情况等。
（2）在工作面距煤层法线距离5m以外，至少打两个穿透煤层全厚或见煤深度不少于10m的钻孔，测定煤层瓦斯压力或预测煤层突出危险性。
（3）工作面与煤层之间的岩柱尺寸应根据防突措施规定、岩石性质、煤层倾角等拟定。
（二）震动放炮
震动放炮的实质就是在掘进工作面上多打眼、多装药，全断面一次爆破揭开煤层，并且运用放炮所产生的强烈震动来诱导煤和瓦斯突出，以保证作业的安全。
1、炮眼布置方法
2、采用震动放炮时应注意的几个问题
（1）必须所有炮眼一次起爆，炸开石门的全断面岩柱和煤层的全厚。
（2）当发现工作面的岩层特别破碎，岩柱崩落和压出，地压加大，瓦斯涌出量剧增，温度迅速下降以及产生震动声响等异常现象时，应立即停止作业，人员撤离至安全地区。
（3）当煤层的厚度在1m 以下时，必须所有随岩柱一次崩开。
（4）在缓倾斜、倾斜煤层中沿煤层底板或顶板揭煤时，有时也许岩柱一次没有所有揭开，留有“门槛”或“门帘”。
（5）每次震动放炮都应对岩柱性质、厚度、眼数、眼深、眼位、装药量、连线方式、起爆顺序、爆破效果等作具体记录。
（6）震动放炮只准使用带食盐被筒的煤矿安全炸药；使用毫秒雷管时，其总延期时间不得超过130ms；装药后所有炮眼必须填满炮泥。
（7）石门揭煤采用远距离爆破时，必须制定涉及爆破地点，避灾路线及停电、撤人和警戒范围等的专门措施。
（8）为了限制突出规模，可在距工作面4-6m的地方构筑木垛或金属栅栏。
（9）人员撤离范围，应根据突出的危险限度和通风系统而定。
（三）使用金属骨架
金属骨架是用于石门揭穿煤层的一种超前支架，用金属骨架时，一般配合震动放炮，一次揭开煤层。
（四）钻孔排放
钻孔排放就是石门工作面掘到距煤层适当距离时停止掘进，合用于煤层松软、透气性较大的中厚煤层。
（五）水力冲孔
水力冲孔用于揭开具自喷现象的软煤层比较可靠。