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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, 主要包括破岩、 装岩、 运岩和支护等工序。
1、 破岩
( 1) 钻爆破岩法: 就是利用电钻( 或风钻) 打眼、 装药进行爆破。
( 2) 综合机械化破岩法: 就是利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。当前, 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备采用机械装岩的条件; 另一种情况是具备机械化装岩, 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。巷道装载机的主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
当前, 大、 中型矿井煤炭、 矸石及材料设备的运输已基本实现机械化, 运输机械的类型主要有刮板输送机、 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, 必须采取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, 形成设计所要求的空间, 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主要有两种: 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
按照掘进与支护的相互关系, 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, 适用于围岩稳定, 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。常见在断面较小的巷道。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, 轮流交替完成掘进与支护。

第二节 岩巷掘进
岩巷是指掘进断面中岩石占4/5以上( 包括4/5) 的巷道。
岩巷的掘进, 仍以钻爆法破碎岩石为掘进的主要手段。
一、 岩巷掘进破岩方法
当前, 中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, 从而降低成本, 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, 有利于施工和安全。同时也减少了井巷的维修量, 降低了井巷的失修率。
( 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, 有利于安全。
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突然开大。
( 7) 打眼工严禁骑钻打眼。
( 8) 推进凿岩机不要横向用力, 应随时提防突然断钎。
( 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, 以确保爆破时的安全。
2、 装煤方法
当前, 中国煤巷掘进中常见的装煤机械是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, 机器周围有无妨碍正常运转的障碍物, 并向周围人员发出开车信号。
( 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) 禁止在大于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, 必须停机处理, 严禁在机器运行中用工具或手处理。
( 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
煤巷掘进机能够把掘进中破煤、 装煤、 转载等工作用一台机器完成, 有的掘进机上还装有锚杆钻装机, 可同时完成支护工作。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( 包括夹石层) 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, 造成冒顶。
3、 施工组织

施工中应尽量采取分掘分运的方式, 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, 发现问题及时处理。
( 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, 造成巷道”漂底”。
2、 装岩运输
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, 最好选择大容量的矿车或箕斗配套使用。
掘进下山时, 一般都采用矿车运输。为了避免发生断绳和脱钩事故, 应按规定设置防止跑车的装置。
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, 在巷道中设置中间水仓。
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, 及时敲帮问顶和处理浮石。
( 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, 造成”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、 装岩运输
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输。如果斜长过大, 应安设多台绞车, 实行分段接力提升, 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 地质及施工条件能够采用吊罐反井法、 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、 巷道经过软岩、 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程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: 第一种是平面交叉经过; 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置警戒。
三、 巷道交岔点施工
1、 交岔点常见施工方法
( 1) 全断面掘进法。这种方法是随掘进随支护, 一次完成。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, 以免造成局部超挖或欠挖; 更应防止崩倒临时支架, 造成冒顶、 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, 经常遇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要求:
( 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主要因素。
( 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, 并相应增加装药量, 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
巷道经过突出空洞时, 应注意以下事项:
( 1) 在探清情况下直接经过时, 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取封闭措施, 以防瓦斯积聚, 造成隐患。
( 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。
巷道经过陷落柱时, 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要求、 岩石性质、 煤层倾角等确定。
( 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, 而且利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, 必须全部随岩柱一次崩开。
( 4) 在缓倾斜、 倾斜煤层中沿煤层底板或顶板揭煤时, 有时可能岩柱一次没有全部揭开, 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、 爆破效果等作详细记录。
( 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; 装药后全部炮眼必须填满炮泥。
( 7) 石门揭煤采用远距离爆破时, 必须制定包括爆破地点, 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, 应根据突出的危险程度和通风系统而定。
( 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, 适用于煤层松软、 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。