[工学]特殊条件下的井巷施工技术.ppt

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1、工学特殊条件下的井巷施工技术 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望11/2/2022第第2页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5.1.2松软岩层巷道施工涉及的几个问题松软岩层巷道施工涉及的几个问题松软巷道围岩变形和压力特征松软巷道围岩变形和压力特征 1软岩巷道围岩变形特征围岩变形有明显的时间效应。围岩变形具有明显的空间效应。软岩巷道不仅顶板下沉量大和容易冒落，而且底板也强烈鼓起，

2、并常拌有两帮剧烈位移。围岩变形对应力扰动和环境变化非常敏感。此外，软岩巷道的自稳时间短。11/2/2022第第3页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）11/2/2022第第4页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）2巷道围岩变形量的构成巷道围岩变形量的构成 图10-1 软岩巷道围岩变形量的组成其围岩变形量主要有以下三 部分组成（图10-1）：掘巷引起的围岩变形量；围岩流变引起的变形量；巷道受各种扰动引起的变形量。U0掘巷引起的变形；v0t0巷道流变量

3、；ui扰动和浸水引起的变 形量。11/2/2022第第5页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）合理选择巷道位置合理选择巷道位置 1岩石性质 2支承压力的影响 除了要避免支承移动压力的影响外，还必须避开采场上下固定支承压力的影响范围，应把巷道布置在应力降低区或原岩应力区内为最好。如图10-2所示。巷道断面形状的选择巷道断面形状的选择破岩方式的选择破岩方式的选择 11/2/2022第第6页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）支护方式和支护结构的选择支护

4、方式和支护结构的选择 对于这种特殊的不良地层，其支护结构应有“先柔后刚先柔后刚”的特性，一般需要二次支护二次支护。初始支护初始支护 应按照围岩与支架共同作用的原理围岩与支架共同作用的原理，选用刚度适宜、具有一定柔性或可缩性支架。它既允许围岩产生一定量的变形移动，以发挥围岩自承能力，同时又能限制围岩发生过大的变形移动。可以采用锚喷支护、U形金属可缩性支架等。二次支护二次支护的作用在于进一步提高巷道的稳定性和安全性，应采用刚度较大的支护结构刚度较大的支护结构。可采用锚喷支护，砌碹。在喷射混凝土中还应增加钢筋网和金属骨架，即构成锚喷网金属骨架联合支护结构。11/2/2022第第7页页山西煤炭教育基金

5、会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）采用料石或混凝土块砌碹作为二次支护时，应选用异形料石或异形混凝土块作为砌体材料，图10-3是舒兰设计采用的异形混凝土块碹；图10-4是前屯兰煤矿使用的异形料石圆碹。11/2/2022第第8页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）11/2/2022第第9页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）采用料石和混凝上块砌碹，只要提高施工质量，调整砌块的规格，保证壁后充填密

6、实，或在砌块之间加入可缩性木板可缩性木板，均能大大提高碹体的支护效果。在苏联、比利时等国支护软岩巷道，尤其是采深较大的巷道，常采用预制混凝土块支护，并向大型钢筋混凝土块发展，用吊装机械安装。近年来我国少数煤矿，如沈阳矿务局大桥煤矿也已开始使用这种钢筋混凝土块来支护软岩巷道并取得了一定的效果。11/2/2022第第10页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）二次支护应在围岩地压得到释放、初始支护与围岩组成二次支护应在围岩地压得到释放、初始支护与围岩组成的支护系统基本稳定之后进行。的支护系统基本稳定之后进行。为了保证二次支护的

7、效果，最好进行围岩位移速度和位为了保证二次支护的效果，最好进行围岩位移速度和位移量的量测，并绘出相应的变化曲线，如图移量的量测，并绘出相应的变化曲线，如图10-5所示。所示。11/2/2022第第11页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）软岩巷道的联合支护1锚喷和U形钢联合支护2锚喷和砌碹联合支护3锚喷和弧板联合支护巷道底板的管理 1巷道底鼓的类型和机理挤压流动性底鼓挠曲褶皱性底鼓 剪切错动性底鼓 遇水膨胀性底鼓11/2/2022第第12页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字

8、2009920099号）号）11/2/2022第第13页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）2底鼓的防治 重视围岩的量测监控重视围岩的量测监控 在松软岩层巷道采用锚喷支护，一定要配合进行量测监控，可用收敛计量测巷道的收敛变形，亦可用水准仪测量顶板下沉量和底鼓量；用各种多点式位移计量测岩层内不同深度的位移，从而可以算出位移速度。通过这些量测数据，有助于评价围岩的稳定程度，可以论证各设计参数是否合理和锚喷效果，也是修改设计和确定二次支护时间的依据，锚杆的锚固力可用中空千斤顶式的锚杆拉力计来量测。锚杆的应力状态，可用专门设计的

9、空心“锚杆”(它的构造是聚氯乙烯塑料管内壁用101号胶粘贴电阻片)来测定，以检验锚杆不同深度处的受力状态，从而能推知围岩内应力重新分布的情况，进而可调整锚杆的设汁参数。对于大断面的重要工程还要进行接触应力和喷层内切向应力的量测，可采用电阻应变砖和钢弦压力盒等测试元件。根据测量结果，可以了解喷层的受力状态，有助于设计喷射混凝土的厚度。地应力特别大的矿区，还地应力特别大的矿区，还应量测构造应力场应量测构造应力场，这对巷道合理布置，减轻地应力对巷道支护的破坏影响具有重要意义。11/2/2022第第14页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字20099200

10、99号）号）借鉴新奥法指导软岩巷道施工 新奥法是隧道施工科学方法的总结，主要针对软岩隧道施工，重点在支护方面。新奥法不是单纯的支架结构改革或支护方法的改进，而是一套综合的隧道施工方法，更确切地说是一套适用在断面50150的遂道及大断面地下工程设计、掘进、衬砌、测试相结合的完整新概念。新奥法的概念是按岩石力学围岩支架共同作用基本原理制新奥法的概念是按岩石力学围岩支架共同作用基本原理制定的，其主要意图是调动围岩自身的承载能力，尽可能地控制定的，其主要意图是调动围岩自身的承载能力，尽可能地控制围岩变形，防止围岩松动，以达到施工隧道的最大安全度和最围岩变形，防止围岩松动，以达到施工隧道的最大安全度和最

11、好经济效果。好经济效果。新奥法认为认为喷射混凝土最能紧贴围岩，充分利用围岩自身强度。喷层开裂并非坏事，而是表现出一定的让压性，必要时第一次支护加用锚杆或少量钢拱支架根据实测资料及理轮分析，合理地选用和设计第二次支护的材料，结构型弍及规格尺寸。11/2/2022第第15页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5.1.3煤和瓦斯突出概述煤和瓦斯突出概述 煤和瓦斯突出是在煤矿井下采掘过程中发生的一种煤和瓦斯的突然运动，它是一种极复杂的动力现象，即在极短的时间内，由煤体向巷道中突然喷出大量的煤和瓦斯。分析大量的实验资料可以得出，煤

12、和瓦斯突出的原因主要是由地压构造应力和矿山压力，瓦斯含量及瓦斯压力、岩石及煤的物理机械性质这三方面因素作用的结果。我国煤和瓦斯突出煤层具有下列特征：煤和瓦斯突出往往发生在地质变化比较剧烈、地应力较大的地区，例如褶曲向、背斜的轴部和断层破碎带；煤质松软，干燥且瓦斯含量多、压力高就容易突出：开采深度愈大，煤层愈厚，倾角愈大，突出的次数就愈多，强度愈大，煤体受到外力震动，冲击时，也容易发生突出。预防煤和瓦斯突出的措施可分两大类，即区域性预防措施和局部性预防措施。区域性预防措施主要是开采解放层。11/2/2022第第16页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金

13、字2009920099号）号）5.1.4工作面遇断层前的预兆 采煤工作面遇断层前，一般有以下预兆：煤(岩)层的走向、倾向发生明显变化，顶、底板的完整程度破坏严重，裂隙增多；煤质变软，光泽变暗，煤层层理不清；有时还有滴水和瓦斯涌出量增多的现象。11/2/2022第第17页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5.1.5含水层的分类与性质含水层的分类与性质1按埋藏条件划分 按含水层埋藏条件划分，含水层可分为上层滞水、潜水和承压水。上层滞水：分水局限，水量少，季节性明显，对煤矿生产无影响。潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上

14、，且具有自由水面的重力水。潜水时矿井充水重要来源之一，必须高度重视。承压水：充满于上、下两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水，又称为自流水。承压水是矿井充水重要来源之一，需高度重视。2按含水层空隙性质划分按含水层空隙性质划分，含水层可分：孔隙水：储存于疏松岩层孔隙中的水称为孔隙水。裂隙水：埋藏于基岩裂隙中的地下水。按裂隙成因分三类：风化裂隙水。成岩裂隙水。构造裂隙水。赋存在构造裂隙中的地下水。分为两类：层状裂隙水；脉状裂隙水；构造裂隙水对煤矿安全生产威胁很大。喀斯特水：埋藏于溶洞中的重力水，称为喀斯特水，又称为岩溶水。11/2/2022第第18页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤

15、炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）2按含水层空隙性质划分 按含水层空隙性质划分，含水层可分：（1）孔隙水：储存于疏松岩层孔隙中的水称为孔隙水。（2）裂隙水：埋藏于基岩裂隙中的地下水。按裂隙成因分三类：风化裂隙水。成岩裂隙水。构造裂隙水。赋存在构造裂隙中的地下水。分为两类：A层状裂隙水；B脉状裂隙水；构造裂隙水对煤矿安全生产威胁很大。（3）喀斯特水：埋藏于溶洞中的重力水，称为喀斯特水，又称为岩溶水。11/2/2022第第19页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5.1.5掘进工作面涌水量的预测

16、涌水量预测计算方法主要有近似方法、地下水动力学法、水均衡法、数值法等，目前多采用近似方法。近似方法主要包括涌水量曲线方程（一般称Q-S曲线）外推法和水文地质比拟法2种。预测时前者以勘探阶段抽（放）水试验的成果为依据，后者则应用类似巷道水文地质资料来计算，但两者共同的应用前提是水文地质资料相似性，前者要求试验阶段与未来掘进阶段条件相似，后者则立足于勘探区与借以比拟的施工区条件一致，因此属于近似的预测方法。11/2/2022第第20页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5.2松软岩层巷道施工松软岩层巷道施工 松软岩层巷道施工

17、实例松软岩层巷道施工实例 北皂煤矿位于山东龙口矿区黄县煤田的西北部，含煤地层属于下第三纪，煤系地区主要岩石有：炭质泥岩、油页岩、含油泥岩、砂质页岩及粘土岩等。岩石的强度都很低，普氏系数f=0.62.8。其中煤1顶板炭质泥岩、煤2顶板含油泥岩及煤3底板粘土岩，均含有粘土质矿物蒙脱石，开巷后易风化脱水，再遇水就产生膨胀。尤其是煤2顶板含油泥岩，蒙脱石含量较多，而且层厚较大，在其中开巷后，膨胀压力也较为严重。至于煤1顶板炭质泥岩和煤2底板粘土岩虽业含有蒙脱石，但因强度略大，厚度略小，放膨胀压力显现也较小。北皂煤矿软岩巷道施工方法北皂煤矿软岩巷道施工方法11/2/2022第第21页页山西煤炭教育基金会

18、资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）锚喷网架联合支架。锚喷网架联合支架。11/2/2022第第22页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）舒兰矿区松岩层巷道施工舒兰矿区松岩层巷道施工 吉林舒兰矿区为第三纪中新统含煤地层。构成含煤地层的岩石均为松软岩石，以未胶结的疏松含水砂岩为主，其次为半胶结的粉砂岩、半坚硬的砂页岩以及粘土质页岩。其中半胶结和未胶结的砂岩，质地疏松，开挖后易溃散；未胶结的粉砂岩遇水后呈片状崩解；粘土质页岩具有塑性膨胀的特点。同时随着开采深度的增加，地压有

19、明显的增大。在遇水膨胀的围岩中，底鼓现象也很严重，一般巷道底鼓速度为60l00mm/月。采场动压对相邻巷道的影响也很严重，动压波及范围远大于一般矿井，片盘斜井一侧的保护煤柱宽达6070m，仍能受到采动压力的影响。11/2/2022第第23页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）暗斜井井筒断面选用曲墙、半圆拱加底拱，形成近似圆形断面，如图10-9所示。11/2/2022第第24页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）“条带碹”代替常用的料石碹。11/2/

20、2022第第25页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）沈北前屯煤矿软岩巷道施工沈北前屯煤矿软岩巷道施工辽宁沈北前屯煤矿煤层顶板为厚80的黑灰色泥质页岩，底板为40100m的粘土页岩和亚粘土质页岩，含有蒙脱石和伊利石，风干脱水后再遇到水的作用时，均产生膨胀和崩解现象，当含水率增大时，其力学强度降低，塑性增大，最后变为流动状态。巷道开掘后，围岩向巷道空间大量移动，如不采用封闭支架，巷道顶板一直不停的冒落，甚至波及地表，难以形成较稳定的平衡状态。11/2/2022第第26页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育

21、基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）采用木板砌缝的花岗岩料石碹，以柔刚结合的支架结构形式来适应较大的变形地压；采用风镐法掘进，防止围岩受到震动而失稳；及时排除巷道中的积水，减少岩石遇水膨胀的程度，合理选择巷道位置，减少支承压力的影响。11/2/2022第第27页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）金川二矿区松散围岩巷道施工金川二矿区松散围岩巷道施工 甘肃金川矿区为震旦系古老结晶变质岩系，历次造造运动给本区留下了以断裂为主的 构造形迹，大小断层裂隙纵横交错，整体性差，地应力大，开掘后呈现严重松散和内向挤

22、压，围岩变形量大，具有明显的流变性，给巷道维护带来极大的困难，严重地影响矿区建设速度。巷道支护由初始支护和二次支护组成。初始支护采用钢筋网喷射混凝土和锚杆，初始支护后，巷道变形仍处于等速发展时，应考虑用锚杆补补墙，调整初始支护参数。当变形速度处于明显减小或月收敛量为几毫米时，再进行二次支护比较合适。在金川的地质条件下，二次支护的时间大约在120天以后。11/2/2022第第28页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）11/2/2022第第29页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金

23、字2009920099号）号）5.3石门揭煤安全施工石门揭煤安全施工 煤矿安全规程规定：石门的位置应尽量避免选择在地质变化区，掘进工作面距煤层10m以外时，至少打两个穿透煤层全厚的钻孔以便确切掌握煤层赋存条件和瓦斯情况，掘进工作面距煤层5m以外，应测定煤层的瓦斯压力；掘进工作面距煤层之间必须保持一定的岩柱，急倾斜煤层为2m，缓倾斜及倾斜煤层为1.5m。这一规定，不论我们采用哪种方法，都应该切实遵守。5.3.1石门揭开突出煤层的施工方法石门揭开突出煤层的施工方法11/2/2022第第30页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号

24、）震动放炮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，并且利用放炮所产生的强裂震动，在人员撤离到安全地点的条件下，来诱导煤和瓦斯突出，以保证作业的安全。为了给炸开岩柱揭开煤层创造条件，在石门接近安全岩柱以后，尽量把工作面刷成和煤层倾角相近的斜面或台阶，如图10-12所示。11/2/2022第第31页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）石门揭煤震动放炮的炮眼布置方法一般是；1炮眼个数较一般爆破的炮眼数约多2倍。2煤眼和岩眼要交错相间排列，顺序爆破。3总炮跟中煤眼和岩眼的比例大致为l：2

25、。4炮眼的密度，巷道顶部小于底部，周边眼大于中部。5透煤炮眼深度应超过岩柱，如煤层相当厚,可进入煤层23m。6石门周边眼应适当密一些，以保证爆破后石门周边轮廓整齐，避免在修整石门周边时发生突出。7岩眼眼底应距煤层100200mm，不应透煤，如已透煤，则应停止钻进，并在眼底填塞100200mm长的炮泥。11/2/2022第第32页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）图10-13为急倾斜岩层中一次穿透岩柱及煤层的炮眼布置图示例。震动放炮的炮眼数目，可根据经验确定，也可按北票矿务局总结的经验公式进行估算：0.2m0.2m0.2

26、m0.2m11/2/2022第第33页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）采用震动放炮应注意的几个问题：1震动放炮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，有突出预兆，应立即停止作业，人员撤离至安全地区。3当煤层的厚度在lm以下时，必须全部随岩柱一次崩开；当煤层水平厚度在lm以上时，应至少有有lm的煤层随岩柱揭出。4在缓斜，倾斜煤层中沿底板或顶板揭煤时，可能岩柱一次没有全部揭开，留有“门坎”或“门帘”，时，要特别小心。11/2/2022第第34页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋

27、煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5每次震动放炮都应对作详细记录，以便总结经验和分析。6震动放炮只准使用带食盐被筒的煤矿安全炸药，雷管事先要严格检查和分组。7煤矿安全规程规定：石门揭开突出危险的煤层时，掘进工作面必须有独立的回风系统，8为了限制突出规模，人为地降低突出强度，可在距工作面45m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给以规定。11/2/2022第第35页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）金属骨架金属骨架 金属骨架是用于石门揭穿煤层

28、的一种超前支架，其施工方法如图10-14所示。当石门掘进距离煤层2m时，停止掘进，在其顶部和两帮上打一排或两排直径为70l00mm、彼此相距200300mm的钻孔。钻孔钻透煤层并穿入顶板岩层300500，孔内插入直径为5070mm的钢管或钢轨。钢管或钢轨的尾部固定在用锚杆支撑的钢轨环上，也可固定在其它专门支架上，然后一次揭开煤层。用金属骨架时，一般配合震动放炮，一次揭开煤层。金属骨架应用于地压和瓦斯压力不太大的急倾斜薄煤厚和中厚煤层，其效果是比较好的；在倾斜厚煤层中，因骨架长度过大，易于挠曲，不能有效地阻止煤体的位移，所以预防突出能力较差。11/2/2022第第36页页山西煤炭教育基金会资助项

29、目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）11/2/2022第第37页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）钻孔排放钻孔排放 钻孔排放就是石门工作面掘到距煤层适当距离停止掘进，向煤层打适当数量的排放瓦斯钻孔，在一定范围内形成卸压带，降低煤体中的瓦斯压力，缓和煤体应力，以防止煤和瓦斯突出。这一方法适用于煤层松软透气性较大的中厚煤层。排放钻孔数目可按下式计算：式中 N石门全断面排放瓦斯钻孔的总数，个；K系数，一般取1.2；S1应排放瓦斯的面积m（石门周围1.5m范围内）；S2一个钻孔可

30、排放瓦斯面积，m2。11/2/2022第第38页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）11/2/2022第第39页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）水力冲孔水力冲孔 水力冲孔是在石门岩柱未揭开之前，利用岩柱岩柱作安全屏障，向突出煤层打钻，并利用射入的高压水，诱导煤和瓦斯从排煤管排煤管中进行小突出，这样在煤体内部就引起强烈地移动，在孔洞周围形成卸压带，解除了煤体压力紧张状态，从而消除了煤和瓦斯突出的危险。这种方法用于揭开具有自喷现象的软煤层，比较安全

31、可靠。水力冲孔工艺流程见图10-16所示。11/2/2022第第40页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）11/2/2022第第41页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5.3.2沿突出煤层掘进平巷的技术措施沿突出煤层掘进平巷的技术措施震动放炮和松动爆破震动放炮和松动爆破 对于煤质较坚硬、透气性较差、顶板良好的煤层，其突出的原因主要是地压的作用，掘进时，可以采用震动放炮措施。震动放炮炮眼深度一般为2.53.0m，炮眼装药量控制在每米炮眼不超过0.5

32、kg，为了提高爆破效果，应采用延期总时间不超过130ms的毫秒雷管起爆。震动放炮在急倾斜薄煤层和缓倾斜中厚煤层的炮眼布置见图10-17所示。11/2/2022第第42页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）11/2/2022第第43页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）煤层松动爆破煤层松动爆破的做法是在震动放炮的基础上，在煤体深部的应力集中带内，布置几个长炮眼进行爆破，其目的在于利用炸药爆炸能量破坏煤体前方的应力集中带，以便在工作面前方造成较长的卸压

33、带，以预防突出的发生。此外深孔炸药的爆破还可以在炮眼周围形成破碎圈和松动圈，如图10-18所示，这有利于缓和煤体应力和排放瓦斯，对防止突出也是有利的。煤矿安全规程规定，采用松动爆破时，超前于掘进工作面的距离不得小于5m。11/2/2022第第44页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）超前支架超前支架 超前支架多用于有突出危险的急倾斜煤层和缓倾斜厚煤层的煤巷掘进。在工作面前方巷道顶部事先打上一排超前支架，如图10-19所示。在掘进道程中使支架的最小超前距离保持1.01.5m，掘进工作始终在超前支架保护下进行，从而避免了因巷

34、道顶部煤体的垮落而引起突出。11/2/2022第第45页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）大直径超前钻孔大直径超前钻孔 在工作面前方始终保持一定数量和一足深度的大直径超前钻孔，能够引起煤体应力重新分布，使巷道应力集中带移至煤体深部，在钻孔周围造成卸压带，同时，又能排放钻孔周围煤体内的瓦斯，降低瓦斯压力，可以消除突出的危险。大直径超前钻孔孔径一般是120300mm，孔数一般为35个，孔深1015m，超前距离5m。如图图10-20所示。由于煤的物理力学性质不同，其排放半径也有差异，一般为0.51.0m。大直径超前钻孔适用于

35、煤层较厚、煤质较软、透气性较大的突出煤层，而瓦斯排放半径小于0.5m的煤层，不宜使用。11/2/2022第第46页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）11/2/2022第第47页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）水力冲孔水力冲孔 在突出煤层中掘进煤巷应用水力冲孔效果很好，它的作用原理与石门揭煤水力冲孔完全相同，其布孔方式如图10-21所示。煤矿安全规程规定，水力冲孔开始时，工作面的前方应保持不小于5m的安全煤住。每循环煤巷掘进进尺，要以本层冲孔的

36、最可靠范围而定，在任何情况下，都保持有不小于5m的超前距离。11/2/2022第第48页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）11/2/2022第第49页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）2004年，据新华社郑州11月13日电经过国务院郑煤集团大平煤矿“1020”事故调查组认真工作，大平煤矿“1020”事故原因基本查明。11月13日，国务院郑煤集团大平煤矿“1020”事故调查组组长、国家煤矿安全监察局副局长赵铁锤向记者通报，经初步调查分析，大平煤矿

37、“1020”事故是一起特大型煤与瓦斯突出而引发的特大瓦斯爆炸事故,造成148人死亡，32人受伤。调查组对事故原因初步分析认为，21岩石下山掘进工作面进入矿井深部，处于地质构造复杂地带；该矿为高瓦斯矿，对矿井开采深度增加可能带来的瓦斯等级升高没有引起足够重视。调查组认为，该矿局部通风设施管理混乱，加大了煤与瓦斯突调查组认为，该矿局部通风设施管理混乱，加大了煤与瓦斯突出后的瓦斯逆流，高浓度瓦斯进入西大巷新鲜气流，达到爆炸出后的瓦斯逆流，高浓度瓦斯进入西大巷新鲜气流，达到爆炸界限，遇到架线式电机车产生的火花，发生瓦斯爆炸。界限，遇到架线式电机车产生的火花，发生瓦斯爆炸。11/2/2022第第50页页

38、山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5.4巷道过断层、陷落柱施工 5.4.1综采工作面过断层的方法 搬家跳采。当工作面中部、端部遇落差较大、走向较长的垂直断层或斜交断层时，为躲过断层影响区，可在工作面前方重新掘开切眼，工作面设备搬迁到新切眼后继续向前推进。开掘绕巷。当工作面端部遇到难以通过的断层时，在探明断层影响范围后，开掘绕道缩短工作面长度，甩掉断层影响区。放弃综采。当综采工作面设计因断层等地质构造影响难以实现时，或综采工作面开采过程中发现难以通过的断层时，可以放弃综采开采方法，改用其他方法开采。直接通过。当断层落差小于

39、煤层厚度和支架最小支撑高度之差，断层影响范围小于30m，断层处围岩的硬度系数f10时，工作面可以直接通过断层。11/2/2022第第51页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）割顶底板通过。若断层落差大于二者之差，可用采煤机截割顶底板岩石通过断层，如图所示；当顶底板岩层坚硬、采煤机截割不动时，则可采用爆破方法挑顶或下切穿过断层。11/2/2022第第52页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）工作面过断层方案工作面过断层方案 围岩硬度断层类别断层落差(

40、m)影响长度(m)断层位置处理断层参考方案f10平行断层采高2,3采高2020中、端部中部重新划分工作面开采或做绕巷处理可直接硬过垂直断层支架支撑上限2,3采高2020中、端部中部重掘开切眼搬家跳采或绕巷处理可直接硬过斜交断层2,3采高l，2采高202030中、端部中部搬家跳采或绕巷处理可直接硬过f6平行断层2,3采高l，2采高3030中部中、端部重新划分工作面开采可直接硬过垂直断层支架支撑上限23030中、端部中部搬家跳采或绕巷处理可直接硬过斜交断层采高22,3采高30302030中、端部端部中部搬家跳采或绕巷处理可直接硬过可直接硬过11/2/2022第第53页页山西煤炭教育基金会资助项目（

41、晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5.4.2综采工作面过断层的措施综采工作面过断层的措施 1调整工作面与断层线的夹角 一般认为，对于中等稳定以上顶板，工作面与断层线夹角以200300为宜；对于不稳顶板，工作面与断层线夹角可调到300450。2处理断层处的岩石 当断层岩石硬度系数f4时，可用采煤机直接截割，但采煤机牵引速度应控制在23mmin。当断层岩石硬度系数f4时，则采用打浅眼、少装药、放小炮的爆破方法，预先挑顶或挖底。3液压支架通过断层措施 过断层时，液压支架要下俯斜或上仰斜移动，俯斜或仰斜的角度以100200为宜，最大不要超过150160。1

42、1/2/2022第第54页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）4断层顶板控制（1）在断层区域内移架的措施。采用隔一架移一架的移架方式；随采煤机前滚筒割煤立即移架；掩护式或支撑掩护式液压支架可采用带压擦顶前移，不得降柱太多，尽量减少顶板松动。（2）超前打锚杆支护。超前打锚杆锚固顶板，打木锚杆锚固煤壁，防止煤壁片帮。（3）抬棚支护。如果不能超前支护，要在支架前方架抬棚，抬棚上用两梁接顶，抬棚用两柱支撑。移架时可先移中间的支架，用前探梁托住抬棚，再分别拉两边的支架。处理冒顶时，在冒顶处的两端冒高较低，从架棚比较安全的地方往中间

43、逐步架超前棚和超前，棚梁上垛木垛接顶。（4）采用锚杆或化学加固方法加固破碎顶板。11/2/2022第第55页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）从两端往中间架棚从两端往中间架棚11/2/2022第第56页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5.4.3过陷落柱过陷落柱 对面积较大的陷落柱，一般采用绕过的方法。一般可以采用强行通过的方法。其步骤如下：采用控制爆破、采煤机清矸的方法；在工作面陷落柱范围内降低采高，所降低的高度以工作面能通过的最小高度为限，

44、做到既减少采矸量又使支架不会被压死；陷落柱地段与工作面正常地段之间，保持一段采高逐渐变化的长度，以使支架和输送机能够适应；陷落柱两侧的工作面正常地段，可提前移架；陷落柱范围内适当滞后移架，用铁管或木板梁一端插入岩壁、另一端搭在支架前梁上的方法进行特殊支护，采煤机清矸后要立即移架，以防漏矸。采煤机清矸时，应当采用小步距、多循环的方法，以减少顶板的暴露面积。11/2/2022第第57页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5.5过含水层施工过含水层施工 5.5.1巷道与含水层的施工巷道与含水层的施工井下防水，对于一些受地下水威

45、胁的矿井是一项非常重要的工作。为了防止巷道掘进时发生透水事故，必须做好水文地质和探放水工作，其主要防水措施是：做好水源的调查研究工作；密切注意透水前的征兆；认真做好探、放水工作。11/2/2022第第58页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）5.5.2掘进施工中的探放水工作 1探水作业前的准备工作（1）加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板。（2）清理巷道，挖好排水沟。（3）在打钻点或附近安设专用电话。（4）测量和防探水人员必须亲临现场，依据设计确定主要探水孔的位置、方位、角度、深度以及钻孔数目 11

46、/2/2022第第59页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）2探水“三线”的确定探水“三线”即积水边界线、探水线、警戒线。（1）积水边界线的确定将调查小窑或老窑水文资料经物探及钻探核定后，划定积水范围，圈定积水边界，其深部界线应根据小窑或老窑的最深下山划定。（2）探水线的确定小窑或老窑探水线以积水线水平外推60m15 m距离划一条线即为探水线（上山掘进时为顺层的斜距）。此数值视积水边界线的可靠程度、水压力大小、煤的坚硬程度等因素来确定。断层、含水层的探水线用教材（6-2-1）式求得a值确定的界线，定为探放断水层的探水线。

47、探水线（探水起点）至断层交面线的最小距离不得小于20m，水压大于2MPa时应按每增加0.1MPa增加0.51m。11/2/2022第第60页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）老钻孔、陷落柱探水线一般应以可能出水的老钻孔开孔点或陷落柱中心为圆心，按教材（6-2-1）式求出a值加钻孔或陷落柱半径作半径画圆，圆周线即探水线。3）警戒线由探水线再平行外推50m150m（在上山掘进时指倾斜距离）即为警戒线。当巷道掘进至此线后，应警惕积水威胁，注意掘进时工作面水情变化，如发现有透（突）水征兆，提前探放水。总的说来，当巷道到达警戒线

48、时要注意迎头有异常变化，如发现有透水征兆，应提前探放水;如无异常现象则继续掘进，到达探水线时作为正式探水起点。11/2/2022第第61页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）3.布置探放水钻孔（1）探放水的主要参数 超前距；允许掘时距离；帮距；钻孔密度（孔间距）（2）探放老孔水钻孔布置 竖直扇形面内钻孔间的终孔垂距不得超过1.5m。水平扇形面内各组钻孔间的终孔水平距离不得大于3m。煤巷探水：钻孔布置方式及其控制范围应根据巷道前进方向积水分布情况而定。石门探放水：在生产水平附近有老窑积水时，石门贯通煤层之前均须探水。11/

49、2/2022第第62页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）（3）探放断层水钻孔布置 一般先打巷道掘进1号孔，尽可能一钻打透断层，然后再打下方2号、巷道上方3号孔，以确定断层走向、倾向、倾角和断层的落差及两盘的对接关系。隔水岩柱处于临界状态时沿巷道掘进方向打3个孔，尽量打深，争取一次打透断层，否则就必须留足超前距，边探边掘直至探明断层的确切情况，再决定具体的防水措施。巷道实见断层，在采动影响后有无突水危险性的探查，一般应向下盘预计采动影响带内打1号孔，探明断层带的含（导）水和水压、水量等情况。若有水，采后就很可能突水；若无

50、水，则还应向预计采动带以下打2号孔，然后根据具体条件，分析突水的可能性和采取相应的防水措施。11/2/2022第第63页页山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字山西煤炭教育基金会资助项目（晋煤教育金字2009920099号）号）（4）探放水钻孔除兼做堵水或疏水用外，终孔孔径一般不得大于58mm。（5）对水压大于1MPa的断层水、陷落柱水或强含水层水，不宜沿煤层布置探放水钻孔。必要时按煤矿防治水工作条例规定执行：在预计水压大于1kg/cm2的地点探水时，应预计固结套管。套管口应安装闸阀，套管深度必须在探放水设计中规定。特别危险的地区，还应预先开掘安全躲避洞，规定撤人的避灾路线等安全措施，要使施