巷道支护与设计-毕业设计.docx

1、河南理工大学毕业设计（论文） 摘要I摘要巷道是井下生产的动脉，巷道断面设计合理与否，直接影响矿井生产的安全和经济效益。为满足东周窑煤矿四盘区的正常采掘，设计 2401 顺槽作为煤矿采掘的服务巷道。设计的主要思路，是采用类比设计与理论验算相结合，主要参数查询设计规范得出。在巷道断面设计中，充分考虑行人、交通、通风等因素，选择一种经济适用的断面形式。巷道掘进设计是在安全的前提下，充分利用地质情况，选择合适的掘进方式。在岩质疏松的地段，采用综掘机掘进，在地质复杂，岩质较硬的地段，采用钻眼爆破的方式进行掘进，两者交替进行，使掘进速度达到最大最经济。巷道掘进主要采用炮掘加机掘的形式，在岩层比较硬的地段采

2、用炮掘的形式，遇到薄弱岩层就改用机掘形式。巷道总体分三段，有系统巷皮带机头段、系统巷储带仓段和正巷组成。在巷道的设计过程中需要经过两次变换断面，支护形式和断面开掘都需要进行调整。关键词：岩土工程；支护形式；断面形式；施工工艺；爆破设计河南理工大学毕业设计（论文） 摘要IIAbstractThe roadway is the artery of underground production, the design of the roadway section is reasonable, which directly affects the safety and economic benefit

3、s of the mine production. In order to meet the normal mining of Dongzhouyao coal mine four area, design 2401 trough as coal mining roadway service. The main idea of the design is to use the analogy design and theoretical calculation, the main parameters of the query design specification.In the desig

4、n of the roadway section, the factor of pedestrian, traffic and ventilation is considered, and the form of a kind of economic application is chosen. The tunnel excavation design is thepremise of safety, make full use of geological conditions, choose the right tunneling way. In lots of rock loose, us

5、ing fully mechanized roadheader, in complex geological, lots of hard rock, the drilling hole blasting excavation, alternating between the two, so that the driving speed reach the largest and most economic.The tunnel excavation adopts the form of the digging machine and the hard rock in the strata. T

6、he hard rock is used in the form of the blasting, and the weak rock layer is used to dig the form. There are three sections in the tunnel, which is composed of the section of the belt head of the system, the warehouse section and the normal lane of the system. Need to go through two transformation s

7、ection in the design process of roadway, supporting form and digging section need to be adjusted.Keywords: geotechnica; engineering; support form; section form; construction technology; blasting design.河南理工大学毕业设计（论文） 目录III目 录摘要 .IAbstract .II第一章 绪论 .11.1 国内外发展概况 .11.1.1 巷道支护方式 .11.1.2 巷道断面设计与掘进形式 .5

8、1.2 毕业设计主要内容 .7第二章 工程概况 .82.1 工程简介 .82.2 地质水文概况 .92.2.1 地质概况 .92.2.2 水文概况 .11第三章 巷道断面设计 .153.1 巷道断面计算 .153.1.1 巷道净宽度的计算 .153.1.2 巷道净高度计算 .163.2 巷道断面形式确定 .183.2.1 系统巷断面形式确定 .183.1.2 正巷断面形式确定 .193.2 钻孔爆破设计 .203.2.1 掏槽形式的确定 .203.2.2 爆破参数 .203.2.3 装药结构与炸药类型 .25第四章 巷道支护设计 .274.1 巷道支护形式 .274.2 巷道支护参数 .274

9、.2.1 掘进巷道顶板支护验算及论证 .274.2.2 巷道支护方式 .32河南理工大学毕业设计（论文） 目录IV第五章 施工工艺 .365.1 掘进施工工艺 .365.1.1 炮掘施工准备及施工方案 .365.1.2 炮掘注意事项 .375.1.2 机掘施工方案 .415.2 巷道支护工艺 .425.2.1 支护设备及方案 .425.2.2 矿压观测 .435.3 巷道施工工艺 .435.3.1 系统巷施工 .435.3.2 正巷施工工艺 .465.3.3 特殊条件下的施工方法 .485.3.4 顶板管理 .485.3.5 预防片帮、冒顶及处理措施 .505.3.6 使用掘进机安全技术措施

10、.535.3.7 安全技术措施 .55第六章 结论 .58参考文献 .59致谢 .60河南理工大学毕业设计（论文） 第一章 绪论1第一章 绪论1.1 国内外发展概况煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达 484 亿吨标准煤，占世界化石燃料可采资源量的104668% 。据 1997 世界能源统计评论统计，至 1996 年底，世界煤炭探明的可采储量为 1.03161 亿吨，储采比为 224 年，其中七个储量最大的国家依次为美国、俄罗104斯、中国、澳大利亚、印度、德国、南非和波兰。煤炭作为我国的重要能源，储量较大、分布较广，在国民经济的发展中

11、发挥着极其重要的作用。近年来探明的煤田煤层厚度达到几十米，甚至达到几百米。对于巨厚煤层，巷道全部位于煤层当中，由于煤层多具有松软、破碎、易片帮冒顶等的特性，松软厚煤层巷道难以支护。随着开采深度的增加，围岩应力增大，煤巷煤体围岩的软岩特性更加突出，维护更加困难，普通煤层的支护手段已经很难在巨厚煤层中奏效。巷道是井下生产的动脉，巷道断面设计合理与否，直接影响矿井生产的安全和经济效益。巷道断面设计的原则是：在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，取得最佳的经济效果。在煤炭市场全面开放的今天，推行巷道支护改革，对于降低原煤生产成本，提高经济效益，有着巨大的促进作用，因此我们必须对其高度

12、重视。在矿井掘进和拓伸过程中，应根据矿井巷道的实际地质条件，来合理确定巷道和硐室的支护加固情况。总的来说，井巷支护必须根据实际地质条件综合考虑开采顺序、服务年限、使用要求等因素，选择较恰当的支护方式，避免因反复维修而增加费用支出。在巷道支护不能满足安全生产的需要下，必须认真分析原因，及时进行支护改革，直到取得满意效果为止1.1.1 巷道支护方式我国煤矿锚杆支护技术经历了从低强度、高强度到高预应力、强力支护的发展过程。早期采用的锚杆支护强度刚度低，支护原理上仍属于被动支护。1996-1997 年我国引进了澳大利亚锚杆支护技术，高强度锚杆支护技术得到广泛认可。2005 年以来，为解决深部高地应力、

13、受强烈采动影响、沿空留巷等复杂困难巷道支护难题，又开发出高预应力、强力锚杆与锚索支护技术，真正实现了锚杆的主动、及时支护，大幅度减少了巷道围岩变形与破坏，支护状况发生了本质改变。2009 年，煤炭行业标准煤巷河南理工大学毕业设计（论文） 第一章 绪论2锚杆支护技术规范(MT/T1104-2009) 发布标志着煤巷锚杆支护技术已经逐渐成熟。目前我国很多矿区煤巷锚杆支护率达到 60%有些矿区超过了 90%甚至达到 100%。我国煤矿已经形成了有中国特色的煤巷锚杆支护成套技术体系锚杆支护已经成为煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式。近几年来，随着我国煤矿开采深度的不断增加，煤矿井巷支护经历了由单一

14、型支护技术到联合支护型技术的发展历程。煤矿早期开采阶段几乎全部是以木材作为巷道及采煤工作面的支护材料，随着新型材料的出现，开始采用混凝土或钢筋混凝土砌碹等支护形式，这些被动式支护耗费大量材料且受深度和岩性影响。随着井巷支护技术的发展演变，可将其归纳为被动式支护方式、主动式支护方式。1） 被动式支护方式被动式支护技术是源于古典压力理论和坍落理论，认为巷道开挖后围压主要由围岩局部坍塌导致而成，而巷道的稳定主要靠围岩坍塌致使硐室形状改变后自行获得。被动式支护把围岩坍塌岩与支护分开来考虑，把围岩视作荷载，支护看作承载结构，二者之间形成“荷载结构”体系，认为支护是为了承受由围岩所产生的荷载，无法控制围岩

15、变形破坏的发生，只能起被动抵抗的作用。（1）木支护方式木支护技术主要是采用木材作为支护材料，典型的支护方式有“亲口”棚、鸭嘴棚、戴帽点柱、木垛等。木支护耗费大量木材而且受采深和岩性影响严重，因此只适用于浅部围岩，而且支护断面形状必须与围岩曲线一致，以充分发挥围岩和支护结构抗压强度大的优势，从而硬性抵抗岩体的变形压力。（2）石材支护方式石材支护分片石、料石两种支护方式，优点是具有抗压性好、一次成巷好、安全系数大、抗灾能力强、支架变形小和质量易保证等特点，不足之处在于初期投资高，只适用于矿井服务年限长的巷道。（3）金属支架支护方式金属支架支护技术主要分刚性支架支护与可缩性支架支护，其中刚性支架允许

16、压缩变形量小，工作阻力随变形量增大而减小，直至破坏而失去工作阻力；可缩性支架允许压缩变形量大，在结构设计压缩范围内，工作阻力随压缩量大而增大，或者恒阻。金属支架支护视支架为支护体，围岩为荷载，其破坏是由于支架上弯曲力矩达到屈服极限的破坏应力所致，同时，由于支架承受侧压力和荷载的不均匀常使支架失去稳定性或可缩性而减弱或失去竖向承载能力。特别是 U 型钢支架支护由多段弧形构件相互河南理工大学毕业设计（论文） 第一章 绪论3叠置搭接而成，大多支护面呈拱形或环形，主要使用于松软围岩、地压大、底臌严重和两帮位移量大的开拓和采区巷道。（4）装配式钢筋混凝土支架支护方式装配式钢筋混凝土支架支护施工技术，可以

17、在地面工厂化预制，质量有保证且利于批量化生产和井下机械化安装，不足之处在于不能有效抵抗上覆岩层整体移动而产生的底板沉降及巷帮测压，受扭曲折断而失去支护作用。钢筋混凝土支架支护分一般钢筋混凝土支架、预应力钢筋混凝土支架。预应力钢筋混凝土支架具有抗压性好、一次成巷好、安全系数大、抗灾能力强、支架变形小和质量易保证等优点，不足之处在于初期投资高，易松动等。（5）菱镁支架支护方式随着新材料的推广使用，80 年代研制出了菱镁支架，优点是有利于批量化生产，投资低，有利于再利用。不足之处抗压强度低、易松动等只适用于浅部围岩完整的巷道。2） 主动式支护方式主动式支护方式为补强式，利用围岩本身强度来维护巷道的支

18、护方式。（1）锚杆系列支护技术自 20 世纪 50 年代以来，锚杆支护手段已在国外地下工程中得到了广泛应用。我国从 1956 年起在部分矿区先后试用该支护技术并获得良好效果。国内锚杆系列支护技术发展分为单体锚杆群支护手段、组合锚杆支护阶段、预应力锚杆支护阶段、强力锚杆支护阶段、复合支护阶段。锚杆支护原理有加固拱(挤压组合拱)作用、悬吊作用、组合梁作用、最大水平应力理论。单体锚杆群支护阶段1955-1964 年，锚杆支护技术刚刚引进国内，发展尚处于萌芽阶段，以钢丝绳、水泥沙浆、木锚杆为代表，锚杆无托板，且杆体间缺乏联系。锚杆实际上只起悬吊作用，且被动承载，不与围岩共同作用。由于盲目扩大这类锚杆的

19、应用范围，致使部分井巷冒顶失修，实际上阻碍了锚杆支护的发展。该阶段技术发展基于悬吊作用和原始楔形剪切理论等。组合锚杆支护阶段随着煤矿软岩问题在各矿区的相继显现，单体锚杆群支护已很难适应复杂的地质条件，1970-1990 年期间发展了大批新型组合锚杆并在软岩巷道支护中得到应用，如水泥药卷钢筋锚杆、树脂药卷钢筋锚杆以及其他类型金属锚杆等，在锚杆尾部均有托板河南理工大学毕业设计（论文） 第一章 绪论4和螺母。松软破碎条件下还增设金属网和混凝土喷层，动压影响严重的场合则进一步增加钢带、钢架等，形成组成锚杆支护体系，并且由平面组合发展到空间组合，形成整体支护结构体系。研究表明锚杆不仅能起到悬吊作用，而且

20、具有组合拱或组合梁作用，承载能力显著增强。组合锚杆比单体锚杆更与利于松软破碎顶板的安全维护，并发展了锚喷网、锚梁网也层出不穷。此阶段相应的支护理论有组合支撑拱理论及组合支撑梁理论等。预应力锚杆支护阶段1990 年后，随着锚杆支护在松软动压及大跨度巷道中得推广应用，围岩体片帮冒顶现象严重。工程中发现现有的锚杆实际上不能有效阻止围岩开裂、滑移，采用有横向预应力的管缝式锚杆和锚杆桁架，能显著改善支护效果，其代表产品或结构主要有桁架锚杆、水胀式锚杆和楔缝式、管缝式锚杆，这四类锚杆均具有良好的横向预应力和一定纵向预应力，其支护效果已为国内外矿山支护实践所证实。研究表明，当锚杆预应力高于 60kn，可基本

21、阻止巷道顶板下沉，因此研制出高强度粗直径全长锚固树脂钢筋锚杆，并在托板处增加减少摩擦的装置。理论与实践都证明，保证锚杆体系有足够的纵向和横向预紧力，才能真正发挥围岩与支护体系的最大支护力，此阶段支护理论有二次支护理论及松动圈理论等。强力锚杆支护阶段近年来，随着煤矿开采深度的不断增加，地质环境日益复杂，导致突发性工程和重大恶性事故不断增加，普通锚杆常由于集中荷载的作用致使锚杆拉脱及钢带撕裂，锚杆护表作用降低，导致整体支护效果欠佳。为了从根本上改变锚杆支护材料落后这种局面，研制了锚杆专用钢材，以达到高强度和超高强度的级别。强力锚杆的杆体为左旋无纵肋螺纹段采用滚压工艺加工，强力锚杆支护系统能大幅度提

22、高巷道初期刚度和强度，有效控制高应力巷道结构面离层、滑动、裂隙张开及新裂纹产生等不连续变形，同时支护系统有足够延伸率，允许巷道围岩有较大连续变形，使围岩高应力得以释放。锚杆支护同架棚支护相比，由于锚杆是主动支护顶板，能有效防止早期离层，大大改善了巷道的稳定状况，因此有利于巷道维护。（2）复合支护技术当前，煤炭开采深度逐渐加深，以冲击地压（岩爆）、矿压显现剧烈、巷道围岩大变形、突水、地温升高、瓦斯突出（爆炸）等“六大工程灾害”为代表的一系列灾害性工程事故频发，一些矿区研究并应用复合支护技术获得了成功并开发了复合支护。复合支护是采用两种或两种以上的支护方式联合支护巷道。现行类型较多，如锚网喷、河南

23、理工大学毕业设计（论文） 第一章 绪论5注浆加固，锚网喷、U 型钢可缩性支架、锚索。锚网索喷、弧板支架， U 型钢支架、注浆加固，以及锚网喷、注浆、U 型钢支架等形式。选择复合支护形式时，应根据巷道围岩地质条件和生产条件，确定出合理的支护形式和参数。不同类型的软岩巷道所采用的支护形式不同。近年来，针对深部高应力巷道、受强烈采动影响的巷道和特大断面巷道等复杂困难条件，基于提高支护结构强度和适应于大变形的考虑，提出了高预应力、强力支护理论，并开发研制了强力锚杆与锚索支护材料，主要包括强力锚杆杆体和附件，强力钢带以及强力锚索。强力锚杆杆体材料与附件低强度锚杆支护材料已经无法满足高应力巷道支护的要求，

24、必须开发研制新的支护材料才能适应其要求。新开发的锚杆专用钢材可显著提高锚杆强度，其屈服强度和破断强度均较同类型锚杆高出许多，且预应力级别较高，真正实现了高预应力与高强度，以适应高应力巷道围岩变形。除强力锚杆杆体外，还配套开发出高强度螺母、高强度球形托板与球形垫圈，优选了减摩垫圈等附件。强力钢带考虑到现在有型钢带抗撕裂性能差，且钢带与其它构件强度不耦合，易导致托板压入或压穿钢带，发生剪切破坏。为配合强力锚杆支护，研发出 4mm-5mm 的强力 W钢带，其强度与刚度均有大幅度提高，组合与护表能力大大增强，同时，对钢带撕裂与托板的匹配性进行了较多研究，已基本上解决了钢带撕裂和压穿等问题。1.1.2

25、巷道断面设计与掘进形式1）巷道断面形状我国煤矿巷道常用的断面形状是梯形和直墙拱形（如半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形管称拱形），其次是矩形。只是在某些特定的岩层或地压情况下，才选用不规则形（如半梯形）、封闭拱形、椭圆形和圆形。矩形断面利用率高，承载能力低，一般用于顶压、侧压都小，服务年限短的巷道，如侧压大，两帮支架将发生移动或被坏。梯形的断面利用率较拱形高，但承压性能较拱形差，常用于服务年限不长、断面较小或围岩稳定、地压不大的巷道。拱形断面则常用于服务年限长或围岩不稳定、地压大的巷道。在特别松软或膨胀性大的岩层中开掘巷道，当顶压、侧压都很大时，可采用曲拱形；底膨严重时，可用带底拱的封闭拱形；四周压

26、力都很大且不均匀时，可采用椭圆形；四周压力均匀时，可采用圆形。沿煤层掘进巷道时，为了不破坏顶板，常根据煤层赋存情况，将巷道开掘成各种不规则形。巷道断面形状往往取决于矿区富有的支架材料和习惯采用的支护方式。木棚子和钢筋混凝土棚子适用于梯形和矩形等断面；河南理工大学毕业设计（论文） 第一章 绪论6料石和混凝土砌碹适用于拱形、圆形等曲线形断面；而金属支架、锚杆支护适用于任何形状断面。2）巷道断面尺寸巷道断面尺寸主要依据用途来决定的，并用所需通过风量来校正，以人员通过方便为原则，煤矿安全规程规定：巷道净断面，必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修、施工的需要。巷道开掘出后不加支护的断面称为

27、荒（毛）断面，支护后的断面称为净断面。巷道断面尺寸主要考虑巷道的净高和净宽。（1）巷道的净宽度矩形巷道（直墙巷道）的净宽度，是指巷道两侧壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。对梯形巷道，当巷道内通行矿车、电机车时，净宽度指车辆顶面水平的巷道宽度。当巷道内设置运输机械时，净宽度指从巷道底板起 1.6m 高水平的巷道宽度；当巷道不放置和不通行运输设备时，净宽指净高的二分之一处的水平距离。巷道净宽主要取决于运输设备本身的宽度，人行道宽度和相应的安全间隙，无运输设备的巷道可根据通风及行人的需要来选取。巷道内人行道的宽度和相应的安全间隙在煤矿安全规程内都有明确的规定：新建矿井、生产矿井新掘运输巷的一侧，从

28、巷道道碴面起 1.6m 的高度内，必须留有 0.8m（综合机械化采煤矿井为 1m）以上的人行道，管线吊挂高度不得低于1.8m；巷道另一侧的宽度不得小于 0.3m（综合机械化采煤矿井为 0.5m）。巷道内安设输送机时，输送机与巷帮支护的距离不得小于 0.5m；巷道内移动变电站或平板车上综采设备的最突出部分，与巷帮支护的距离不得小于 0.3m；输送机机头和机尾处与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要，并不得小于 0.7m。在生产矿井已有巷道中，人行道的宽度不符合上述要求时，必须在巷道的一侧设置躲避硐。两个躲避硐之间的距离，不得超过 40m。躲避硐宽度不得小于 1.2m，深度不得小于 0.7m，高度不得小于 1.8m，躲避硐内严禁堆积物料。在人车停车地点的巷道上下人侧，从巷道道碴面起 1.6m 的高度内，必须留有宽1m 以上的人行道，管道吊挂高度不得低于 1.8m。在巷道曲线段，车辆四角要外伸或内移，应将安全间隙适当加大，一般外侧加宽 200mm，内侧加宽 100mm。（2）巷道的净高度矩形和梯形巷道的净高度是指道自道碴面或底板至顶梁或顶部喷层面、锚杆露长度终端的高度。拱形断面的净高是指自道碴面至拱顶内沿或锚杆露出长度终端的高度，由壁高和拱高组成，半圆拱的拱高为巷道净宽的一半，圆弧拱及三心拱的拱高常取巷