《巷道掘砌工》.doc
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1、兼并重组煤矿采掘一线工安全技能培训教材巷道掘砌工主编:李银生 王修峰编写:薛建元王修峰田银林徐志刚尚建军义马煤炭高级技工学校前 言煤矿作为高危行业之一,安全生产始终是生产领域中的头等大事。特别是目前煤矿企业集团兼并重组的很多小煤矿,不同程度的存在着技术装备落后,职工素质不高,安全管理薄弱等等诸多问题,安全生产问题显得尤为突出。为适应煤矿采掘一线工种,特别是兼并重组小煤矿新工人安全、技能培训教学的需要,规范安全操作技能和提高自主保安意识,减少煤矿事故的发生,义马煤炭高级技工学校在广泛调研的基础上,组织编写了这套兼并重组小煤矿采掘一线工安全技能培训教材。本套教材分煤矿安全生产基本知识、采煤工和巷道
2、掘砌工三本。本套教材依据“采煤工”、“巷道掘砌工”的国家职业标准和国家煤矿安全监察局下发的新工人培训统一教学大纲要求,突出“以职业活动为导向,以职业技能为核心”,紧密结合本岗位的工作实际,力求通俗易懂、明了实用、针对性强。本教材培训学习后,可以了解煤矿安全生产法规及职业道德的基本要求,熟悉煤矿新工人入井生产和安全保安的基础知识与基本要求,掌握本工种技能要求所需的相关知识,提高预防和处理各类事故的能力和技能操作水平。本套教材主要用于煤矿采掘一线工种上岗前的安全、技能培训,尤其适合兼并重组小煤矿采掘一线工入职前培训,也可作为煤矿在职采掘工的技能鉴定培训学习用书和技工学校采掘专业相关课程教材。本套教
3、材由李银生同志担任主编,薛建元任副主编。巷道掘砌工一书由李银生、王修峰任主编,第一章、第二章由田银林同志编写,第三章至第六章由徐志刚同志编写,第七章由王修峰同志编写,第八章至第十一章由尚建军同志编写。本书由魏鹏、王修峰同志审核。本书在编写过程中,得到义马煤业集团公司安全监察局、人力资源部领导和专家的支持和指导,在此表示感谢。由于时间仓促,书中难免有不当之处,恳请广大读者批评指正。目 录第一篇 巷道掘砌专业相关知识第一章 岩石性质及矿山压力第一节 岩石性质与工程分级第二节 矿山压力及显现规律 复习思考题第二章 爆破安全技术第一节 矿用爆破器材第二节 采掘工作面爆破作业第三节 爆破作业安全注意事项
4、复习思考题第二篇 巷道掘砌工艺第三章 施工前的准备 第一节 掘进工作面作业规程 第二节 施工前工具、材料的准备及安全注意事项第三节 巷道断面 复习思考题第四章 巷道掘进 第一节 钻眼作业 第二节 装运作业复习思考题第五章 巷道支护第一节 架棚支护 第二节 锚杆(索)网喷支护 第三节 砌碹支护第四节 其它支护第五节 巷道维护与维修复习思考题第六章作业后检查第一节 安全评估 第二节 工艺验收复习思考题第七章 巷道顶板事故及防治第一节 巷道掘进顶板事故及其预防措施第二节 巷道掘进冒顶事故的处理复习思考题第三篇 掘砌机械设备第八章 煤 电 钻第一节 煤电钻结构及工作原理第二节 煤电钻的维护及故障处理复
5、习思考题第九章凿岩机第一节 凿岩机的结构与原理第二节 凿岩机的常见故障及处理复习思考题第十章 锚喷机具第节 锚杆钻机第二节 混凝土喷射机复习思考题参考文献第一篇 巷道掘砌专业相关知识 第一章 岩石性质与矿山压力第一节 岩石性质与工程分级岩石是有一种或几种矿物颗粒组成的集合体。大范围的岩石称为岩体。一、 岩石(煤)的物理力学性质岩石(煤)是煤矿井巷施工的主要对象,它的物理力学性质对凿岩和爆破及支护有很大的影响,了解这些性质有利于在实际工作中采用合理的施工方法。1.坚固性。它说明岩石抵抗外力作用的总强度。坚固性大的岩石,钻眼与爆破的难度相对就大。2.弹性与脆性。弹性是指作用在岩石上的外力消除以后,
6、岩石恢复原来形状和体积的能力。岩石的弹性越大,钻眼与爆破的难度就越大。 脆性是指岩石受到冲击或爆破时碎裂成块的特性。越脆的岩石越易破碎,脆性大的岩石应选用猛度大的炸药。3.层理与节理。层理是指构成岩(煤)层的各个层面。顺着层面最容易使岩石分裂成块,层理发育的采掘工作面顶板最容易离层,使工作面顶板管理困难,安全条件降低。 节理是指岩(煤)层的纵向裂缝。节理降低了岩体的整体性、固定性和稳定性,使岩(煤)体容易裂开成块,当层理与炮眼方向重合时,容易夹钎子,泄露爆炸生成的气体,降低爆炸效率,喷出的高温气流和火焰容易引燃瓦斯煤尘。当采煤工作面方向与节理方向平行时,工作面煤壁容易片帮伤人;当采煤工作面方向
7、与煤层顶板岩石节理方向平行或接近平行时,极易造成大面积冒顶。4.含水性和含气性。含水性是指岩(煤)层中含水的情况和暴露后渗出水的能力。 含气性是指岩(煤)层内含有某些气体,在采掘暴露后排出气体的能力。含水性和含气性与裂隙程度有关。泥质和钙质胶结的岩石,遇水后可能发生膨胀或松散,容易破碎,常使炮眼变形,以致无法装药。5.风化程度。它是指岩石受空气、水和温度作用而破坏的程度。风化后的岩石容易钻孔和爆破。6.黏性。黏性是指岩石块抵抗岩体分离的能力。岩石的粘性越大,炸药的消耗量越大。一般岩石顺着层理黏性较小,垂直层理的黏性较大。二、岩石的工程分级对于井巷掘进,最需要了解的是岩石的物理性质,并要对岩石进
8、行分级,以便能正确地进行工程设计,合理地选用施工方法、设备、器材,准确地制定生产定额和原料消耗定额。我国的大部分矿山,都是按岩石坚固性进行分级的。岩石坚固性是指岩石的爆破和凿岩的难易程度。分级指标f称普氏岩石坚固系数,其具体分级见表11。 从中可以看出,这个分级方法将岩石按坚固性分为10级15种,其中的 级还细分为两种,这在现场使用不很方便。为了简化,我国煤炭系统按坚固性将煤、岩分为:软煤: f=11.5; 硬煤: f=23; 软岩: f=23; 中硬岩: f=46; 硬岩: f=810; 坚硬岩石: f=1214; 最坚硬岩石: f=1520. 表11 普氏岩石分级表级别坚固性程度岩石普氏系
9、数f最坚固的岩石最坚固最致密的石英岩及玄武岩20很坚固的岩石很坚固的花岗岩类,石英板岩,硅质片岩;最坚固的砂岩及石灰岩15坚固的岩石致密的花岗岩,很坚固的砂岩及石灰岩,石英质矿脉,很坚固的铁矿石10a坚固的岩石坚固的石灰岩,不坚固的花岗岩,坚固的砂岩,坚固的大理岩,白云岩,黄铁矿8相当坚固的岩石一般的砂岩,铁矿石6a相当坚固岩石砂质页岩,泥质砂岩5坚固性中等的岩石坚固的页岩,不坚固的砂岩及石灰岩,软的砾岩4a坚固性中等的岩石各种不坚固的页岩,致密的泥灰岩3相当软的岩石软的页岩,很软的石灰岩,白垩,岩盐,石膏.冻土,无烟煤,普通泥灰岩,破碎的砂岩,多石块的土2a相当软的岩石碎石土,结块的卵石,坚
10、硬的烟煤,硬化的黏土1.5软岩致密的黏土,软的烟煤,坚固的表土层1.0a软岩微砾质黏土,黄土,细砾石0.8土质岩石腐植土,泥煤, 微砾质黏土,湿砂0.6松散岩石砂,细砾,松土,采下的煤0.5流砾状岩石流砂,沼泽土壤,包含水的土壤0.3第二节 矿山压力及显现规律 一、矿山压力(一)矿山压力地下岩体在未受采动影响前称为原岩。在原岩体内引起的应力称为原岩应力。原岩体内任意点的应力都处于平衡状态。井下采掘活动打破了原岩体内部的应力平衡,从而促使围岩产生运动,导致围岩发生变形、断裂、位移、直至垮落。这种由于在地下岩体中进行采掘活动,而在巷道围岩体中和采掘空间支护物上引起的作用力称为矿山压力,简称矿压(地
11、压)。 (二)矿压的形成1顶压的形成掘进巷道后,暴露出来的顶板形成一个岩梁。由于岩梁上部岩层和岩梁自重的作用,必然会产生弯曲,这种弯曲往往在巷道中间较大,在巷道两帮较小;顶板以及距顶板较近的上部岩层弯曲大,距顶板较远的上部岩层弯曲小,由于弯曲,岩层下部就会产生拉力,在弯曲大的部分就会出现裂隙。当压力进一步增大时,上下岩层之间就会出现裂缝,叫做离层。此时,如巷道无支架支撑,裂隙和离层继续发展,最后顶板就会冒落。一般说来,巷道顶板是受水平拉力的作用,由于岩石抗拉强度很低,很容易超过其强度,顶板岩石就开始冒落,范围也不断向上发展,最后形成自然平衡拱。如果巷道开掘后立即支护,支架就以其本身的承载力阻止
12、或减小岩石变形和移动。这部分岩石压在支架上的力,就叫顶压。顶压的大小决定于冒落拱的形状和大小,而拱的大小同顶板岩石性质和巷道宽度有关。在松软岩层中平衡拱一般为抛物线形;在坚硬有层理的岩石中,平衡拱一般近似三角形;在中硬岩石中,平衡拱介于上述二者之间。 侧压的形成侧压是指巷道两帮对支架的压力,它是由于两帮岩石或煤向巷道内挤压而形成的。巷道开掘后,在巷道的两帮形成支承压力,当承受的支承压力超过本身强度时,就会向巷道中间挤出。这种变形使巷道两帮逐渐移近,如果巷道两帮不支护或支护后的充填不密实。使变形得不到控制,继续发展下去就会造成片帮。片帮后,新暴露出来的两帮会继续向巷道中间挤出,即继续片帮,此时,
13、巷道压力会急速增加。如果巷道使用不能压缩的刚性支架,例如料石砌碹、钢筋混凝土棚子等来控制巷道两帮移近,在变形不严重时,这类支架可以取得较好的效果;而当侧压超过棚腿或砌墙所能承受的压力时,棚腿就会变形、折断或砌墙被破坏。巷道侧压的大小与两帮岩石性质及所承受的支承压力的大小有关。巷道所处深度越大,在巷道两帮所产生的支承压力就越大,两帮岩石破坏就越严重,作用在支架上的压力也就越大。而两帮岩石较软或稳定性较差时,遭受破坏就较严重,作用在支架上的压力也就越大。 底压的形成在巷道侧压的作用下,底板内部将会产生侧压力,并产生向上的底压,使底板鼓起、离层、弯曲或破坏。有的岩石如凝灰岩、黏土质岩石,当巷道有积水
14、,或巷道空气潮湿时,会使岩石吸水膨胀而底鼓产生底压。对于底板来说,除了底板岩层本身的重量是阻止底板向上鼓起的力量外,往往还设支架底梁去阻止底鼓。所以有时底板向上鼓起要比顶板下沉、两帮移近容易得多,也严重得多。巷道底鼓的破坏作用很大,主要表现在减少巷道的实际断面,造成通风、行人和运输困难,以致影响安全。底鼓破坏了底板的完整性,挤碎了底板,使支架两帮的柱腿容易插入底板、减少了支架支撑能力,使顶板下沉、破碎,从而给巷道维护带来困难。底鼓还会破坏轨道、运输机、水沟等巷道设施,影响生产。(三) 影响巷道矿压的因素影响巷道矿压大小的主要因素有:巷道深度、巷道断面大小、地质构造、围岩性质等。1.深度的影响巷
15、道所处深度大时,上覆岩层质量大,直接影响到巷道围岩中原岩应力的大小。浅部巷道的压力主要表现在顶板,深部巷道的压力来自四周,而且容易出现底鼓现象,有的巷道还有岩石冲击现象。2.巷道断面与支护形式不同的巷道断面形状与大小,以及不同的支护方式,直接影响巷道围岩应力状态及稳定状况。巷道越宽,所形成的自然平衡拱越大,产生的巷道压力也越大;采用锚杆支护的巷道围岩应力状况优于架棚、砌碹等支护的巷道。3.地质构造的影响在向斜轴、背斜轴、断层附近等构造处应力集中、地压较大,平行于这些构造走向的巷道更难维护。4.围岩性质的影响围岩强度的大小及稳定程度是影响巷道矿压的主要因素。岩石坚硬、稳定,则产生的矿压小;岩石松
16、软破碎、不稳定,则产生的矿压大。此外,在掘进过程中,如果受到水的影响,岩石强度则会降低,围岩维护难度加大,应特别加强工作面顶板管理。(四)巷道围岩来压的简易识别方法1.观察预兆法顶板来压预兆主要有声响、掉渣、片帮、出现裂缝、漏顶、离层等现象,由有经验的老工人认真观察工作面围岩及支护的变异情况,直观判断有无冒顶的危险。2.木楔探测法 在工作面顶扳(围岩)的裂缝中打入小木楔,过一段时间进行一次检查,如发现木楔松动或脱落。说明围岩(顶板)裂缝受矿压影响在逐渐增大,预示有冒顶险情。 3.敲帮问顶法 这是最常用的方法,其中又分锤击判声法和震动探测法2种。前者是用镐或铁棍轻轻敲击顶板和帮壁,若发出的是“当
17、当”的清脆声,则表明围岩完好,暂无冒落危险;若发出的是“噗噗”的沉闷声,表明顶板已发生剥离或断裂,是冒顶或片帮的危险征兆。震动探测法是对断裂岩块体积较大或松软岩石(或煤层)用判声法难以判别时采用的方法。具体作法是:用一只手扶在顶板下面,另一只手用镐、大锤或铁棍敲打顶板。如果手指感觉到顶板发生轻微震动,则表明此处顶板已经离层或断裂。这种操作方式人应站在支护完好的安全地点进行。二、巷道矿山压力现象及显现规律1. 矿山压力显现由于矿压的作用,在脆性岩体中,常常可以看见巷道片帮、冒顶;在塑性岩体内,围岩会向巷道内产生很大的变形和位移,如顶板下沉、两帮或底板膨胀等。如果巷道支架选择不当或强度不够,也会使
18、支架产生变形或破坏。这种在矿山压力作用下引起的围岩与支架的变形破坏现象,称为矿山压力显现。简称矿压显现。2.巷道出现矿山压力现象的原因矿井巷道的压力是既来自地下岩层又来自巷道本身,地下岩层厚达几百米甚至上千米,原岩压力每平方高达百吨到上千吨,这是造成矿山压力的根本原因。但如果不开凿巷道再高的原岩压力也无从释放,所以,矿井巷道开凿是造成巷道压力的直接原因。巷道的开凿打破了原岩的平衡状态,刚掘出的巷道顶板及其上部岩层,突然失去了支撑的同时,将其岩体重量转嫁给了两侧巷帮和掘进迎头,使得巷帮和掘进迎头的压力急剧升高,形成尖峰负荷,继而随着巷帮的酥松和剥落及支架和时间的推移,负荷的尖峰逐渐变成了高峰,并
19、使作用点移向巷帮内,这就是巷道出现压力的原因。3.矿山压力显现规律从“开口”第一次爆破后开始的压力,突然集中显现在巷道壁上,是原岩压力的几倍到几十倍,用压力曲线图表示,巷壁压力呈尖峰状态,如图11中初始压力曲线所示。 图11巷道压力显现示意图随着时间的推移,巷壁在这高压作用下逐渐酥碎了,压力则由尖峰变成了高峰并小了很多,其峰值作用点还逐渐向巷壁里面移动。由此可以看出,及时进行支护,用以支撑刚刚失去支撑的顶板,分担巷壁上的尖峰压力,对于缓和工作面的压力显现和减少片帮、冒顶,都是有利的。矿压显现会给地下开采工作造成危害,因此必须对巷道或回采空间进行支护,对软岩或破碎的煤岩进行加固,人为地使采空区顶
20、板按要求冒落。特别是在集中压力区域或较软的岩层里掘进,更应注意及时支护和支架架设质量。 复习思考题1.岩石(煤)的物理力学性质有哪些?它们对凿岩和爆破各有什么影响?2.岩石的工程分级有什么意义?我国煤炭系统按坚固性将煤、岩分为那几种类型?3.什么叫巷道压力?什么叫矿压显现?4.影响巷道矿压的因素有哪些?5.巷道围岩来压的识别方法有哪些?第二章 爆破安全技术第一节 矿用爆破器材 一、矿用炸药(一)矿用炸药的组成及特性矿用炸药是指适用于矿井采掘工程的炸药。我国的矿用炸药种类很多,目前常用的矿用炸药主要有以下几种。1.铵梯炸药1)组成成分。铵梯炸药是以硝酸铵作氧化剂、以梯恩梯作为敏化剂、食盐作为消焰
21、剂、再加入可燃成分木粉,按一定的比例组成的粉状混合炸药。铵梯抗水炸药需另加石蜡和沥青作为抗水剂,以提高炸药的抗水性能。2)特点。铵梯炸药原料来源广泛,生产工艺简单,成本低,威力有高、中、低不等,感度适中。铵梯炸药吸水性强,吸水后爆炸威力大为降低,有毒有害气体量增加。3)铵梯炸药的种类(1)岩石铵梯炸药岩石铵梯炸药的品种主要有:非抗水型1号、2号、3号岩石铵梯炸药;抗水型3号、4号岩石铵梯炸药。适用于中硬以下岩石爆破,但不能用于煤矿井下爆破作业。(2)煤矿许用铵梯炸药煤矿许用铵梯炸药是铵梯炸药的一种,其主要成分与岩石铵梯炸药基本相同,只是在炸药中加入了一定量的消焰剂。主要品种有:非抗水型2号和3
22、号煤矿铵梯炸药,抗水型2号和3号煤矿铵梯炸药以及被筒炸药5个品种。煤矿许用铵梯炸药可用于煤矿井下爆破作业。2号和2号抗水煤矿铵梯炸药适用于低瓦斯矿井的岩石掘进工作面;3号和3号抗水煤矿铵梯炸药可用于低瓦斯矿井的煤层采掘工作面;被筒炸药适用于煤与瓦斯突出矿井和处理被煤(矸)堵塞的溜煤眼爆破。铵梯炸药有效期为6个月。.水胶炸药水胶炸药是一种含水炸药,常态呈凝胶状。由于它具有威力高、安全性好、抗水性强等优点,是很多粉状炸药无法比拟的,因此水胶炸药的发展特别迅速,可用于井下小直径炮眼爆破,尤其是用于井下有水且坚硬岩石中的深孔爆破。1)岩石水胶炸药岩石水胶炸药具有爆炸威力大、抗水性能好等特点,且对机械作
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