巷道掘砌工技师培训.ppt
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1、,第一章 施工准备 第一节 读图与绘图,一、地质构造 地质体的概念 地质体:各种成因的自然岩石体或土质体。 特点:形态各异,尺度多种,性状多样,(一)产状要素 虽然构造的类型、成因、规模和形态千差万别,但从几何学上看,其基本结构可归纳为面状结构和线状结构。观察和测定这些面状结构和线状结构的空间方位和产出状态即产状,则是构造地质学研究的基础。 “产状”是什么? 产状要素,产状三要素 面状构造的产状指面状构造的空间产出状态,即指其与水平参考面和地理方位之间的关系。 任何面状构造或地质体界面的产状均以其走向、倾向和倾角的数据表示。 其中,倾向和倾角是必要条件。,一般认为:除盆地(包括洋盆和陆盆)的边
2、缘外,沉积岩层的初始产状都是水平的,受到力的作用发生变形后,它们的产状才有可能发生改变。,走向、倾向、倾角() 走向:倾斜面与水平面的交线叫走向线(左图中AE),走向线两端延伸的方向即为该平面的走向。,倾向:倾斜平面上与走向线相垂直的线叫 倾斜线(OD),倾斜线在水平面上 的投影所指的(沿平面向下倾斜 的)方位即倾向。 倾角() :指倾斜面与水平面之间的夹 角。,产状要素的表示方法 图示法长线表示走向,短线表示倾向,数字 表示倾角 数字法 SE 15060 象限法 S30E60 注意其习惯用法!,60,N,S,E,W,60,产状要素的表示方法 图示法长线表示走向,短线表示倾向,数字 表示倾角
3、数字法 SE 15060 象限法 S30E60 注意其习惯用法!,60,(二)皱褶,褶皱 指地质体中呈弯曲形态的构造形迹(现象)。,褶皱,基本形态:背形、向形,基本形态: 背形、向形,褶皱基本形态,背形指褶皱面上凸式弯曲 向形指褶皱面下凹式弯曲,基本类型 根据褶皱面(层)的弯曲形态和地层变新之关系可分: 背斜核部老地层、翼部新地层 向斜核部新地层、翼部老地层,向斜 背斜,背斜,向斜,基本要素 核 翼 拐点,特征线 枢纽指同一褶皱面上最大弯曲点的连线 轴迹(褶轴) 特征点 顶(脊) 拐点 槽 特征值 波长、波幅、翼间角,特征面 褶皱面 轴面各相邻褶皱面的枢纽连成的面 背面 槽面,褶皱的翼间角,褶
4、皱描述术语,褶皱转折端形态,圆弧褶皱,尖棱褶皱,箱状褶皱,挠曲,圆弧褶皱,尖棱褶皱,箱状褶皱,挠曲,直立水平褶皱,直立倾伏褶皱,斜歪水平褶皱,斜卧褶皱,平卧褶皱,倾竖褶皱,斜歪倾伏褶皱,(三)断层,断层 指破裂面两侧的岩块发生显著位移的断裂构造。,断层的基本描述术语 断层面岩层断裂后形成的破裂面 断层线断层面与地面的交线 断盘断层面两侧发生相对位移的岩块 上盘 下盘,断层面,断层线,断盘(上盘),断盘(下盘),断层线,断距断层位移距离 滑距是指断层两盘实际的位移距离 地层断距 是指被错断岩层在两盘上的对应层之间的相对距离(在垂直岩层走向剖面上观测) 平错和落差 在垂直岩层走向剖面上观测,断层与
5、有关构造的几何关系分类 1断层走向与岩层走向的关系: 走向断层 倾向断层 斜向断层 顺层断层 2断层走向与褶皱轴向的关系: 纵断层 横断层 斜断层,断层两盘相对运动分类,正断层:上盘下降、下盘上升的断层。 特征:断面产状陡,倾角一般在450以上。大型正断层往往上陡下缓呈铲状。,逆断层:上盘上升,下盘下降的断层。 高角度逆断层:断面倾角在450以上。 低角度逆断层:断面倾角小于450。,平移断层断层两盘顺断面走向相对运动的断层 特征:断面近于直立,水平错动,枢纽断层:断层两盘相对发生大的旋转。,断层的识别 地形地貌标志 断层崖、断层三角面、地形错开等 岩石标志体的错开 构造标志 断层破碎带、面理
6、化带、断层构造岩、构造突变带等,断层崖,断层三角面,地形错开,岩石标志体的错开,断层破碎带,断层破碎带,构造透镜体,面理化带,断层构造岩,断层构造岩、构造突变带等,二、矿 图 (一)、 矿图的概念和种类 为了满足矿井设计、施工和生产管理等工作的需要而绘制的一系列图纸,统称为矿图。矿图是进行矿井设计、科学管理和指挥生产、合理安排生产计划、预防和治理灾害等必备的基础资料。 生产矿井必备的基本矿图可分为两大类:矿井测量图,矿井地质图。,矿井测量图中,根据测量成果直接展点绘制的,称为原图;根据原图复制的称为复制图。按照规程的规定,常用的矿井测量图有以下八种: (1) 井田区域地形图,比例尺为12000
7、或15000; (2) 工业广场平面图,比例尺为1500或11000; (3) 井底车场平面图,比例尺为1200或1500; (4) 采掘工程(分层)平面图,比例尺为11000或12000; (5) 主要巷道平面图,比例尺为11000或12000; (6) 井上、井下对照图,比例尺为12000或15000; (7) 井筒断面图,比例尺为1200或1500; (8) 主要保护煤柱图,包括平面图和断面图,比例尺一般与采掘工程平面图一致。,(二)、 矿图的分幅与编号 矿图的比例尺一般都不小于1/5000,其分幅方法有正方形分幅和自由分幅两种。 1、 正方形分幅与编号 正方形分幅是以纵横坐标的整公里数
8、或整百米数作为图幅的分界线,图廓呈正方形。一幅15000的图分为四幅12000的图;一幅12000的图分为四幅11000的图;一幅11000的图分为四幅1500的图。,采用正方形分幅时,图幅按下述方法编号:比例尺为15000的图幅的编号由该图幅所在投影带中央子午线的经度与图廓西南角点的坐标(以km为单位)组成,如某幅15000的图,所在投影带中央子午线的经度为117,图廓西南角点的坐标为x=4426 km,y=548 km,则该幅图的编号为:117-4426-548。比例尺为12000至1500的图的编号是在15000的图的基础上进行的:12000的图的编号是在其所在的15000的图的编号后加
9、甲、乙、丙、丁;11000的图是在其所在15000的图的编号后加1、216;1500的图是在其所在15000的图幅编号后加(1)、(2)、(3)(64)。,2、 自由分幅与编号 在实际应用中,大部分矿图都是采用自由分幅的方法,即图幅的大小可自由选定,坐标格网线可与图边斜交。但一般应符合以下要求: (1) 便于长期保存; (2) 便于绘制和使用; (3) 在同一矿井中,图幅的大小应尽量一致。 自由分幅的矿图,一般不进行统一的编号,而是在规定的图签中加注图名,以便于查找和使用。,(三)、 矿图绘制的基本原理 矿图实际上是反映矿区范围内地物、地貌以及井下的巷道、地质构造和煤层空间赋存状态的图件。矿图
10、一般都是根据标高投影的原理绘制的。矿井的井筒、钻孔、测量的控制点等就是根据点的标高投影原理而绘制的;巷道的中心、煤岩层面的交线等在局部可视为直线,煤层面、断层面等在局部可视为平面,因此,绘制和识读的基础就是要掌握点、直线、平面的标高投影的基本方法以及它们间的相互位置关系。,标高投影 采用水平面作为投影面,将空间物体上各特征点垂直投影于该投影面上,并将各特征点的高程标注在旁边,这种投影方法称为标高投影。 (一)、 点的标高投影 自空间的被投影点向投影面(水平面)作垂线并在垂足处注明点的标高,即得该点的标高投影。如图所示。由此可见,点在投影面上的位置仅由其平面直角坐标x、y决定,高程位置只能通过注
11、记在旁边的标高数值来区分。,(二)、 直线的标高投影 1、直线的标高投影表示方法 直线的标高投影可以用直线上两点的标高投影的连线表示,也可用直线上一点与标明该直线倾角(或斜率)的射线表示。两种表示方法如图。,2、 直线的要素及其相互关系 直线的实际长度称为直线的实长,以L表示;直线在水平面上投影的长度称为直线的水平长度,也称平距,以D表示;直线与其在水平面上投影线的夹角称为直线的倾角,以表示;直线两端点的高程之差称为直线的高差,以h表示;直线的高差h与其平距D之比称为直线的斜率,也称坡度,以i表示。,3、 空间两直线的相互位置 空间两直线的相互位置关系有平行、相交和交错三种。若空间两直线的标高
12、投影彼此平行,且倾斜方向一致、倾角相等,则空间两条直线彼此平行;若空间两直线的标高投影相交,且交点的标高相同,则空间两直线相交;若空间两直线既不平行,又不相交,则必交错。交错有三种情况: 投影相交,交点的标高有两个; 投影平行且倾向相同,但倾角不等; 投影平行,倾向相反。,(三)、平面的标高投影 1 平面标高投影的表示方法 平面的标高投影是以平面上的两条等高线在水平面上的投影来表示的。 2 平面的三要素 平面的走向、倾向和倾角统称为平面的三要素。平面的三要素表示了平面的空间状态。等高线的延伸方向称为平面的走向;倾斜平面内垂直于等高线由高指向低的直线,称为平面的倾斜线,倾斜线在水平面上的投影,称
13、为平面的倾向线,倾向线的方向称为平面的倾向;倾向线与倾斜线间的夹角(即图中的),称为平面的倾角。,运用标高投影表示平面,也能反映出平面的三要素。等高线的箭头所指方向即为平面的走向;垂直于等高线,由高指向低的方向即为平面的倾向;两条等高线间的高差与对应平距之比的反正切即为平面的倾角。,3 空间两平面的相互位置 空间两平面的相互位置关系有平行和相交两种。若空间两平面的等高线相互平行、倾向相同、倾角相等则它们彼此平行,。空间两平面相交有如下三种情况:(1) 两平面的等高线平行,倾向相反;(2) 两平面的等高线平行,倾向相同,但倾角不等;(3) 两平面的等高线相交。,空间两平面相交时,在标高投影图上求
14、其交线的方法是:第(3)种情况,两平面等高线的交点的连线即为其交线;第(1)、第(2)种情况,由于两平面的等高线平行,因此,它们的交线也必与等高线平行,这时,只要在标高投影图上沿垂直等高线的方向作垂直剖面,求出交线处的标高即可。,采掘工程平面图 概述 采掘工程平面图是将开采煤层或其分层内的采掘工程和地质情况,采用标高投影的原理,按一定比例尺绘制而成的图纸。 按照规定,采掘工程平面图上应绘制以下内容: (1) 井田技术边界,保安煤柱及其他边界线,注明名称和批准文号; (2) 本煤层以及与开采本煤层有关的巷道(主要巷道应注明名称和月末工作面位置,斜巷应注记倾向和倾角,巷道交叉口、变坡以及平巷等特征
15、点),在图上每隔50100 mm应注记轨面或底板的高程; (3) 回采工作面和采空区,注记工作面月末位置、平均采厚、煤层倾角、开采方法、开采年度和煤层小柱状,丢煤应注明丢煤原因和煤量;,(4) 永久导线点和水准点,注明点号和高程;临时点要根据需要注记; (5) 钻孔、勘探线、煤层露头线、风化带、煤层变薄区、尖灭区、陷落柱和火成岩侵入区、煤厚点、煤样点以及实测的主要地质构造; (6) 发火区、积水区、煤和瓦斯突出区、冒流沙区等; (7) 井田边界外100 m以内的邻矿采掘工程和地质情况,井田范围内的小煤窑及其开采范围; (8) 根据图面允许和实际要求,还可加绘煤层底板等高线、地面重要工业建筑、居
16、民区、铁路、重要公路、大的河流和湖泊等。 可分为设计图和测量图两种。设计图主要用于对采掘工程的规划和设计;测量图主要用于实际指挥生产,必须随测随绘,反映采掘工程的现状。 采掘工程平面图一般都要求分煤层绘制。,(二)、采掘工程平面图的识读 搞清煤层的产状要素和地质构造以及井下各种巷道间的相互位置关系。 1 煤层的产状要素和地质构造的识读 主要是通过煤层底板等高线和有关矿图符号来识别。煤层的走向即煤层底板等高线的延伸方向,煤层的倾向是垂直于煤层底板等高线由高指向低的方向;煤层的倾角则需要通过计算煤层底板等高线的等高距和等高线平距之比的反正切来求取。煤层的地质构造则需要通过煤层底板等高线结合有关矿图
17、符号一起来识读。,2、 各种巷道间相互关系的识别 竖直巷道、水平巷道和倾斜巷道的辨别 在采掘工程平面图上竖直巷道是用专门符号来表示的,这时关键是区分它们与钻孔符号间的差异,钻孔符号一般是孤立的,而竖直巷道都是与其他巷道连通的。另外,还可利用注记的巷道名称进行区分。水平巷道和倾斜巷道主要是通过巷道内导线点的标高来辨别,也可利用巷道名称来辨别。 煤巷和岩巷的辨别 煤巷和岩巷的辨别主要是通过巷道处煤层底板等高线的标高与巷道内导线点的标高间的关系来区分。若二者标高很相近,则为煤巷,否则为岩巷;也可通过巷道名称来区分一部分煤巷和岩巷。 巷道相交、相错或重叠的辨别 区分巷道相交和相错主要是通过两条巷道内导
18、线点标高间的关系。 重叠巷道是指两条标高不同的巷道位于同一竖直面内。此时,在采掘工程平面图上,它们是重叠在一起的,但通过巷道内导线点的标高可区分出上部巷道和下部巷道;另外,上部巷道是用实线绘出的,下部巷道则是用虚线绘制的。,(三)、 采掘工程平面图的应用 采掘工程平面图是了解矿井采掘工程情况和地质构造情况,进行矿井采掘工程设计和采掘工作地质预报以及指挥矿井生产的重要资料,同时还可利用它来绘制生产计划图、通风系统图、井上下对照图和“三量”计算图等图纸。除此之外,采掘工程平面图还有以下用途。,1、 用于求巷道的长度和倾角 要求巷道AB的实际长度L和倾角。首先用比例尺量取AB两点的水平长度d并利用注
19、记的标高计算出A、B两点间的高差h,再计算L和。 2、 计算煤炭产量 要求月煤炭产量,可按下述步骤进行计算: (1) 计算四月份回采区域的水平面积S (2) 计算实际回采面积S (3) 计算回采体积V (4) 计算四月份的煤炭产量Q,其他矿井测量图 1、 井田区域地形图 井田区域地形图与一般地形图基本类似,只不过加绘了一些井田范围内的特别地物和境界线,如井筒、钻孔和井田开采边界线等。 2、 工业广场平面图 工业广场平面图的绘制内容和绘制方法与井田区域地形图很相似,但绘制范围要小,一般只绘制工业广场(包括洗煤厂)范围内的主要地物和地貌。 3、 井底车场平面图 井底车场平面图是将井底车场内所有巷道
20、和硐室,按照标高投影的原理,投影到水平面上而绘制的。,4、 主要巷道平面图 主要巷道平面图与采掘工程平面图基本相同,不绘制一些次要的巷道,但要加绘水闸门、水闸墙、永久风门、防火门、突水点和抽放水钻孔等信息。 5、 井上下对照图 井上下对照图是以井田区域地形图为基础加绘主要巷道综合平面图上一部分信息以及井田开采边界和主要保护煤柱边界绘制而成的。 6、 井筒断面图 包括井筒垂直剖面图和横断面图两部分,同时还要以附表形式列出井中坐标、井筒直径和深度、井口和井底高程、提升方位、开工与竣工日期以及施工单位等。 7、 主要保护煤柱图 保护煤柱图是为了保护矿区地表的铁路、建筑物和水体免受地下开采影响所划定的
21、煤层开采边界的综合图纸。主要保护煤柱图由平面图、若干剖面图和附表组成。,第二节 掘进施工工艺,巷道通过松软破碎带的施工方法,概述 松软岩层具有松、散、软、弱四种不同属性。所谓“松”,是指岩石结构疏松、密度小、孔隙度大的岩层;“散”,则指岩石胶结程度很差或未胶结的颗粒状岩层;“软”,是指岩石强度很低、塑性大或含粘土矿物质易膨胀的岩层;“弱”,则指受地质构造的破坏,形成许多弱面,如节理、层理、裂隙等,破坏了原有的岩体强度。,2019/6/30,在松软岩层中施工巷道,掘进较容易,维护却极其困难,采用常规的施工方法和支护形式、支护结构,往往不能奏效,因此解决软岩支护问题便成为井巷施工的关键问题。 其中
22、最主要的是必须根据岩层性质和地压显现特点选择合理支护方式和结构,正确选择巷道位置和断面形状,同时加强巷道底板的管理,采用合理的掘进破岩工艺以及对围岩进行量测监控等,如能结合工程的具体地质条件,采取相应的技术措施,就有可能顺利地在松软岩层中进行施工,并使巷道易于维护且处于稳定状态。,2019/6/30,松软岩层巷道施工的几个问题 (一)正确选择巷道位置 正确选择巷道位置是保证巷道处于稳定状态最关键的条件之一。选择巷道位置应着重考虑以下两个方面: (1)岩石性质。应尽量将巷道布置在遇水膨胀量小、质地均匀、较坚硬的岩层中。在同一条巷道内,即使围岩性质只有微小的差异,巷道压力的显现也有明显的差别。 如
23、:辽源梅河三井+180m水平运输大巷,原布置在具有膨胀流变性质的第三纪泥灰质页岩内,采用料石砌碹,收敛量达620mm,60天后碹体逐渐破坏。当大巷后移70m,开掘在白垩纪赤色砂岩中之后,虽然延长了石门长度,但巷道地压显现大为减弱,围岩变形仅有2mm。,2019/6/30,2019/6/30,(2)支承压力的影响。 回采动压是造成煤层底板岩石大巷破坏的主要原因。煤层开采以后,其底板岩石大巷的压力就有明显的增加。底板岩石大巷与煤层距离的大小和落煤方式有关。用风镐落煤时,岩石大巷距煤层达2030m时,基本上可不受动压的影响;而用爆破落煤时,岩石大巷距煤层40m以外仍然遭到破坏。 除了要避免支承移动压
24、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。 某煤矿是将岩巷布置在距煤层垂距2030m,与采场上端煤柱上角水平线成45角的范围内,受到压力较小,如图14-1所示。,(二)巷道断面形状的选择 由于松软岩层地质情况非常复杂,巷道支护不单纯受岩层的重力作用,有时周围还受到很大的膨胀压力。有时巷道的测压比顶压大几倍,若采用常规的直墙半圆拱或三心拱形断面显然难以适应,往往造成巷道的破坏和失稳。因此,合理选择断面形状对维护松软岩层巷道的稳定尤为重要。 巷道断面形状应根据地压的大小和方向来选择。若地压较小,选用直墙半圆拱形是合理的;巷道周围均受到很大的压力,
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