煤矿巷道施工技术(第二章)掘进、支护设备及工程材料.ppt

巷道施工技术与快速掘进,CompanyLogo,,目录,,,,,,,,,,,,,一、引言、巷道地压及其特点－４,二、掘进、支护设备；工程材料－２,三、巷道断面设计－２,四、巷道掘进－８,五、巷道支护－８,七、硐室施工、快速掘进录像及复习－２,六、采区巷道和煤仓施工－２,CompanyLogo,,第二章掘进、支护设备及工程材料,,,,,,,,一、掘进机械、支护设备,二、常用工程材料,CompanyLogo,,第一节掘进、支护设备煤矿巷道施工技术的内容。掘进工艺钻爆破岩掘进、悬臂式掘进机、连续采煤机、掘锚联合机组、全断面掘进机。支护工艺木支护、砌碹支护、金属支架、混凝土支架、锚杆、锚喷支护、液压支架支护。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,一、钻爆破岩掘进机械岩巷钻眼机械气动凿岩机电动、内燃凿岩机液压凿岩机液压掘进钻车煤巷钻眼机械煤电钻、风钻。钻眼工具配件钎头钎杆,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,第二章掘进、支护设备及工程材料,冲击破岩原理破岩原理凿岩机是利用压气推动机体内的活塞前后移动打击钎子完成钻眼工作的。它的破岩原理钻孔形成过程如图21所示。钎刃在冲击力F的作用下凿入岩石，凿出深度为的沟槽工一工，然后将钎子转动一角度口，再次冲击，此时不但凿出沟槽Ⅱ一Ⅱ，而且两条沟槽之间的岩石，也被冲击时产生的水平力H剪切掉。为使钎刃始终作用在新的岩面上，必须及时排除岩石碎屑。冲击、转杆、排粉，往复循环地持续进行，便可凿出圆形炮眼。,,,,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,气动凿岩机,,,,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,电动凿岩机,,,,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,内燃凿岩机,,,,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,液压凿岩机,,,,点击图片查看凿岩机工作演示,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,煤矿用全液压掘进钻车,,,,CompanyLogo,,气动与液压凿岩机的对比,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,全液压机组的施工效果对比。,CompanyLogo,,气动与液压凿岩机的对比,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,全液压机组的施工效果对比。,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,煤巷施工钻眼机械－煤电钻,,,,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,配件－钎头,,,,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,硬化钨类硬质合金片主要性能,,,,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,配件－钎杆,,,,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,配件－麻花钻杆,,,,CompanyLogo,,钻爆破岩掘进机械的选择１、类型选择２、钻机主要参数３、配件主要参数,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,二、悬臂式掘进机,,,,CompanyLogo,,引言-巷道施工技术的内容,掘锚联合机组,,,,CompanyLogo,,掘进机的选型一、掘进机分类１．根据经济截割岩石硬度的不同分类（１）煤巷掘进机经济截割岩石硬度f≤５；（２）半煤岩掘进机经济截割岩石硬度6≤f≤8；（３）岩巷掘进机经济截割岩石硬度f≥9。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,２．根据适用巷道断面大小的不同分类（１）小断面掘进机适用巷道断面＜7m2；（２）中断面掘进机适用巷道断面7～20m２；（３）大断面掘进机适用巷道断面＞20m2。３．根据整机重量的不同分类（1）轻型掘进机整机质量＜20t；（２）中型掘进机整机质量20～60t;（３）重型掘进机整机质量＞60t。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,４．根据工作机构的运动形式不同分类可分为纵轴式和横轴式、摆动式和摇臂式。５．根据截割机构的不同分类可分为截链式、截盘式、滚筒式和钻削式。６．根据破碎原理的不同分类可分为截割式、冲击镐式、滚压式和高压水射流式。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,7.根据传动方式的不同分类（１）机械传动掘进机除液压缸外全部采用机械传动；（２）液压传动掘进机除截割机械外全部采用液压传动。8.根据行走机构的不同分类可分为轮轨式、液压迈步式、履带行走式和掩护盾式（甲虫式）。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,由于悬臂式掘进机同时破碎的断面所需的功率小，因而其体积小，重量轻，拆装、运输及维护都比较方便；机动灵活，可以掘进不同大小、不同形状的巷道断面，可以破落f≤10的各种不同硬度的岩石，适应性强；设备投资少，运行成本低，尤其是履带行走滚筒截割液压传动的悬臂式掘进机体现得更突出，因此得到了迅速的发展和广泛的应用，在世界范围广泛应用于煤矿、石膏矿、岩盐矿等非金属矿山和公路、铁路、地铁和水利等各种工程隧道涵洞的掘进。全世界应用量在8000台左右。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,目前广泛应用的截割滚筒式悬臂式掘进机，由于其采用截齿截割破碎原理，破碎比能耗大，截割过程不可避免地产生摩擦磨损，摩擦产生的火花和热量使齿尖温度可高达1000℃以上，一方面对存在可燃烧性气体的工作环境造成安全隐患，另一方面对齿尖材料的热硬性要求很高，这就从根本上限制了其可截割岩石硬度的进一步提高。就目前的技术发展水平而言，部分断面掘进机适合应用在岩石硬度≤10,岩石研磨系数≤0.2、巷道坡度≤18。（掩护盾式掘进机可≤30。）的各类地下工程巷道及涵洞的掘进。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,综合掘进机械化工作面，除由掘进机、转载机和运输设备完成落、装、转、运作业外，还需要配置辅助运输设备，以便运输支护材料和其他器材；为了创造一个良好的作业环境，需要设置通风和除尘设备，还需要配备相应的供电和控制设备；为了实现安全生．产，需要安设瓦斯断电仪等必要的安全装置。因此，根据综掘工作面的地质条件和掘进工艺，对配套的单机进行合理选择并组成综掘机械化成套设备不仅十分必要，而且还可以为取得良好的技术、经济效益创造有利条件。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,为了提高综掘机械化成套设备的可靠性，保证配套单机的最佳工况和协调工作，设备配套应遵循以下原则（1）配套单机的主要技术特征和参数必须满足掘进巷道的地质条件及巷道掘进工艺的要求。（2）综掘机械化成套设备的综合生产能力，应以掘进机的生产能力为主要依据（掘进机的掘进速度经常受支护和转运设备的影响而不能连续工作），其他配套设备（桥式皮带转载机、可伸缩带式输送机）的生产能力应稍高于掘进机的生产能力，过高或偏低都会影响整套设备的协调工作。3选择掘进机时，应把满足巷道断面和所截割煤岩硬度的要求作为主要依据。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,支护设备木支护－砌碹支护－金属支架－混凝土支架－锚杆、锚喷支护－锚杆钻机、喷浆机液压支架支护－,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,锚杆钻机,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,锚杆安装机（车）,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,锚杆安装机（车）,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,掘进机支护系统,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,锚杆钻机喷浆机,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,一、水泥,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,一、水泥水泥是人工制造的一种水硬性胶凝材料。工程上主要用它来胶结散粒状材料，使之成为具有一定强度的整体，如用来制作混凝土、水泥砂浆、喷射混凝土等。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,一硅酸盐水泥1．水泥的定义国家标准GBl751999规定硅酸盐水泥凡是以硅酸盐水泥熟料，O～5％的石灰石或粒化高炉矿渣加入适当的石膏，磨细成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,硅酸盐水泥可分为两种类型I型硅酸盐水泥，是不掺混合材料的水泥，其代号为P．I。Ⅱ型硅酸盐水泥，是在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5％的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的水泥，其代号为P．Ⅱ。普通硅酸盐水泥凡是由硅酸盐水泥熟料、6％～15％的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥简称普通水泥，代号P．0。。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,2．水泥强度水泥强度是水泥性能的重要指标，同时也是工程上选用水泥的主要依据。水泥强度检验标准GB／T176711999规定水泥、标准砂及水按13O．5的比例混合，按规定的方法制成40mm40mm160mm的试件，在标准条件下[温度为20士1℃、相对湿度90％以上]进行养护。分别测得3d和28d的抗折强度和抗压强度。以28d的抗压强度作为水泥的标号，但3d和28d的抗折强度不得低于表3一l的规定。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,水泥的其他性质1水泥的密度。2细度。3标准稠度的需水量。4凝结时间。5体积安定性。6水化热。7抗水性。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,硅酸盐水泥和普通水泥具有以下特点1早期强度高，凝结硬化快；2水化热高，抗冻性好，但不适合大体积混凝土工程应用。3抗水性较差，耐酸、碱、盐的化学腐蚀性差。硅酸盐水泥和普通水泥在井巷支护上被广泛应用。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,以上矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥各龄期强度应不低于表32的规定值。这几种水泥的特点是1抗水性好，对硫酸盐腐蚀的抵抗力强；2水化热低；3凝结较慢，早期强度低；4干缩性较大。这类水泥适用于大体积工程如堤坝、大型基础工程等、海底或含矿物质地下水的水下工程。要求早强或在低温下施工的工程，不宜使用。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,在水泥运输或储存时，一定要注意防潮、防水，且保存期不宜过长，因空气中有水分及二氧化碳气体，会严重降低其强度极限和延长终凝时间。一般三个月后就会使强度降低10％～20％。超过三个月，必须重新测定标号，按测得的标号使用。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,二、混凝土井巷支护常用的混凝土是由水泥、砂、石子和水组成的。其中砂、石子起骨架作用，小石子充填于大石子空隙中，而砂子又充填于石子空隙中。石子称为粗骨料，砂子称为细骨料，水泥称为胶凝料，掺水后成为水泥浆，将砂、石胶凝在一起，经凝结、硬化形成坚硬的混凝土。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,二、混凝土,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,一混凝土的组成料才及要求1．水泥水泥是混凝土中的胶结材料，配置混凝土时，正确选择水泥品种及标号是至关重要的，它是决定混凝土质量和经济合理性的主要因素。2．细骨料粒径在O．15～5mm之间的骨料为细骨料。常用者为天然砂，以河沙为优。天然砂中常夹有一些有害杂质，如粘土、淤泥、云母、硫酸盐、硫化物等，影响水泥的粘结，减小混凝土强度，会使钢筋锈蚀。有关规定见表32，如超过规定，则必须水洗、筛选，并控制在允许范围内。砂按粒径不同可分为粗砂、中砂和细砂。细砂表面积大，包围砂粒的水泥浆就要多，水泥用量就大；粗砂总表面积小，节省水泥，但砂粒间孔隙大，孔隙内又增加了水泥浆，而且在凝结前会产生泌水现象，影响混凝土质量。故砂的粒径大小必须合理搭配。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,3．粗骨料凡粒径大于5mm的骨料为粗骨料，常用的有碎石和卵石两种。碎石比卵石表面粗糙、多棱角，空隙率和总表面积较大，在同样条件下，用其制作的混凝土强度较高。粗骨料有害杂质的含量和具有针、片状的颗粒不得超过表32的规定。粗骨料大小也应合理搭配，使之互相充填，减小空隙，以增加混凝土的密实性和节省水泥用量。粗骨料粒径以5～60mm为宜。4．水一般饮用水均可拌制混凝土及养护混凝土。对水的要求是PH4；硫酸盐含量按SF计不应超过水重的1％。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,二混凝土的主要技术性质未成形的混凝土拌合物，必须具有良好的和易性，即合适的稠度、良好的粘滞性和保水性，以便于施工。硬化后的混凝土则需达到设计强度和有关技术性能。1．混凝土拌合物的和易性混凝土组成材料按一定的比例加以配合、拌匀而未凝结前，称为混凝土拌合物。混凝土拌合物的和易性，是指新拌合的混凝土拌合物在保证质地均匀、各组成成分不离析的条件下，适合于拌合、运输、浇灌和捣实的综合性质。和易性好的混凝土拌合物，易于搅拌均匀；运输与浇灌时不产生离析泌水；捣实时，流动性大，易于充满模板各部空间，所制成的混凝土内部质地均匀致密，其强度和耐久性得以保证,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,2．混凝土强度混凝土强度包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度等，其中以抗压强度为最大。混凝土强度的测定，是以其拌合物按标准做成15cm15cm15cm的立方体试件，在标准条件下温度20℃、相对湿度90％～100％养护28d后，进行抗压强度试验，其极限抗压强度MPa，就称为混凝土的强度。按强度不同分为10个等级，即C5、C7．5、CIO、C15、C20、C25、C30、C40、C50、C60，其中C5～CIO多用于基础及设计应力不大的大体积工程；C15～C30为常用的混凝土，用于普通的混凝土及钢筋混凝土结构中；C30以上的混凝土用于预应力钢筋混凝土及对强度要求很高的特殊结构中。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,三混凝土外加刺为了改善混凝土拌合物的和易性，调节其凝固时间，控制强度增长速度，提高混凝土的密实性和耐久性。在混凝土材料中常掺入一些外加剂，如早强剂、减水剂、速凝剂等。1．早强剂为提高混凝土早期强度而用的外加剂为早强荆。常用的早强剂有氯化钙和氯化钠。它对水泥中硅酸三钙和硅酸二钙水化时起催化作用，促使水泥早强。一般掺量为水泥重量的19，6～2％。可使混凝土在前三天的抗压强度增长到40％～60％。由于氯盐对钢筋有锈腐作用，在钢筋混凝土中不应使用。2．减水剂为了提高混凝土拌合物的和易性又能相应减少拌合水量而用的外加剂，称为减水剂。常用的减水剂有亚硫酸盐纸浆废液和木质素硫磺酸钙等。他们均为表面活性物质，掺入混,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,凝土中被水泥颗粒吸附在表面上，加大水泥颗粒之间的静电斥力，使水泥颗粒分散，破坏凝胶体结构，使其内部的游离水释放出来，从而增加了混凝土拌合物的流动性，并可大量地减少拌合水量，提高了混凝土的密实性，增加了混凝土的强度和抗渗、抗冻性等，效果十分显著。3．速凝剂为了使混凝土快速凝结并迅速达到较高的强度而使用的外加剂，称为速凝剂。常用的速凝剂有红星I型和711型，掺入后可使水泥在5min内初凝，10min内终凝。初始强度为未掺速凝剂时的3倍左右，但3d以后的强度则比不掺速凝剂时降低12％～30％，而且掺入量越多，后期强度损失越大，其最佳掺量为水泥重量的2．59，6～4％。速凝剂的吸湿性强，应妥善保管，受潮后对速凝效果有显著影响。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,三、砂浆三、砂浆一砂浆种类砂浆由胶结材料、水及细骨料配合而成。常用的胶结材料有水泥、石灰、石膏等，细骨料以天然砂用得最多，有时也可使用细矿渣及石膏等。砂浆与混凝土的区别在于不含粗骨料。因而混凝土和易性、强度、耐久性等性质，基本上适合于砂浆。但有些性质还有不同的要求。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,砂浆按胶结材料不同，有以下几种1水泥砂浆以水泥作胶结材料的砂浆，多用于井巷工程。2石灰砂浆以石灰作胶结材料的砂浆，多用于地面建筑砌体或抹面中。3混合砂浆水泥与石灰作胶结材料混合使用的砂浆，多用于地面建筑工程。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,--砂浆的性质与配合比1．砂浆的基本性质1砂浆拌合物的和易性。砂浆由组成材料拌合后，乘务砂浆拌合物。其拌合物必须有适宜于施工的工艺性质，通常称为和易性。和易性好的砂浆，不仅在运输和施工过程中不易产生分层、析水现象，而且容易在砖石面上铺成均匀的薄层，能与砖石面很好地粘结；而和易性差的砂浆则不但施工困难，而且强度、密实性和耐久性均差。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,砂浆和易性的好坏，决定于砂浆的流动性和保水性。砂浆的流动性也称为稠度，通常用标准圆锥体在砂浆内沉人的深度以cm为单位数值表示，此值又称为“沉人度”。影响砂浆流动性的因素加水量，胶结材料用量，细骨料的粗细和颗粒圆滑状况，细骨料的空隙率，搅拌时间等。保水性是指砂浆拌合物在运输或停放过程中能均匀地保持水分的性能。保水性差的砂浆，在运输停放时，水容易析出上浮，砌筑时水分易被砌体吸收致使砂浆干固。保水性的好坏主要取决于组成材料的配合，胶结材料少，水与砂增多，保水性就差；反之，保水性就好。为了增加保水性，可掺入塑化剂或其他掺合料。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,2砂浆的强度。砂浆的强度以抗压强度为主要指标。将7．07em7．07em7．07cm的立方体试块，在温度为20士5℃及正常湿度条件下的室内不通风处养护28d后，进行抗压极限强度测定，其各试件平均抗压极限强度定为砂浆标号。砂浆标号划分为O、2、4、10、25、50、75、100、150和200号等十级。O号砂浆表示施工后因冻结而未硬化的砂浆。井巷支护用砂浆一般不低于50号。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,2．砂浆的配合比设计砂浆标号的高低与砂浆的组成成分配合比有关。设计配合比的原则与混凝土相同，都是为了满足和易性、强度、耐久性和经济性等要求。水泥品种根据砂浆用途选择，水泥标号根据经济原则与和易性而定，一般水泥标号为砂浆标号的4～5倍为宜。骨料以天然砂为好，也可用于工业废料、石膏和其他代用材料。砂浆的配合比参照表34选取。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,四、木材一木材用作矿井支架的木材称为坑木。常用的坑木有松木、杉木、桦木、榆木和柞木，其中以松木为主。木材具有纹理，平行纤维顺纹方向与垂直纤维横纹方向的强度是不相同的。木材各种强度的关系见表36。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,以东北长白上地区红松落叶松为例，说明其物理、力学性质。重度4．405．94kN／m。，顺纹抗压强度极限为32．852．2MPa，顺纹抗拉强度极限为98．1112．6MPa，顺纹径向抗剪强度极限为6．38．8MPa，顺纹弦向抗剪强度极限为6．97．OMPa，横向弯曲强度极限为65．399．3MPa。木材经防腐处理，能延长服务年限，从而节省坑木用量。随着国民经济的发展，木材需用量大增，在矿井支护中节约坑木和采用坑木代用品，有着重要的意义,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,五、钢材--钢材井巷支护所用的钢材，主要是用普通碳素钢低碳钢或中碳钢制成的各种型钢，如钢轨、工字钢、槽钢和角钢等，还有专门用于矿山的特殊型钢图32和矿用工字钢图33。其规格见表37和表38。用型钢做成的支架，具有强度高、使用期长、可多次复用、容易安装、耐火性强等优点，但是初期投资大。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,CompanyLogo,,六、石材将具有较高强度而又不易风化的岩石如石灰石、砂岩、花岗岩等加工制成的砌块称为天然石材料石。料石按加工粗细不同，分为毛料石、粗料石和细料石三种。井下支护多用毛料石和粗料石。料石多做成长方体，一般规格为250～300mm200～250mm150～200mm，每块料石的重量应控制在40kg以下，以便于施工。除天然石材外，常用的人造石材有粘土砖和混凝土块。普通砖的标准尺寸为24cm11．5cm5．3cm，每块重2．65kg。1m。砌块用砖512块，灰浆用量约为砌体的20％～30％。混凝土块的形状有长方形、弧形及其他形状，其尺寸按支架规格而定，每块重量为30～40kg，强度等级一般为C20。,,,,第二章掘进、支护设备及工程材料,,ThankYou,