智能采礦概論第四章 巷道掘進(jìn)與智能化目 錄1.

巷道概念及類別巷道支護(hù)巷道掘進(jìn)裝備及智能化1.巷道概念及類別1.1 巷道的類型（一）按服務(wù)范圍及其用途可分為1、開拓巷道：為全礦井或一個(gè)開采水平服務(wù)的巷道。例如：主井、副井、井底車場、階段運(yùn)輸大巷、階段回風(fēng)大巷等。2、準(zhǔn)備巷道：為全采區(qū)服務(wù)的巷道。例如：采區(qū)上下山、采區(qū)或帶區(qū)車場、變電所、煤倉等。3、回采巷道：為工作面采煤服務(wù)的巷道。例如：區(qū)段運(yùn)輸平巷、區(qū)段回風(fēng)平巷和開切眼。1.巷道概念及類別1.1 巷道的類型（二）按巷道層位可分為1、巖石巷道：全部或80%以上處于巖石中的巷道。特點(diǎn)：巖石巷道一般布置在比較穩(wěn)定的巖層中，有利于圍巖穩(wěn)定與巷道維護(hù)。2、半煤巖巷道：斷面中巖石面積大于20%、小于80%的巷道。3、煤層巷道：全部或80%以上處于煤層中的巷道。特點(diǎn)：與巖石、半煤巖巷道相比，支護(hù)難度顯著增加，但同時(shí)有利于機(jī)械化開挖，降低了巷道的掘進(jìn)費(fèi)用，提高了施工速度。1.巷道概念及類別1.2 巷道斷面形狀按構(gòu)成的輪廓線可分為：矩形類、梯形類、拱形類和圓形類等四大類。a）矩形類巷道b）梯形類巷道c）拱形類巷道d）圓形類巷道2.巷道支護(hù)巷道支護(hù)基礎(chǔ)知識巷道頂板災(zāi)害的原因直接原因：支護(hù)失效！

根本原因：圍巖破壞2.巷道支護(hù)巷道支護(hù)基礎(chǔ)知識巷道冒頂?shù)闹苯釉蚴侵ёo(hù)失效，而支護(hù)失效本質(zhì)上是由于巷道圍巖變形破壞引起的。圍巖主導(dǎo)型冒頂巷道開挖后僅在巖石自重作用下頂板便不能自穩(wěn)，原生賦存型。構(gòu)造、缺陷、軟弱夾層、破碎等。局部塊體墜落層狀復(fù)合頂板垮落松散冒落拱2.巷道支護(hù)巷道支護(hù)基礎(chǔ)知識應(yīng)力主導(dǎo)型冒頂巷道開挖后僅在巖石自重作用下頂板便不能自穩(wěn)，原生賦存型。開挖后頂板巖石在自重條件下能夠穩(wěn)定，而在支護(hù)后由于采動應(yīng)力場作用下破壞增加、變形增大而失穩(wěn)，支護(hù)后破壞類型。錨索破斷錨索破斷與失效松散冒落拱2.巷道支護(hù)2.1 巷道支護(hù)基礎(chǔ)知識巷道圍巖應(yīng)力

原巖應(yīng)力

天然環(huán)境下地殼體中某一點(diǎn)所具有的應(yīng)力狀態(tài)，也稱為地應(yīng)力；

自重應(yīng)力

構(gòu)造應(yīng)力

采動應(yīng)力

受井巷開挖、資源開采等工程影響，原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)破壞后重新形成的平衡狀態(tài)的應(yīng)力。2.巷道支護(hù)2.1 巷道支護(hù)基礎(chǔ)知識巷道冒頂機(jī)理類型原因情景地點(diǎn)失效形式應(yīng)對策略圍巖主導(dǎo)型地質(zhì)先天不足、原生性缺陷危巖墜落、層狀垮落、松散漏冒掘進(jìn)工作面長度不足1.加強(qiáng)探測；2.可靠臨時(shí)支護(hù)；3.錨索緊跟迎頭。應(yīng)力主導(dǎo)型支護(hù)后破壞增加、變形增大大變形、切頂、鼓包錨索破斷、

采動影響區(qū)延伸量不足1.破壞形態(tài)調(diào)控；2.分級差異化支護(hù)；3.大延伸支護(hù)材料。2.巷道支護(hù)2.2 煤礦巷道支護(hù)發(fā)展歷程木支護(hù)砌碹支護(hù)型鋼支護(hù)錨桿支護(hù)2.巷道支護(hù)2.3 錨桿支護(hù)錨桿支護(hù)材料q 樹脂錨桿q 錨固劑q 鋼 帶q 錨 索q 網(wǎng)2.巷道支護(hù)2.3錨桿支護(hù)材料集中端頭錨固類全長錨固類機(jī)械錨固類機(jī)械錨固類粘結(jié)錨固類粘結(jié)錨固類竹錨桿木錨桿微膨脹水泥錨桿倒楔式錨桿漲殼式錨桿水泥錨桿樹脂錨桿水力膨脹式錨桿管縫式錨桿普通木錨桿壓縮木錨桿快硬水泥錨桿鋼絲繩砂漿錨桿鋼筋砂漿錨桿全長水泥錨桿全長樹脂錨桿錨桿種類2.巷道支護(hù)2.4 錨桿支護(hù)材料-組合構(gòu)件n

M型鋼帶u

強(qiáng)度大，抗彎剛度大，鋼材利用率高；u

安裝易與頂板緊貼；承壓控制圍巖變形能力強(qiáng)；u

翼緣高，抗撕裂性能好。u

護(hù)頂面積較小。型號展寬/mm厚度/mm質(zhì)量/(kg/m)屈服載荷/kN破斷載荷/kN向下截面模量/mm3向上截面模量/mm3GRT-M317334.05124.6197.259442160GRT-M417345.4166.1263.079262880GRT-M517356.75207.6328.799083600GRT-M617368.09249.1394.41188943202.巷道支護(hù)2.4 錨桿支護(hù)材料-組合構(gòu)件q

網(wǎng)n

網(wǎng)的作用：防止破碎巖塊垮落；緊貼表面，提供一定支護(hù)力(0.01MPa)；將巖層載荷傳遞給錨桿；提高深部圍巖殘余強(qiáng)度，減小破碎范圍。鐵絲網(wǎng)鋼筋網(wǎng)金屬網(wǎng)非金屬網(wǎng)網(wǎng)經(jīng)緯網(wǎng)菱形網(wǎng)塑料網(wǎng)編織網(wǎng)壓模網(wǎng)笆片復(fù)合網(wǎng)2.巷道支護(hù)2.5 傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)作用機(jī)理懸吊理論錨桿作用是將巷道軟弱的不穩(wěn)定巖層懸吊在上部堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層上，增強(qiáng)軟弱巖層的穩(wěn)定性。（1）頂板一定范圍內(nèi)有穩(wěn)定巖層時(shí)，將破壞區(qū)載荷懸吊于穩(wěn)定巖層；（2）錨桿將破壞區(qū)載荷懸吊于巷道冒落拱上；2.巷道支護(hù)2.5 傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)作用機(jī)理擠壓加固拱理論將錨桿沿巷道周邊按照一定的間排距布置，每根錨桿形成的錐形壓縮區(qū)彼此連接，在圍巖中形成一個(gè)均勻的連續(xù)擠壓加固拱，加固拱能夠承受壓力，阻止圍巖松動和變形。u 在松散體安裝錨桿，能夠形成以錨桿頭部和緊固端為頂點(diǎn)的錐形壓縮區(qū)，壓縮區(qū)內(nèi)松散體由于受擠壓而保持穩(wěn)定；u 間排距足夠小，錐形壓縮體重疊連接。2.巷道支護(hù)2.5 傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)作用機(jī)理組合梁理論錨桿作用實(shí)質(zhì)在于錨桿將鄰近頂板的若干巖層錨固成一個(gè)較厚的組合巖梁，這種組合梁在上覆巖層載荷作用下，最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力大大減小，撓度也顯著減小。u 增大巖層各分層間的摩擦力；u 阻止層間相互錯(cuò)動，使全部錨固層共同變形。2.巷道支護(hù)2.5 傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)作用機(jī)理最大水平應(yīng)力理論礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力，水平應(yīng)力具有明顯的方向性。巷道穩(wěn)定性主要受水平應(yīng)力的影響，且巷道軸線與最大水平主應(yīng)力方位不同，有以下特點(diǎn)：u 平行：巷道受水平應(yīng)力影響最小，有利于頂?shù)装宸€(wěn)定；

u

呈一定夾角：巷道一側(cè)會出現(xiàn)水平應(yīng)力集中，頂?shù)装遄冃闻c破壞會偏向巷道的某一側(cè)；

u

垂直：巷道受水平應(yīng)力影響最大，穩(wěn)定性差。2.巷道支護(hù)2.5 傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)作用機(jī)理圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論u 理論要點(diǎn)：

ü 錨桿支護(hù)的實(shí)質(zhì)是錨桿和錨固區(qū)域的巖體相互作用而組成錨固體，形成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)；錨桿支護(hù)可以提高錨固體的力學(xué)參數(shù)，改善被錨固巖體的力學(xué)性能；錨桿支護(hù)可改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)、增加圍壓，從而提高圍巖的承載能力、改善巷道的支護(hù)狀況。u 評價(jià)該理論揭示了錨桿的加固作用原理，但不能用于錨桿支護(hù)參數(shù)的確定。3.巷道掘進(jìn)裝備及智能化3.1 我國煤巷施工工藝與裝備目前，我國現(xiàn)有煤礦約4400余座，煤巷掘進(jìn)工作面超過16000個(gè)，其中采用的巷道機(jī)械化快速掘進(jìn)工藝與裝備作業(yè)線主要有以下幾種：u

懸臂式掘進(jìn)機(jī)作業(yè)線，占95%，全國平均月進(jìn)約180m；u

連采機(jī)掘進(jìn)作業(yè)線，約500套，月進(jìn)1000m-3300m；u

掘錨一體機(jī)作業(yè)線，約200套，月進(jìn)800m-1200m；u

研發(fā)的新型掘進(jìn)系統(tǒng)，30~50套，月進(jìn)500m-3000m；u 全國標(biāo)準(zhǔn)煤礦約3000個(gè)u 煤巷掘進(jìn)面超過15000個(gè)3.巷道掘進(jìn)裝備及智能化+支護(hù)機(jī)械化程度低，勞動強(qiáng)度大落后淘汰工藝！3.1 我國煤巷施工工藝與裝備p “懸臂式掘進(jìn)機(jī)+單體錨桿鉆機(jī)”作業(yè)線

我國煤巷懸臂式掘進(jìn)機(jī)普遍應(yīng)用于各類地質(zhì)條件、適應(yīng)性強(qiáng)，量大面廣，占比達(dá)到95%以上。起碼從短期看，數(shù)量和規(guī)模上懸臂式掘進(jìn)機(jī)作業(yè)線的安全、效率提升是煤炭行業(yè)層面智能掘進(jìn)建設(shè)的主戰(zhàn)場！割煤效率高、用人少、適應(yīng)性強(qiáng)；大量空頂作業(yè)、臨時(shí)支護(hù)不可靠；空頂架設(shè)臨時(shí)支護(hù)大量無臨時(shí)支護(hù)安全性差！支護(hù)時(shí)間長(2/3)、人員數(shù)量多；普通地質(zhì)條件錨桿錨索數(shù)量多，總鉆孔長度大支護(hù)作業(yè)空間有限，平行作業(yè)鉆機(jī)臺數(shù)少3.巷道掘進(jìn)裝備及智能化3.1 我國煤巷施工工藝與裝備p “掘進(jìn)機(jī)+窄體錨桿鉆車”掘進(jìn)作業(yè)線

窄體錨桿鉆車與懸臂式掘進(jìn)機(jī)交替作業(yè)，全國約100多套；掘進(jìn)與支護(hù)順序交替作業(yè)，月進(jìn)尺300-500m；受空間限制，換位困難，交叉換位時(shí)間長。窄型錨桿鉆機(jī)臨時(shí)支護(hù)范圍小，掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺小，效率較低。+3.巷道掘進(jìn)裝備及智能化3.1 我國煤巷施工工藝與裝備p “掘進(jìn)機(jī)+機(jī)載錨桿鉆機(jī)”掘進(jìn)作業(yè)線

在掘進(jìn)機(jī)上增加臨時(shí)支護(hù)與錨桿鉆臂，實(shí)現(xiàn)臨時(shí)支護(hù)機(jī)械化；在一定的程度上降低了勞動強(qiáng)度；機(jī)載鉆機(jī)支護(hù)范圍有限，較難單獨(dú)完成整個(gè)工作面的巷道支護(hù)任務(wù)；臨時(shí)支護(hù)范圍小，支護(hù)強(qiáng)度低等問題;阻擋視線，影響掘進(jìn)機(jī)司機(jī)割煤。3.巷道掘進(jìn)裝備及智能化3.1 我國煤巷施工工藝與裝備p “懸臂式掘進(jìn)機(jī)+支錨一體機(jī)”掘進(jìn)作業(yè)線

將臨時(shí)支護(hù)與永久支護(hù)融為一體，保障巷道安全和高效掘進(jìn)；? 正常地質(zhì)條件下月進(jìn)尺500~700m；

? 杜絕空頂作業(yè)導(dǎo)致的冒頂傷人問題。整體運(yùn)支采用自動化遙控操作，1人控制2臺鉆機(jī)作業(yè)，大幅度減少作業(yè)人員數(shù)量。+3.巷道掘進(jìn)裝備及智能化3.1 我國煤巷施工工藝與裝備p “連采機(jī)+錨桿鉆車”掘進(jìn)作業(yè)線

?

適用于地質(zhì)條件簡單且圍巖完整穩(wěn)定的礦區(qū)，全國約500套；采用雙巷或多巷掘進(jìn)，月進(jìn)尺可達(dá)1000m-3300mm，當(dāng)前1000m左右。當(dāng)前空頂要求小于6m或11m，連采機(jī)與錨桿鉆車交叉換位頻繁，耗時(shí)長；應(yīng)用范圍越來越少！用量逐漸萎縮！3.巷道掘進(jìn)裝備及智能化3.1 我國煤巷施工工藝與裝備p “掘錨一體機(jī)”掘進(jìn)作業(yè)線

掘錨一體機(jī)是指將掘裝功能與錨桿鉆機(jī)的鉆錨支護(hù)功能有機(jī)的結(jié)合在一起，構(gòu)成整體的掘錨裝備。適用于地質(zhì)條件簡單且圍巖完整穩(wěn)定的礦區(qū)，全國約300套；簡單地質(zhì)條件月進(jìn)800m-1200m，部分煤礦月進(jìn)尺不足300m；平行作業(yè)鉆機(jī)臺數(shù)少、支護(hù)時(shí)間長，價(jià)格昂貴；推廣應(yīng)用的發(fā)展空間?。?.巷道掘進(jìn)裝備及智能化3.2 巷道掘進(jìn)智能化p 國家能源局發(fā)布《智能化煤礦建設(shè)指南》

?分類建設(shè)，因礦施策對于煤層賦存條件相對較簡單、具有較好智能化建設(shè)基礎(chǔ)條件的礦井，應(yīng)全面開展智能化建設(shè)。建設(shè)智能快速掘進(jìn)系統(tǒng)，煤層巷道月進(jìn)尺大于

1000m，實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)過程的遠(yuǎn)程智能控制；建設(shè)基礎(chǔ)條件一般的智能化煤礦，建設(shè)智能快速掘進(jìn)系統(tǒng)，煤層巷道月進(jìn)尺大于

500m，巷道掘進(jìn)過程部分實(shí)現(xiàn)智能控制；對于煤層賦存條件相對復(fù)雜、智能化建設(shè)基礎(chǔ)相對薄弱的礦井，主要以減人、增安、提效為目標(biāo)。建設(shè)安全快速掘進(jìn)系統(tǒng)，煤層巷道月進(jìn)尺大于300m。培育典型，示范引領(lǐng)全面推進(jìn)，分級達(dá)標(biāo)以人為本，安全高效堅(jiān)持把煤礦減人、增安、提效作為智能化煤礦建設(shè)的根本目標(biāo)3.巷道掘進(jìn)裝備及智能化3.2 巷道掘進(jìn)智能化p 煤巷安全快速掘進(jìn)系統(tǒng)1.0——增安、提效、減人u

智能掘進(jìn)系統(tǒng)預(yù)期分值：100/105。智能掘進(jìn)工作面