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第六章 煤层巷道施工

目 录

1. 概述
2. 煤层巷道掘进的定向方法
3. 煤巷施工
4. 半煤岩巷道施工

20 世纪 80 年代以来，我国对矿井设计进行了改革，允许将开拓巷道和采准巷道布置在煤层中，增加了煤巷在井巷工程中的比例。

随着高产高效采煤机械在我国煤矿生产中的推广使用，井下巷道布置发生了根本性的变化，从过去单纯追求巷道工程量少，向多开煤巷、少开岩巷方向转变。

目前，煤矿掘进巷道中更多的是煤巷，占总掘进巷道工程量的 70% 左右。

第一节 概述

一、煤层巷道施工的特点

在开拓巷道、准备巷道和回采巷道中，最可能采用煤巷的是准备巷道和回采巷道。后两者都位于采区内，直接为煤炭生产服务，又可统称为采区巷道。

采区巷道通常以煤巷为主，也有半煤岩巷或岩巷；既有平巷，也有斜巷。采区车场、采区上（下）山、采区变电所、工作面上（下）平巷（或称顺槽）和开切眼等都是采区巷道。采区巷道的服务年限一般较短。

一、采区巷道施工的特点

采区巷道与井底车场及主要运输大巷等岩巷的施工相比，具有以下特点：

1. 采区巷道一般都是沿煤层或煤层附近的岩层内掘进，容易受到瓦斯和煤尘的威胁。
2. 采区巷道所穿过的煤层或岩层一般强度较小，掘进比较容易，但稳定性较差，较难维护。
3. 由于煤层褶皱起伏大且经常遇到各种断层，因此施工时必须根据生产、使用要求及安全原则，正确的进行巷道定向工作，使巷道位置适当，避免无效进尺。
4. 无论是钻眼爆破法还是掘进机法，煤巷掘进速度均远大于岩石巷道，因此装煤和运输工作量相对占循环作业时间就较大。
5. 由于采区巷道掘进工作量大，工作面多且分散，施工地点一般远离井底车场，运输、通风距离长，因此通风和运输工作比较复杂，对通风的要求就更加的严格。

第一节 概述

二、采区巷道的施工顺序

及早沟通风路，尽量双巷平行掘进。

参照前面的图来讲授。

第一节 概述

三、我国煤层巷道施工现状

我国煤巷综掘机械化程度达到 60%，月进尺和年进尺都得到大幅度提升，但仍很大程度上存在采掘比例失调的问题，其一直维持在 1:3 左右，综掘跟不上综采已成为必须解决的显著问题。

三、我国煤层巷道施工现状

我国煤巷的施工方法有钻眼爆破法、掘进机法、连续采煤机多巷掘进法以及采掘锚一体机单巷掘进法等。使用悬臂掘进机与单体锚杆钻机配套掘进煤巷已比较普遍，钻眼爆破法仍在广泛使用和发展。20 世纪末引进的连续采煤机多巷掘进工艺在神东、黄陵等少数矿区应用，效果良好。部分煤矿引进了先进的采掘锚一体化设备，实现了用一台设备完成掘进和支护作业，代表着未来煤巷快速掘进的方向。

近年来，我国成功开发和推广使用了煤巷锚杆支护技术，使巷道围岩地质力学性能测试技术、煤巷锚杆支护设计技术、施工机具、支护材料等均得到快速发展。煤巷机械化掘进和支护技术为我国高产高效矿井建设提供了必不可少的技术支撑。

第三节 煤巷施工

煤巷

沿煤层掘进的巷道，在掘进断面中，若煤层占比 ≥ 4/5，称之为煤巷。

煤巷掘进方法主要包括钻爆法和掘进机法。

第三节 煤巷施工

一、钻眼爆破法

钻爆法掘进煤巷具有灵活方便、成本低廉、适应性强等优点。装运工作量相对较大，应尽力解决装煤机械化、运煤连续化问题。

1. 爆破方法

钻眼用手持式煤电钻，应推广采用湿式煤电钻。多采用楔形掏槽和锥形掏槽；当炮眼较深时，可采用复式水平楔形掏槽；当掘进断面存在松软夹层时，掏槽眼宜布置在软夹层内，可用扇形或半楔形掏槽。

1. 爆破方法

炮眼深度一般为 1.5～2.0m，与围岩性质、钻眼机具以及施工工艺所能达到的速度、支护与装运能力有关。试验表明，采用 2.5m 中深孔爆破时，既实现了小班正规循环作业，且掘进速度快。

煤巷钻爆法掘进同样推广使用光面爆破和毫秒雷管全断面一次爆破。在有瓦斯的煤层中，必须采用安全等级三级以上的煤矿许用炸药，采用正向装药，起爆器起爆，毫秒雷管的总延期时间不得超过 130ms。由于煤层较软，为达到光面爆破的要求，周边眼要与顶帮轮廓线保持适当距离，并适当减少装药量，以免发生超挖和破坏围岩现象。

1. 爆破方法

目前普遍采用ϕ38～40mm钻杆，ϕ40～43mm钻头，ϕ32～35mm的药卷。

当在“三软”煤层（顶板岩层、底板岩层和煤层强度均较小）、复合顶板和再生顶板煤层中掘进巷道时，可推广在岩巷中使用的“三小”（小直径钻孔、小直径药卷和小直径钻杆）钻爆新工艺。

一、钻眼爆破法

2. 装煤方法

同样也可以采用耙斗装载机、侧卸式装载机和挖掘式装载机装载。但耙装机容易引起钢丝绳火花，不安全，在高瓦斯区域、煤与瓦斯突出危险区域禁止使用。

一、钻眼爆破法

3. 钻爆法机械化作业线

例如：湿式煤电钻若干台、装煤机 1 台、刮板运输机若干台、锚杆钻机或支架机若干台、瓦斯断电仪 1 台等。应采取各种方法提高运输能力。

4. 掘进通风

应采用压入式，不得采用抽出式。如果采用混合式，必须制定安全措施。瓦斯喷出区域和煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出煤层的掘进通风方式必须采用压入式。

煤巷掘进工作面应采用“三专两闭锁”：

“三专”是指在瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤（岩） 瓦斯（二氧化碳）突出矿井中，掘进工作面的局部通风机实行专用变压器、专用开关、专用线路供电。

“两闭锁”指掘进工作面瓦斯电闭锁和风电闭锁。其中瓦斯电闭锁是指当掘进工作面瓦斯浓度超限时，声光报警并自动切断工作面迎头被控设备电源；风电闭锁是指当局部主通风机停止运转或风筒风量低于规定值时，自动切断掘进工作面内（除备用风机电源外的）所有设备电源。

第三节 煤巷施工

二、煤巷高效掘进技术

钻爆法掘进煤巷，月进尺维持在 200m 左右的较低水平，与传统的炮采工作面基本相适应，无法适应机械化开采矿井生产衔接的需要，这时采用掘进机或其他高效掘进设备称为煤巷掘进的必然选择。

二、煤巷高效掘进技术

1. 煤巷综合机械化掘进技术

上表第 1、2 种作业线是以悬臂式掘进机配单体锚杆钻机或机载锚杆钻机为主的作业线，也称为综合机械化掘进作业线，在我国煤矿得到了广泛的应用。悬臂式掘进机可同时实现截割煤岩、装载转运、行走调动以及喷雾除尘等功能。

掘进机后配套设备包括转载机、可伸缩带式输送机、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等。工作时通过升降臂上下、水平摆动，配合截割头旋转呈“S”形运动轨迹完成一个断面的切割，可掘进任何断面形状的巷道。

作业方式：掘进机割煤 1 刀（或 2～3 刀）→装煤后停机→挂前探梁临时支护→单体锚杆机支护作业。

二、煤巷高效掘进技术

1. 煤巷综合机械化掘进技术

近年来悬臂式掘进机的发展趋势：切割功率不断加大，纵轴式机型功率达 300kW，横轴式截割头机型达 400kW，生产能力和切割硬度不断提高，可切割 120MPa 的岩石，设计生产能力达到 500m³/h 以上；截割、装载、履带行走机等结构进一步改进，使用范围进一步拓宽，除应用于煤矿外，已经广泛应用于水电工程和隧道工程；采用计算机工况监测监控技术和截割断面形状自动控制技术，自动化性能大幅度提高。

煤巷应用悬臂式掘进机年进尺可达 6000m 以上，基本满足了煤巷高效掘进的需要。但掘进机掘进与巷道支护之间的矛盾一直未能很好地解决，尤其是巷道采用锚杆支护后，支护时间所占比例过大，使得这一矛盾尤为突出。

二、煤巷高效掘进技术

2. 大断面煤巷连续采煤机高效掘进

连续采煤机是一种适用于短壁开采，集截割、装载、转运、移动行走和喷雾降尘于一体的综合机械化开采设备，具有体积小、调动灵活、使用方便等优点，不仅可以用于开采，还能用于巷道掘进，已成为国内最先进的、最快速的煤巷掘进设备。

连续采煤机在国外广泛应用于矩形断面的双巷或多巷快速掘进及短壁开采，已成为现代高产高效矿井的重要设备。在美国、澳大利亚、英国、南非等国家，无论在房柱式采煤还是长壁采准煤巷的掘进中，连续采煤机都有很好的效益。

二、煤巷高效掘进技术

2. 大断面煤巷连续采煤机高效掘进

在大断面煤巷掘进时，连续采煤机与锚杆钻车采用交替换位作业方式。连续采煤机掘进工作面设备配置按工作面运输方式一般分为两种：一是间断式运输方式，工作面配置为连续采煤机、运煤车或梭车、给料破碎机、锚杆钻车、铲车及带式输送机；二是连续运输方式，工作面配置为连续采煤机、锚杆钻车、连续运输系统、铲车及带式输送机。

使用连续采煤机掘进煤巷，平均月进尺在 2000m 以上，为高产高效矿井的生产准备提供了最佳技术途径。

二、煤巷高效掘进技术

2. 大断面煤巷连续采煤机高效掘进

我国连续采煤机实现煤巷高效掘进的使用经验表明，连续采煤机用于长壁工作面两巷及三巷掘进，完全可以满足高产高效综采工作面月推进速度的要求，而且掘进成本比采用悬臂式掘进机低。

但是，采用连续采煤机掘进，仅适用于煤巷顶板强度高，掘进巷道断面大，空顶距可允许 6m 以上，煤层倾角不大于 10° 的工况场合。另外，由于必须是双巷（多巷）掘进，并且联络巷间距小于 50m，在增加联络巷掘进工程量的同时增加了构筑密闭的工程量，从而增加了间接成本。由于使用工况条件的特殊性和不能实现单行掘进，连续采煤机用于普通煤巷掘进有一定条件限制，只能在我国个别地区使用。

二、煤巷高效掘进技术

3. 掘锚一体化设备掘进

掘锚一体化设备，是将掘进与支护有机地组合起来，减少掘进与支护设备的换位作业时间，在同一台设备上完成掘进和支护工艺。

目前，掘锚一体化设备主要分为两种：一种是以连续采煤机为基础的采掘锚机组，另一种是悬臂式掘进机配机载锚杆钻机的掘锚机。

二、煤巷高效掘进技术

3. 掘锚一体化设备掘进

（2）悬臂式掘进机配套机载锚杆钻机

核心设备是采掘锚机组，它实际上是连续采煤机与锚杆打眼、安装机复合的一体化设备，可以完成切割、装煤工序，又能够完成钻孔、安装锚杆等工序，从而减少了掘进工作面的设备和人员；掘进工作面的空顶距可以缩短到 2.0m 左右，并且采用了临时支护措施，使得掘进与支护作业更加简单和安全；可以适应不断变化的巷道顶板条件，掘进成巷速度也较快，还能适应巷道布置方式的变化。

第四节 半煤岩巷道施工

半煤岩巷道

当岩层占掘进断面面积 1/5～4/5 时，即为半煤岩巷道。

我国煤矿除煤巷外还有大量的半煤岩巷道，主要为薄煤层及 2.0m 以下的中厚煤层巷道，约占总掘进工程量的 15%。

半煤岩巷道施工方法与岩巷、煤巷基本相同。

第四节 半煤岩巷道施工

一、采石位置的选择

当巷道在薄煤层中掘进时，为了保证巷道的使用高度，必须挑顶、卧底或挑顶兼卧底。

(a) 挑顶；(b) 卧底；(c) 挑顶兼卧底

一、采石位置的选择

多数情况下，应尽可能不要挑顶而采取卧底，以保持巷道顶板的完整性，减少支护的工时和材料费用。

只有当煤层上部有伪顶时，才将伪顶挑去。

对于区段回风巷，由于还兼有向采煤工作面下放材料的用途，需要采用挑顶方式掘进。

运输机巷则由于设备安装要求巷道必须平直，所以为保证这类顺直和坡度，则挑顶、卧底或挑顶兼卧底三种情况往往在一条巷道中都可能出现，甚至局部脱离煤层成为全岩巷道。

一、采石位置的选择

在煤层稳定的情况下，根据煤层倾角不同，多采区下图所示的采石位置。

(a) 近水平及缓倾斜煤层（α<25°）；(b) 倾斜煤层（α=25°~45°）；(c) 急倾斜煤层（α>45°）

第四节 半煤岩巷道施工

二、钻眼爆破法掘进

1. 炮眼布置特点

由于煤层强度小，掏槽眼应布置在煤层中，采用楔形掏槽效果较好。

应尽量选择单一动力的钻机。当煤、岩的强度都不高时，应选用煤电钻；当煤、岩的强度都较高时，可都采用凿岩机；当煤、岩的强度相差很大时，则可同时选用煤电钻和凿岩机（或岩石电钻）。

二、钻眼爆破法掘进

2. 施工组织

半煤岩巷的施工组织有两种：

• 煤、岩不分掘分运，全断面一次掘进；
• 煤、岩分掘分运。

前者工作组织简单，掘进速度快，但会造成掘进煤炭的浪费，一般用于煤厚小于 0.5m、煤质不好的情况，许多掘进跟不上回采的矿井都采用这种方式。后者能减少煤炭资源浪费，但工作组织较为复杂，掘进速度较慢。

2. 施工组织

采用煤、岩分掘分运方式时，形成煤工作面超前岩石工作面的台阶工作面。当煤层厚度大于 1.2m 时，岩石工作面可以钻凿倾斜或垂直炮眼（眼深不小于 0.6m），这样钻眼和爆破效果较好，如下图(a)。若煤层较薄，岩石工作面的炮眼，应平行于巷道轴线方向，如下图(b)、(c)。

1—锚杆；2—临时支架；3—炮眼

第四节 半煤岩巷道施工

三、半煤岩巷高效掘进技术

对于岩石普氏系数 f ≤ 6 的半煤岩巷，可使用煤巷掘进机进行机械化高效掘进。

我国重点煤矿半煤岩巷的机械化掘进基本上采用悬臂式掘进机作业线，掘进机以中型和重型为主，截割功率在 120kW 以上，机重在 35t 以上。

对于重型大功率掘进机来说，当截割煤层时，因截割阻力较小，需要提高截割速度来提高生产率。当截割岩石时，截割阻力较大，为避免截割电动机过载，同时也为减少截齿损耗，应降低截割速度，同时增大截割单刀力。