煤矿巷道掘进支护的设计32页PPT
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煤矿巷道掘进支护设计
矩折减系数（表2-6-13）。
表2-6-13 由组合梁岩层数目决定的系数数值
根据组合梁的抗剪强度，计算锚杆的间排距s1、s2 （m），通常按锚杆等距排列：
） 式中
（2-6-18
τ —杆体材料抗剪强度，MPa； K2—顶板抗剪安全系数，一般取K2＝3～6。
（3） 系统设计法
对于大量工程岩石力学问题，只有少数能得到解析 解，这一方面是由于岩体的非匀质、各向异性等特征， 造成岩体本构关系的非线性，以及控制偏微分方程的非 线性。另一方面，边界条件常常不能表示为简单的数学 函数。因此，当力学模型建立之后，设计分析和反馈分 析阶段通常要采用数值方法得出近似解。利用有限元法 、有限差分法、边界元法和离散元法等工程数值方法， 使我们有可能选择更精确的力学模型处理锚固体的复杂 力学特征，例如，非线性、非匀质性、各向异性和时变 性等。也有可能解决复杂的巷道锚杆支护中的工程问题 ，例如，分步开挖、复杂几何形状、地下水作用、采动 影响等问题。
按岩石抗压强度计算 R<30MPa，f=R/60～R/80
塌落拱高
b=a1/f(m) 垂直岩压
（2-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-3）
Q=a1bγ 侧壁岩压
（2-6-4）
p=γ h(b+h/2)tg2(450一φ /2)
（2-6-5）
（2） 圆形断面弹性理论公式
径向应力
切向应力
剪切应力
式中， θ -极坐标辐射角， λ - 侧压力系数， μ -泊松比。
(a)
(b)
( c)
图2-6-31 巷道埋深和围岩强度与顶底板移近量的关系曲线
a— 无采动影响阶段；b—一次采动影响阶段；c—一次采动后稳定阶段
根据巷道顶底板移近量利用图2-6-32上半部分的曲线 查出这种情况下相应的每米巷道要求的支架承载能力 (kN/m)，再根据顶底板岩石性质和裂隙发育程度确定合 适的棚子间距。然后利用图2-6-32使每米巷道要求的支 架承载能力与所选定的棚距的连线延长到与图2-6-32下 部的横坐标轴相交，就可得到应选支架的单架工作阻力 。如果所得阻力值位于两种架型的工作阻力之间，为安 全起见应选工作阻力偏大的一种架型。
表2-6-13 由组合梁岩层数目决定的系数数值
根据组合梁的抗剪强度，计算锚杆的间排距s1、s2 （m），通常按锚杆等距排列：
） 式中
（2-6-18
τ —杆体材料抗剪强度，MPa； K2—顶板抗剪安全系数，一般取K2＝3～6。
（3） 系统设计法
对于大量工程岩石力学问题，只有少数能得到解析 解，这一方面是由于岩体的非匀质、各向异性等特征， 造成岩体本构关系的非线性，以及控制偏微分方程的非 线性。另一方面，边界条件常常不能表示为简单的数学 函数。因此，当力学模型建立之后，设计分析和反馈分 析阶段通常要采用数值方法得出近似解。利用有限元法 、有限差分法、边界元法和离散元法等工程数值方法， 使我们有可能选择更精确的力学模型处理锚固体的复杂 力学特征，例如，非线性、非匀质性、各向异性和时变 性等。也有可能解决复杂的巷道锚杆支护中的工程问题 ，例如，分步开挖、复杂几何形状、地下水作用、采动 影响等问题。
按岩石抗压强度计算 R<30MPa，f=R/60～R/80
塌落拱高
b=a1/f(m) 垂直岩压
（2-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-3）
Q=a1bγ 侧壁岩压
（2-6-4）
p=γ h(b+h/2)tg2(450一φ /2)
（2-6-5）
（2） 圆形断面弹性理论公式
径向应力
切向应力
剪切应力
式中， θ -极坐标辐射角， λ - 侧压力系数， μ -泊松比。
(a)
(b)
( c)
图2-6-31 巷道埋深和围岩强度与顶底板移近量的关系曲线
a— 无采动影响阶段；b—一次采动影响阶段；c—一次采动后稳定阶段
根据巷道顶底板移近量利用图2-6-32上半部分的曲线 查出这种情况下相应的每米巷道要求的支架承载能力 (kN/m)，再根据顶底板岩石性质和裂隙发育程度确定合 适的棚子间距。然后利用图2-6-32使每米巷道要求的支 架承载能力与所选定的棚距的连线延长到与图2-6-32下 部的横坐标轴相交，就可得到应选支架的单架工作阻力 。如果所得阻力值位于两种架型的工作阻力之间，为安 全起见应选工作阻力偏大的一种架型。
巷道支护技术 PPT
图14 济西矿巷道围岩挤压变形后断面缩小
图15 济西马头门钢筋混凝土开裂
(2)加固方案
①高强锚杆 ②注浆锚索 ③注浆锚杆
1
600
2
2500
3
2500
2500
4700
4
5
500
6
11
12
1800
150
600
5000
600
10
9
8
7
图16 济西矿马头门及其连接部分加固修复图
图17 济西矿断面马头门连接部锚注法加固结构布置图
(3)预案机制及效果 (如图18～20所示)
图18 济西矿马头门开裂变形及加固情况
图19 济西矿马头门浇灌混凝土段加固后的情况
图20 济西矿锚喷巷道加固情况
4、彭庄矿研究治理方案 (1)巷道、硐室破坏情况
图21 彭庄矿大巷岩层结构情况
(2)矿压观测 (3)预案机制 (4)主要方案及效果 ①硐室煤层置换技术; ②高强锚杆、锚索、锚带技术
(1)巷道、硐室破坏情况(如图4～7所示)
图4 唐口矿巷道拱肩部位变形开裂
图5 唐口矿巷道底臌1、2m
图6 唐口矿大巷底角锚喷网支护后开裂
图7 唐口矿泵房40#工字钢梁发生弯曲
(2)主要加固方案
图8 唐口矿泵房加固结构图(无泵基础)
4
32
1
5
8
7
6
图9 唐口矿胶带机头硐室加固结构图
①锚注及平面锚索桁架 ②注浆锚索及锚梁 ③反底拱梁 ④防水让压层 (3)主要加固形式
1、实践矿井概况
序
矿井
1 唐口矿
2 济西矿
产量 (万t/a) 300
45
巷道支护PPT
1.技术上先进，质量上可靠 具有良好的物理力学性能，抗压强度较高，能起支撑地压作业； 混凝土能充填围岩的裂隙、节理和凹穴的岩石，提高围岩强度； 完全隔绝了空气、水与围岩接触，有效防止风化潮解而引起的 围岩破坏与剥落； 不仅提高围岩的自撑能力，且使混凝土与围岩形成一个共同工 作的力学统一体，把岩石载荷转化成岩石承载结构。 2.经济上合理，工艺上简便 开挖工作量可减少15%以上，支护材料也大幅度减少； 支护速度可以提高2~4倍，劳动力节省50%以上。
巷道支护
掘进基础知识
巷道施工一般包括掘进、支护和安装3 大环节。掘进和支护两个工序关系密切， 必须正确而又及时的予以支护，掘进工作 才能正常进行。
1 2 3 4
巷道支护形式简介 锚杆支护 重点
锚索支护
喷射混凝土支护
目 录
5
6
联合支护
本课小节
难点
一、巷道支护形式简介
二、锚杆支护
锚杆支护就是在巷道掘进后，先向围岩打 眼，在眼孔内锚入锚杆，把巷道围岩予以加固， 充分利用围岩自身强度，从而达到支护巷道的 目的。
2
锚杆支护
（3）对于层状岩体，由于锚杆的作用，对岩层离层产生一 定的阻碍作用，并增大了岩层间的摩擦力，与锚杆本身的抗 剪作用阻止了岩层间产生相对滑动，从而将整个岩层夹紧形 成组合梁，提高了岩层的承载能力。
（4）由于锚杆作用，从而形成了3个作用面，改变了边界岩 体的受力状态，使其由二维应力状态转化为三维应力状态， 提高了岩体的承载能力。
锚杆支护可大幅度节约大量钢材、木材等支护材料。
2
锚杆支护
（二）锚杆分类
1. 按照锚杆的锚固方式可以分为： （1）机械锚固式锚杆：楔缝式、倒楔式及胀壳式锚杆。 （2）黏结锚固式锚杆：树脂锚杆、水泥锚杆及水泥 砂浆锚杆。 （3）摩擦锚固式锚杆：管缝式锚杆及胀管式锚杆。 （4）混合锚固式锚杆：同时使用两种或两种以上锚 固方式的锚杆。
巷道支护
掘进基础知识
巷道施工一般包括掘进、支护和安装3 大环节。掘进和支护两个工序关系密切， 必须正确而又及时的予以支护，掘进工作 才能正常进行。
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巷道支护形式简介 锚杆支护 重点
锚索支护
喷射混凝土支护
目 录
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联合支护
本课小节
难点
一、巷道支护形式简介
二、锚杆支护
锚杆支护就是在巷道掘进后，先向围岩打 眼，在眼孔内锚入锚杆，把巷道围岩予以加固， 充分利用围岩自身强度，从而达到支护巷道的 目的。
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锚杆支护
（3）对于层状岩体，由于锚杆的作用，对岩层离层产生一 定的阻碍作用，并增大了岩层间的摩擦力，与锚杆本身的抗 剪作用阻止了岩层间产生相对滑动，从而将整个岩层夹紧形 成组合梁，提高了岩层的承载能力。
（4）由于锚杆作用，从而形成了3个作用面，改变了边界岩 体的受力状态，使其由二维应力状态转化为三维应力状态， 提高了岩体的承载能力。
锚杆支护可大幅度节约大量钢材、木材等支护材料。
2
锚杆支护
（二）锚杆分类
1. 按照锚杆的锚固方式可以分为： （1）机械锚固式锚杆：楔缝式、倒楔式及胀壳式锚杆。 （2）黏结锚固式锚杆：树脂锚杆、水泥锚杆及水泥 砂浆锚杆。 （3）摩擦锚固式锚杆：管缝式锚杆及胀管式锚杆。 （4）混合锚固式锚杆：同时使用两种或两种以上锚 固方式的锚杆。
井巷工程巷道支护PPT课件
6.粉煤灰硅酸盐水泥：
组成： 硅酸盐水泥熟料 + 粉煤灰（20～40%） + 适量石膏。 应用：硬化较慢，早期强度较低， 不宜有早强要求的工程和低
温工程； 水化热少（同标号普通水泥的70%），可用于大体积 混凝土。
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混凝土工程特点或 所处环境条件
优先选用
可以选用
不宜使用
1.在普通气候环境中
160 140 120 100
80 60 40 20
0 0
煤
页岩
砂页岩
砂岩
5
10
15
原岩应力p 0/MPa
石灰岩 20
花岗岩 25
第1页/共32页
三种类型
第一类为各种被动支护形式，包括木棚支架、钢筋混凝土支 架、金属型钢支架、料石碹、混凝土及钢筋混凝土碹等；
第二类是以锚杆支护为主，旨在改善巷道围岩力学性能的积 极支护形式，包括锚喷支护、锚网支护、锚喷网支护等；
经拌和后形成的拌合物应具有一定的和易性； 混凝土应在规定龄期达到设计要求的强度； 混凝土应具有适应其所处环境的耐久性； 经济合理，在保证质量前提下，降低造价
第19页/共32页
⑴ 和易性
是指混凝土拌和物易于施工操作（拌和、运输、浇筑和捣实）， 并能获得质量均匀、成型密实的性能。
指标：流动性、粘聚 性、保水性。
第三类是以锚杆和注浆加固为主的积极主动加固形式，如锚 注支护、预应力锚索支护技术等。
第2页/共32页
第一节 支护材料
棚式支架 支护
———— 石材整体支护
梯形金属支架 索
料石
拱形可缩金属支架
砖
木支架
混凝土
钢筋混凝土支架
钢筋— 锚喷
《井巷掘进与支护》PPT课件
级 别
坚固性程度
岩
石
坚固性系数 （f）
Ⅰ
最坚固的岩 石
最坚硬、最致密的石英岩及玄武岩，其它最坚硬的岩 石
20
Ⅱ
极坚固的岩 石
极坚硬的花岗质岩石；石英斑岩，极坚硬的花岗岩、 砂质板岩、较软的石英岩；最坚硬的砂岩及石灰岩； 极硬的铁矿石
15
Ⅲ
致密的花岗岩类；极坚硬的砂岩及石灰岩；石英质矿 脉，坚硬的砾岩；坚硬的铁矿石
精选PPT
8
精选PPT
9
CGJ220.2型掘进凿岩台车
精选PPT
10
二、爆破材料
（一）矿用炸药
分类：煤矿许用炸药；岩石炸药；露天炸药。
1、煤矿许用炸药：共分5级多个型号。1、2级用于低瓦斯
矿；3级用于高瓦斯矿；4级用于突出矿井；5级用于溜煤眼
或石门揭煤。
（1）煤矿水胶炸药：坚硬岩石深孔爆破时使用。
（2）延期电雷管：通入足够电流后，雷管的起爆时间要延
迟一定的时间。以秒计的称为秒延期电雷管；以毫秒计的为
毫秒延期电雷管。
《煤矿安全规程》规定：在采掘工作面，必须使用煤矿许
用瞬发电雷管或煤矿许用毫秒延期电雷管。使用煤矿许用毫
秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms。
精选PPT
12
（三）起爆方法 通过电雷管、导线、起爆器组成的起爆网路来实现。 1、导线：母线；区域限（10-20m）；连接线；端线；脚
1、岩石的变形特征：兼有弹性变形和塑性变形两种特征。
2、岩石的强度特征：岩石的强度决定其支护效果和稳定性。
3、岩石各种强度之间的关系：
三向等压抗压强度＞三向不等压抗压强度＞双向抗压 强度＞单向抗压强度＞抗剪强度＞抗拉强度。
煤矿巷道支护技术PPT幻灯片课件
9
二、 锚杆支护历史
锚杆支护发展最快的是英国。在1987年以前，英国煤矿巷 道支护90%以上采用金属支架，而且主要是矿用工字钢拱型刚性 支架。由于回采工作面单产低、效率低、巷道支护成本高，因而 亏损严重。为了摆脱煤炭行业的这种困境，在巷道支护方面积极 发展锚杆支护，到1987年，英国从澳大利亚引进了成套的锚杆支 护技术，从而扭转了过去的被动局面，煤巷锚杆支护得到迅速发 展，
神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿8
二、 锚杆支护历史
澳大利亚锚杆支护技术已经形成比较完整的体系，处于国际领先水 平。澳大利亚的煤矿巷道几乎全部采用W型钢带树脂全长锚固组合锚杆 支护技术，尽管其巷道断面比较大，但支护效果非常好。
对于复合顶板、破碎顶板及其巷道交叉点、大跨度硐室等难维护的 地方，采用锚索注浆进行补强加固，控制了围岩的强烈变形。
经过近10年实验的基础上，又进行了改进和提高，到1994年 在巷道支护中所占的比重己达到80%以上。锚杆支护技术的广泛 采用给英国煤矿带来巨大的活力和经济效益。
神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿10
二、 锚杆支护历史
德国是U型钢支架使用最早、技术上最为成熟的国家，自 1932年发明U型钢支架以来，U型钢支架发展迅速，支护比重很 快达到了90%以上，从井底车场一直到采煤工作面两巷均采用 U型钢可缩性支架。但是自20世纪80年代以来，随着矿井开采 深度日益增加，维护日益困难。面临这种困境，德国采用不断 增加金属支架的型钢质量，逐步减小棚距的做法，这不仅使巷 道支护费用增高，而且施工、运输更加困难和复杂。即便如此， 巷道维护困难的状况仍然难以改观，于是寻求成本低，运输和 施工简单方便、控制围岩变形效果好的锚杆支护变得尤为重要。
• 上世纪90年代末期，兖矿、新汶、淮南等 矿务局随着开采深度的增加,认为U型钢可缩支 架是终极解决软岩支护和深部地应力的办法, 但随后被各类锚索混合支护所取代 。
二、 锚杆支护历史
锚杆支护发展最快的是英国。在1987年以前，英国煤矿巷 道支护90%以上采用金属支架，而且主要是矿用工字钢拱型刚性 支架。由于回采工作面单产低、效率低、巷道支护成本高，因而 亏损严重。为了摆脱煤炭行业的这种困境，在巷道支护方面积极 发展锚杆支护，到1987年，英国从澳大利亚引进了成套的锚杆支 护技术，从而扭转了过去的被动局面，煤巷锚杆支护得到迅速发 展，
神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿8
二、 锚杆支护历史
澳大利亚锚杆支护技术已经形成比较完整的体系，处于国际领先水 平。澳大利亚的煤矿巷道几乎全部采用W型钢带树脂全长锚固组合锚杆 支护技术，尽管其巷道断面比较大，但支护效果非常好。
对于复合顶板、破碎顶板及其巷道交叉点、大跨度硐室等难维护的 地方，采用锚索注浆进行补强加固，控制了围岩的强烈变形。
经过近10年实验的基础上，又进行了改进和提高，到1994年 在巷道支护中所占的比重己达到80%以上。锚杆支护技术的广泛 采用给英国煤矿带来巨大的活力和经济效益。
神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿10
二、 锚杆支护历史
德国是U型钢支架使用最早、技术上最为成熟的国家，自 1932年发明U型钢支架以来，U型钢支架发展迅速，支护比重很 快达到了90%以上，从井底车场一直到采煤工作面两巷均采用 U型钢可缩性支架。但是自20世纪80年代以来，随着矿井开采 深度日益增加，维护日益困难。面临这种困境，德国采用不断 增加金属支架的型钢质量，逐步减小棚距的做法，这不仅使巷 道支护费用增高，而且施工、运输更加困难和复杂。即便如此， 巷道维护困难的状况仍然难以改观，于是寻求成本低，运输和 施工简单方便、控制围岩变形效果好的锚杆支护变得尤为重要。
• 上世纪90年代末期，兖矿、新汶、淮南等 矿务局随着开采深度的增加,认为U型钢可缩支 架是终极解决软岩支护和深部地应力的办法, 但随后被各类锚索混合支护所取代 。
《巷道支护技术》课件
要点二
详细描述
在煤矿开采过程中，随着矿井深度的增加，巷道周围的岩 层压力逐渐增大，容易出现巷道变形和破坏的情况。为了 保障矿工安全和矿井稳定，需要采用巷道支护技术对巷道 进行加固和维护。常见的煤矿巷道支护技术包括木支架、 金属支架、锚杆支护等。这些技术可以根据巷道的实际情 况选择使用，以达到最佳的支护效果。
采空区治理巷道支护
总结词
采空区治理中，巷道支护技术是防止采空区 坍塌、保障人员安全的重要措施。
详细描述
在采空区治理中，由于采空区上方岩层失去 支撑，容易发生坍塌事故。为了防止采空区 坍塌、保障人员安全，需要采用巷道支护技 术对采空区进行支撑和维护。常见的采空区 治理巷道支护技术包括注浆、锚杆、钢拱架 等。这些技术可以有效提高采空区的稳定性
复合材料
如碳纤维、芳纶纤维等高分子材 料，具有高强度、轻质等特点， 常用于加固和修复巷道支护结构 。
04
巷道支护施工方法
木支架施工
木支架材料
选用优质木材，如松木、杉木等，要求材质均匀 、无裂纹、无腐朽。
木支架制作
按照设计要求，将木材加工成相应的支架构件， 确保尺寸准确、表面光滑。
木支架安装
在巷道围岩表面铺设垫层，然后将支架立柱插入 地下，用横梁连接立柱，形成完整的支护结构。
，降低坍塌风险，保障人员安全。
02
巷道支护设计
巷道围岩分类
01
02
03
坚硬稳定围岩
岩石坚硬且稳定性好，支 护设计以承受围岩压力为 主。
软弱不稳定围岩
岩石软弱且易变形，支护 设计需考虑控制围岩变形 和防止失稳。
破碎围岩
岩石破碎且自稳能力差， 支护设计需采取加固措施 提高围岩整体稳定性。
井巷掘进与支护教学课件PPT立井开凿
本章主要内容
9 第 章 立井开凿
第一节 第二节 第三节
立井断面形状及尺寸 立井普通开凿法 特殊凿井方法
2024/6/14
河南理工大学 采煤概论
1
马头门
2024/6/14
河南理工大学 采煤概论
箕斗立井井筒的组成 1-翻笼硐室；2—装载硐室2
第一节 立井断面形状与尺寸
一、立井断面形状
立井井筒断面分纵断面与横断面。纵
2024/6/14
河南理工大学 采煤概论
13
第三节 特殊凿井方法
当遇到流沙、淤泥等不 表土层
稳定土层时，为实现打干井， 灰岩层
并能顺利凿井，就要利用特
殊施工方法。
砂岩层
一、板桩法
流沙层
板桩法是在土层开挖前，
预先将板桩沿井筒周边外缘
密集的打入土中，然后在它
的保护下进行掘进。
2024/6/14
河南理工大学 采煤概论
立井在正常施工阶段，要安装专用凿井井架，并自上而下 设置施工用设施。
2024/6/14
河南理工大学 采煤概论
6
天轮
凿井井架
封口盘 固定盘
吊盘 吊盘
2024/6/14
河南理工大学 采煤概论
7
7
凿井井架 是专门用于开凿立井而设立的井架，多为装配式金属凿井井架 天轮平台 井筒内的设备和管路一般均用钢丝绳绕经天轮平台上的天轮由地 面稳车悬吊，管路每隔一定距离用专用管卡固定在悬吊钢丝绳上。 卸矸台 矸石吊桶提至卸矸台上方卸矸，使矸石沿倾斜溜槽装入自翻矿车 或汽车，运至排矸地点。 封口盘 又称井盖，设在井颈上端，用作升降人员、设备、下放材料和拆 装各种管路的工作平台。同时，又是保护井上、下工作人员的安全结构物， 要求坚固严密。 固定盘 为了安全，在封口盘下4～8m处还应设置一道固定盘，用梯子和 井口相连。 吊盘 吊盘是进行井筒永久支护施工的工作盘，为金属结构，用一根或两 根钢丝绳悬吊在地面稳车上。为使其稳定不翻盘，可做成双层，间距3～4m， 根据需要可以升降。 稳车 稳车设于地面，用于悬吊吊盘、吊泵和各种管路等设备和拉紧稳绳。
9 第 章 立井开凿
第一节 第二节 第三节
立井断面形状及尺寸 立井普通开凿法 特殊凿井方法
2024/6/14
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1
马头门
2024/6/14
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箕斗立井井筒的组成 1-翻笼硐室；2—装载硐室2
第一节 立井断面形状与尺寸
一、立井断面形状
立井井筒断面分纵断面与横断面。纵
2024/6/14
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13
第三节 特殊凿井方法
当遇到流沙、淤泥等不 表土层
稳定土层时，为实现打干井， 灰岩层
并能顺利凿井，就要利用特
殊施工方法。
砂岩层
一、板桩法
流沙层
板桩法是在土层开挖前，
预先将板桩沿井筒周边外缘
密集的打入土中，然后在它
的保护下进行掘进。
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立井在正常施工阶段，要安装专用凿井井架，并自上而下 设置施工用设施。
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天轮
凿井井架
封口盘 固定盘
吊盘 吊盘
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凿井井架 是专门用于开凿立井而设立的井架，多为装配式金属凿井井架 天轮平台 井筒内的设备和管路一般均用钢丝绳绕经天轮平台上的天轮由地 面稳车悬吊，管路每隔一定距离用专用管卡固定在悬吊钢丝绳上。 卸矸台 矸石吊桶提至卸矸台上方卸矸，使矸石沿倾斜溜槽装入自翻矿车 或汽车，运至排矸地点。 封口盘 又称井盖，设在井颈上端，用作升降人员、设备、下放材料和拆 装各种管路的工作平台。同时，又是保护井上、下工作人员的安全结构物， 要求坚固严密。 固定盘 为了安全，在封口盘下4～8m处还应设置一道固定盘，用梯子和 井口相连。 吊盘 吊盘是进行井筒永久支护施工的工作盘，为金属结构，用一根或两 根钢丝绳悬吊在地面稳车上。为使其稳定不翻盘，可做成双层，间距3～4m， 根据需要可以升降。 稳车 稳车设于地面，用于悬吊吊盘、吊泵和各种管路等设备和拉紧稳绳。