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岩石平巷在煤矿新井建设和生产矿井的开拓工程中占有很重要的地位 一般它约占井巷开拓总工程量的20 以上 占巷道开拓工期的40 60 第五章水平岩石巷道施工 第一节钻眼爆破 炮眼设计 定向和钻眼 装药 爆破器材 第二节掘进通风与防尘 通风方式 通风设施 防尘措施 第三节岩石的装载与转运 装 转 运设备及效率 机械化作业线 支护作为第五章内容第四节岩巷掘进机 本章内容 本章主要参考文献 刘旭全 秦岭隧道 线进口平导硬岩钻爆技术 西部探矿工程 岩土钻掘矿业工程 1998年1月 10 1 43 44 王宏 国外巷道掘进施工技术及发展趋势 中国煤炭 2000年4月 26 4 57 58董明涛 发挥装岩机生产效率的途径 煤炭技术 1996 1 6 7高澜庆 王文霞 石博强 地下矿山凿装运设备的发展现状与趋势 冶金设备 2001年2月 1 19 22 本章主要参考教材 钻爆法施工示意图 安全 钻眼 装药 连线 放炮 技术 超欠挖 设计断面 方向和坡度 围岩震动和破坏 岩块 岩堆形状 经济 炮眼利用率高 炸药与雷管消耗量低掘进效率和速度 第一节钻眼爆破 要求 掏槽眼 最先起爆 为后爆炮眼创造附加自由面 辅助眼 扩大槽腔 破碎岩石 为周边眼创造自由面 周边眼 最后起爆 控制断面形状 大小和轮廓 一 工作面炮眼布置 选择合适的掏槽方式 布置掏槽眼 按光爆要求确定最小抵抗线 布置周边眼 布置底眼 均匀布置辅助眼 步骤 分类 1 掏槽眼 位置 断面中央偏下 便于掌握打眼方向 其它炮眼借助自重崩落 尽可能布置在软弱岩层中 掏槽方式 斜眼掏槽 直眼掏槽和混合掏槽 装药量 装药系数0 7 0 8 装药结构 反向耦合连续装药结构 深度比其他炮眼加深200mm 单向掏槽 软岩或具有层 节理或软夹层的岩层 50 70 楔形掏槽 各种岩层 应用最为广泛 60 75 锥形掏槽 f 8的坚硬岩石 主要用于井筒施工 斜眼掏槽 直线掏槽 三角柱掏槽 螺旋掏槽 菱形掏槽 直眼掏槽 混合掏槽 其中斜眼成75 85 在直眼起爆后起爆 起抛渣和扩槽作用 直眼掏槽是以空眼作为附加自由面 空眼的作用 一方面对爆炸应力和爆破方向起集中导向作用 另一方面使受压岩石有必要的碎胀补偿空间 2 周边眼 控制断面大小和形状 布置 帮眼和顶眼 0 6 软 1 0 硬 E 400 600mm 装药量 软岩 70 120g m装药集中度中硬 200 300g m 不包括炮泥段 硬岩 300 350g m底眼 控制巷道坡度和底板平整度400 700mm 眼口高200mm 眼底低200mm 装药系数0 5 0 7 炮眼加深200mm 底眼需1 2个药卷以利抛掷 煤矿巷道常遇岩层的光爆参数 根据实践经验 采用光面爆破时 掏槽眼 辅助眼 控制光爆层的辅助眼和周边眼的每眼装药数量的比例大致为4 3 2 1 装药结构 单段空气柱装药 小于2 5m炮眼 反向不耦合间隔装药结构较大的缓冲空间 装药均匀 25mm药卷 大于2 5m炮眼 钻眼要求眼距误差宜小于50mm 炮眼外偏斜率不应大于50mm m 眼深误差不宜大于100mm 3 辅助眼 破碎岩石 布置 均匀布置 间距500 700mm 装药量 0 45 0 6 装药结构 1 掏槽眼布置在断面的中央偏下 并考虑辅助眼的布置较为均匀和减少崩坏支护及其他设施的可能 2 周边眼一般布置在巷道断面轮廓线上 顶眼和邦眼按光面爆破要求 各炮眼相互平行 眼底落在在同一平面上 3 辅助眼均匀地布置在掏槽眼和周边眼之间 以掏槽眼形成的槽腔为自由面层层布置 炮眼布置方法和原则 抓两头 带中间 矿用炸药 硝铵类炸药和含水炸药 乳化 浆状 水胶炸药 硝铵类炸药价格较低廉 为煤矿普遍使用 一般装成直径32 35 38mm 重量100 150 200g的药卷 有效使用期为6个月 二 爆破器材 起爆材料 采用8号电雷管 在穿过有瓦斯地层时 不能选用秒延期雷管 毫秒延期雷管总延期时间也不能大于130ms 电爆网路 煤矿井下爆破采用串联爆破网路 防爆型电容式发爆器起爆 当穿过有瓦斯地段时 采用煤矿硝铵炸药 坚硬岩石可考虑采用粉状高威力炸药 爆破参数的确定 1 单位炸药消耗量q影响因素 炸药性能 围岩的物理力学性质 自由面的大小和数目 炮眼直径和深度等 经验公式 kg m3k0 炸药爆力校正系数 预算定额 2号岩石硝铵炸药 P80 每循环消耗药量2 炮眼直径D 钻眼效率 炮眼数目 炸药消耗量D 4 7mm dd 32mm 35mmD 38 42mm 表4 3采用光面爆破掘进岩巷的炸药消耗量 平硐 平巷炸药和雷管消耗定额 3 炮眼深度 1 5 2 5m 钻眼时间 循环进尺 装岩时间 循环时间和循环次数 按任务要求 按循环组织 正规循环 每班完成的循环数为整数4 炮眼数目 估算 N个 平均装药计算 实际布置数目 q 单位炸药消耗量 S 断面面积 m 药卷长度 炮眼利用率 a 装药系数 p 每个药卷重量 1 装药结构 三 装药结构与起爆顺序 2 炮眼的填塞炮眼的填塞质量对提高爆破效率和减少爆破有害气体也有很大作用 因此 装药完毕必须充填以符合安全要求长度的炮泥并捣实 常用1 3的泥沙混合炮泥 湿度为18 20 这种炮泥既有良好的可塑性 又具有较大的摩擦系数 煤矿安全规程 第三百二十八条炮眼封泥应用水炮泥 水炮泥外剩余的炮眼部分应用黏土炮泥或用不燃性的 可塑性松散材料制成的炮泥封实 严禁用煤粉 块状材料或其他可燃性材料作炮眼封泥 无封泥 封泥不足或不实的炮眼严禁爆破 严禁裸露爆破 煤矿安全规程 第三百二十七条装药前 首先必须清除炮眼内的煤粉或岩粉 再用木质或竹质炮棍将药卷轻轻推入 不得冲撞或捣实 炮眼内的各药卷必须彼此密接 有水的炮眼 应使用抗水型炸药 装药后 必须把电雷管脚线悬空 严禁电雷管脚线 爆破母线与运输设备 电气设备以及采掘机械等导电体相接触 规程 第三百二十九条炮眼深度和炮眼的封泥长度应符合下列要求 一 炮眼深度小于0 6m时 不得装药 爆破 在特殊条件下 如挖底 刷帮 挑顶确需浅眼爆破时 必须制定安全措施 炮眼深度可以小于0 6m 但必须封满炮泥 二 炮眼深度为0 6 1m时 封泥长度不得小于炮眼深度的1 2 三 炮眼深度超过1m时 封泥长度不得小于0 5m 四 炮眼深度超过2 5m时 封泥长度不得小于1m 五 光面爆破时 周边光爆炮眼应用炮泥封实 且封泥长度不得小于0 3m 六 工作面有2个或2个以上自由面时 在煤层中最小抵抗线不得小于0 5m 在岩层中最小抵抗线不得小于0 3m 浅眼装药爆破大岩块时 最小抵抗线和封泥长度都不得小于0 3m 3 起爆顺序 分次起爆 大断面 雷管段数不足 预留光爆层 一次起爆 掏槽眼 辅助眼 周边眼 底眼 第三百三十一条装药前和爆破前有下列情况之一的 严禁装药 爆破 一 采掘工作面的控顶距离不符合作业规程的规定 或者支架有损坏 或者伞檐超过规定 二 爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1 0 三 在爆破地点20m以内 矿车 未清除的煤 矸或其他物体堵塞巷道断面1 3以上 四 炮眼内发现异状 温度骤高骤低 有显著瓦斯涌出 煤岩松散 透老空等情况 五 采掘工作面风量不足 第三百三十九条爆破前 脚线的连接工作可由经过专门训练的班组长协助爆破工进行 爆破母线连接脚线 检查线路和通电工作 只准爆破工一人操作 爆破前 班组长必须清点人数 确认无误后 方准下达起爆命令 爆破工接到起爆命令后 必须先发出爆破警号 至少再等5s 方可起爆 装药的炮眼应当班爆破完毕 特殊情况下 当班留有尚未爆破的装药的炮眼时 当班爆破工必须在现场向下一班爆破工交接清楚 1 爆破说明书 爆破原始资料 井巷名称 用途 位置 形状尺寸 岩层性质 地质条件及瓦斯情况等 选用的钻眼爆破器材 炸药 雷管的品种及性能参数 凿岩机的型号 性能 爆破参数的计算选择 掏槽方法 炮眼直径 深度 数目 单位耗药量 爆破网路的计算和设计 安全措施2 根据说明书绘出爆破图表 爆破原始条件和技术经济指标 爆破参数 预期爆破效果 炮眼布置图及装药结构图 四 爆破说明书和爆破图表 煤矿安全规程 第三百一十七条爆破作业必须编制爆破作业说明书 说明书必须符合下列要求 一 炮眼布置图必须标明采煤工作面的高度和打眼范围或掘进工作面的巷道断面尺寸 炮眼的位置 个数 深度 角度及炮眼编号 并用正面图 平面图和剖面图表示 二 炮眼说明表必须说明炮眼的名称 深度 角度 使用炸药 雷管的品种 装药量 封泥长度 连线方法和起爆顺序 三 必须编入采掘作业规程 并及时修改补充 爆破工必须依照说明书进行爆破作业 江苏马坡矿 250m水平总回风巷炮眼布置图S 12 58m2 24m2 550 东曲煤矿分区回风大巷掘进时的炮眼布置 20m2 五 钻眼工作 1 定向工作 方向 中线 激光指向仪或三点延线法 JZB 1型激光指向仪示意图 DQJ 05型激光指向仪 矿用 技术参数 射程 500m中心光斑直径 500m处 50mm输入电压 AC127 220V重量 14kg尺寸 480 200 230 mm 坡度 腰线 倾斜仪 施工验收规范 第6 1 12巷道的施工必须标设中线及腰线 并应符合下列规定 一 用激光指向仪指示巷道掘进方向和标高时 1 指向仪的设置位置和光束的方向 应根据经纬仪和水准仪标定的中线和腰线点确定 中线和腰线点每组不宜少于3个 组间的距离宜大于30m 2 指向仪的设置应安全可靠 仪器与掘进工作面的距离不宜小于70m 每次使用前应以中线和腰线检查激光光束 二 用经纬仪标设直线巷道方向时 宜每隔30m设中线一组 每组不应少于3条 其间距不宜小于2m 三 用水准仪标设巷道坡度时 宜每隔20m设置3对腰线点 其间距不宜小于2m 四 巷道沿倾斜矿层顶板或底板的施工 倾斜巷道可只挂中线 水平巷道可只设腰线 五 巷道掘进每隔100m应对中线和腰线进行一次校核 钻装机 减少了辅助时间 全机械化操作 结构复杂 投资及保养维修费用高3 打眼工作组织 风水管路布置 岗位责任制 2 凿岩机的选择 气腿式凿岩机 机动灵活 多台同时打眼 平行作业 管理复杂 劳动强度大 效率低 凿岩台车 速度快 质量高 劳动强度低 效率高 钻装不能平行作业 辅助工时长 凿岩台车打眼 One boomrig 钻装机打眼 3 打眼工作组织风水管路布置在工作面集中供风 供水 将分风 分水器设置在巷道两侧 既方便钻眼 又不影响其他工作 岗位责任制 实行定人 定凿岩机 定位 定眼数 定时间的岗位责任制 有利于工人熟悉炮眼的设计位置 深度 角度 有利于对凿岩机的保养 秦岭是我国南北气候分界线 秦岭隧道座落在古城西安以南约60km处 隧道自长安县青岔乡进洞 穿越秦岭北峰主峰 由柞水县营盘乡出洞 整个隧道由两座近似平行 线间距30m的单线隧道组成 左线隧道长18459m 以TBM法施工为主 掘进机施工 断面为 8 8m圆形 右线隧道长18456m 采用钻爆法施工 两隧道之间每隔420m设有横通道 右线隧道分两步实施 即 先以平导形式组织快速掘进 在46个月内贯通 为左线TBM施工探明地质 提前处理不良地质地段的开挖和衬砌 当左线隧道贯通后 右线再以钻爆法扩挖成型 硬岩特长隧道钻爆技术 秦岭硬岩特长隧道 平导全长18 456km 为马蹄形断面 开挖断面高5 9m 宽4 8m 考虑到开挖断面26 30m2 通过2162m断层影响带 53处 和出口段约6000m的11 的反坡 局部涌水地段 Q 25000m3 d 12480m岩石抗压强度在160 300MPa等地质条件 在单工序作业条件下 两端掘进 创造了进口独头掘进9 5km 月均掘进264m 最高月掘进456m 出口段独头掘进8 9km 月均掘进236m 最高月掘进426m的优异成绩 炸药单耗3kg m3 单位面积钻孔数为2 5 2 8个 m2 起爆方法及器材通过过现场实验和市场调查 选用了二号岩石乳化炸药 炸药密度1 2g cm3 爆速4100m s 猛度13 16mm 爆力320mL 药卷40mm 320mm 单卷重量450g 考虑到光面爆破的要求 选用小药卷25mm 200mm 单卷重量是155g 采用塑料导爆管非电起爆系统起爆 该起爆系统是以8号工业火雷管作为击发元件 以塑料导爆管和毫秒延期雷管作为传爆元件 以毫秒延期雷管作为起爆元件 起爆网路联接方式采用复式联接 即每组组合传爆雷管均使用双雷管 大大提高了传爆的可靠性 爆破效果秦岭隧道 线进口平导采用深眼钻爆技术 取得很好的爆破效果与效益 炮眼深度4 5m 平均循环进尺达4 3m 炮眼利用率达95 以上 最高达98 炮眼痕迹保存率达90 以上 几乎没有瞎炮现象 爆破岩碴抛掷距离约在10 20m范围内 碴堆集中 块度适宜 便于装运 通过加强机械保养 合理组织 最短钻爆时间为179min 最短出碴时间为124min 最短循环时间为324min 1997年4月份全月完成108个循环 日平均3 6个循环 日产最高进尺为17m 连续14次月掘进300m以上 1997年4月份创造了平导月掘进456m的国内最好记录 加拿大深孔爆破的成功之处在于用1个大直径中心炮孔取代以往的掏槽炮孔 此深孔的直径通常为200mm 250mm 用潜孔凿岩机钻进 此大直径炮孔显著减少了深孔爆破的难题 奥德布莱齐特公司在厄瓜多尔采用5 2m的深孔凿岩爆破并利用一个直径为250mm的掏槽孔进行水平巷道掘进 日平均进尺超过12m 在瑞典这种深孔爆破的概念则是从稍有不同的炮孔倾角着手的 1991年在LKAB公司同阿特拉斯 科普克公司一起研制的一种称为 Longrounder 的三机凿岩台车 这种凿岩台车配备有自动换钻杆系统和TAS平巷角度自动监测系统 这种系统可保证钻凿直孔 这部凿岩台车在马尔姆贝利耶矿使用 负责完成该矿平巷掘进量的6 该矿标准的平巷断面为29m3 每组炮孔钻凿56个7 5m深的炮孔 炮孔直径为64mm 瑞典采用传统的掏槽法 而不像加拿大那样使用大直径掏槽孔 第二节掘进通风与综合防尘 一 通风的作用 保持工作面合适的温度 排除炮烟及有害气体 提供新鲜风流 施工与验收规范 第9 4 1条掘进工作面需要风量的计算 应符合下列规定 一 放炮后15min内能把工作面的炮烟排出 二 按掘进工作面同时工作的最多人数计算 每人每分钟的新鲜空气量不应小于4m3 三 风速不得小于0 15m s 四 混合式通风系统的压入式扇风机 必须在炮烟全部排出工作面后方可停止运转 二 掘进通风方式 煤矿安全规程 第一百二十七条掘进巷道必须采用矿井全风压通风或局部通风机通风 煤巷 半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进通风方式应采用压入式 不得采用抽出式 压气 水力引射器不受此限 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 三 掘进通风设施局部扇风机 局部通风机可选择BKJ ZBKJ 2KJ60 l FD及DSF等系列轴流式局部通风机 常用5 5kw和11kw两种 ZXBFT35 11系列防爆轴流风机 JBD系列矿用防暴局部扇风机用于煤矿井下作压入式局部通风 它具有高效 节能 低噪声等显著特点 表4 9风筒规格表 2 风筒 刚性 铁风筒 玻璃钢风筒 直径400 1000mm 一节3米 柔性 胶质或塑料 直径300 600mm 一节10米 根据现场经验 通风距离在200m以内可选用直径为400mm的风筒 通风距离为200 600m可选甩直径为500mm的风筒 通风距离在500 1000m可选用直径为600 800mm的风筒 通风距离在1000m以上可选用直径为800 1000mm的风筒 表4 10利用局部扇风机独头长距离通风情况统计表 四 综合防尘1 必要性 煤矿安全规程 第10 3 2条井巷工程的施工 必须采取湿式凿岩 水封爆破 放炮喷雾 洒水出矸 冲刷岩帮 加强通风等综合防尘措施 湿式凿眼喷雾撒水加强通风个人防护 2 综合防尘措施 第三节装岩与运输 60年代开始发展的小型蓄电池机车 钢丝绳牵引卡轨车和轻型刮板输送机 代替了人力推车 随着煤矿生产建设规模的扩大和矿山机械制造能力的提高 掘进使用的装 转 运机械设备逐步依靠自己的力量 不断地推出新的机型 而且在质量上也不断完善 到1977年基本上完成了从落后的手工操作向普通机械化发展的阶段 装载与运输是巷道掘进中