井巷工程课程设计

目录 一 设计的目的 二 设计的任务 三 斜井巷道断面的设计 一 已知参数 二 巷道断面形状的选择 三 确定巷道净断面尺寸 四 确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘进断面尺寸 1 支护参数的选择 2 道床参数的选择 3 巷道掘进断面设计 五 布置巷道管线 六 计算巷道掘进工程量及材料消耗量 七 绘制巷道断面施工图及编制巷道特征表和每米巷道工 程量及材料消耗量表 四 斜井巷道断面的施工 一 爆破参数的确定 二 选择钻眼爆破的器材 三 炮眼布置 四 选择装药结构与起爆方法 五 拟定爆破说明书和爆破参考图表 六 定向与钻眼工作 七 钻眼爆破安全及注意事项 八 通风防尘及风机的选择 九 巷道支护 十 施工方法 五 装岩与运输 一 选择装岩设备 二 选择运输方式 六 施工组织循环图表的制定 七 结束语 八 参考文献 一 设计的目的一 设计的目的 为了使我们对 井巷工程 这门课程中所学的基本知识 基本 理论及基本方法有个全面系统的掌握 并进行井巷设计和施工 设计 通过本设计 我们将对 井巷工程 课程有个深入的全 面的了解 并学会利用各种工具书及参考文献资料 我们以团 队协作的方式来解决设计中相关的问题 提高学生独立思考 认真处事 相互交流 合理解决设计中出现的问题的能力 使 我们对 井巷工程 这门课程有了一个全面的认识 对该门课 程所学到的知识 技能初步达到一个学以致用的目的 二 设计任务二 设计任务 某铅锌矿山年设计能力为 30 万 t 该矿采用斜井开拓 其副 斜井的倾斜角为 25 采用 1 5t 固定式矿车组提升 该斜井 穿过中等稳定的石灰岩层和白云岩层 其坚固性系数为 f 6 8 斜井需要通过的风量为 60m3 秒 斜井掘进中估计涌 水量为 2 3m3 小时 巷道内敷设一趟直径为 300mm 的压风管 一趟直径为 300mm 的排水管和一趟直径为 150mm 供水管 试进 行该斜井直线段的断面设计和施工设计 三 倾斜巷道断面的设计三 倾斜巷道断面的设计 一 已知参数 1 年生产能力为 30 万吨 2 斜井掘进中估计涌水量 2 3m3 小时 3 采用 1 5t 固定式矿车组提升 4 斜井穿过中等稳定的石灰岩层和白云岩层 其坚固性系数 f 6 8 5 斜井需风量为 60m3 秒 6 巷道内敷设直径为 300mm 的压风管 一趟直径为 300mm 的排水管和一趟直径为 150mm 的供水管 二 巷道形状的选择 我国矿井下使用的巷道断面形状 按其结构的轮廓可分为折线 型和曲线型两大类 前者如矩形 梯形 不规则形等 后者如 半圆拱形 圆形拱形 三心拱形 马蹄形 椭圆形和圆形等 摘自采矿设计工程设计手册 2554 页 巷道断面形状的选择 主要应考虑巷道所处的位置及穿 过的围岩性质 即作业在巷道上地压的大小和方向 巷道的 用途及其服务年限 选用的支架材料和支护方式 巷道的掘进 方法和采用的掘进设备等因素 一般情况下 作用在巷道上的地压和方向在选择巷道断面 形状是起主要作用 当顶压和侧压均不大时 可选用矩形或梯 形断面 当顶压较大 侧压较小时 则选用直樯拱形断面 半 圆拱 圆弧拱或三心拱 当顶压 侧压都很大的同时低鼓严 重时 就必须选用诸如马蹄形 椭圆形等封闭式断面 矿区富有的支架材料和习惯使用的支护方式 往往也直接 影响道巷断面形状的选择 木架和钢筋混凝土棚子 多适用于 梯形和矩形断面 断面形状适用条件 半圆供形目前开拓 准备巷道 而硐室普片采用的断面形状 多在顶压大侧压 小 无底鼓得条件下使用 圆弧拱形由于光爆锚喷支护的推广 拱部成型好 施工方便 多用于准备巷道 当跨度较大时 较半圆拱形断面利用率高 三心圆拱形与半圆拱形相比 拱顶承压能力差 但断面利用率较高 适用于围岩 坚硬的开拓巷道 上 下 山和硐室 梯形顶板暴露面积较矩形小 可减少顶压 能承受稍大的侧压 多用于采 区巷道 矩形断面利用率较高 多用于顶压 侧压都较小 维护时间不长的回采巷 道 马蹄形用于围岩松软 有膨胀性 顶 侧压力很大 且有一定底压的巷道 圆形围岩松软 四周压力均很大 用其他形状不能抵抗围岩压力时采用 椭圆形当巷道四周压力很大 且分布不均时 根据顶压和侧压的大小 采用 竖直或水平布置 不规则形在薄煤层中 为了不破坏顶板 使顶板保持一定的稳定性 断面形状 视煤层赋存条件而定 掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定影 响 目前 岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主要地位 它能适应任何新装的断面 近年来 由于锚喷支护广范应用 为了简化设计和有利于施工 巷道端面多采用半圆拱和圆形拱 三心拱也逐渐被淘汰 在使用全断面掘进机掘进的岩石平巷 选用圆形断面无疑是最为合适的 在需要通风量很大的矿井中 选择通风阻力较小的断面形 状和支护方式 既有利于安全生产又具有明显经济效益 在满足安全与技术要求的条件下 力求提高断面利用率 缩小断面降低造价并有利于加快施工速度 综上所述 选择巷道断面尺寸应考虑诸多因素 联系以上 所有因素和已知参数 根据 采矿守则 年产量在 30 万 t 其 服务年限应在 15 年以上 该运输大巷穿过中等稳定的石灰岩 层和白云岩层 其岩石坚固性系数又在 6 8 因此选择半圆形 拱最合适 三 巷道净断面尺寸 矿山安全规程 内有明确规定 机械运输巷道的一侧 必须留有 0 7 米以上的人行道 另一侧 如果巷道是用木材 混泥土棚或金 属支架时 不得小于 0 2 米 用砖 石 混泥土砌璇以及锚杆喷 浆时 不得小于 0 2 米 运输机距支架或璇墙之间的距离得小于 0 4 米 摘自 井巷工程 112 页 一 井巷巷道进宽度 据 井巷工程 62 页查表 3 2 可知 MG1 1 6A 固定式矿车宽 A1 1050mm 高 h 1200mm 长 L 2400mm 根据 煤矿安全规程 且巷道人行道宽 C 840mm 非人行道一侧宽 a 400mm 故巷道净宽度 B a A1 400 1050 840 2290mm 二 确定巷道拱高 h0 半圆拱形巷道拱高 h0 B 2 2290 2 1145mm 半圆拱半径 R h0 1145mm 三 确定巷道壁高 h3 1 按管道装设要求确定 h3 h3 h5 h7 hb 1816 5mm 22 22 RDb 2 按人行高度要求求 h3 1800 hb 1800 220 22 RRj 647 1373mm 综上所述 考虑一定的余量 确定本巷道的壁高为 h3 1820mm 则 本巷道高度为 H h3 hb h0 18200 220 1145 2745mm 三 确定巷道净断面尺寸 掘进断面面积的确定由 井巷工程 表 3 7 得净断面积 S B 0 39B h2 h2 h3 hb 1820 220 1600mm 故 S 2290 0 39 2290 1600 5 7 净周长 P 2 57B 2h2 9085 3mm 9 1m 四 确定巷道设计掘进断面尺寸和计算 掘进断面尺寸 1 支护参数的选择 过去大多数是架设棚式支架与砌筑石材整体支架来维护巷道 现 在锚喷支护在矿山得到了较为广泛的使用 而支护主要包括下列几 种方法 1 采用锚杆支护巷道 就是巷道掘进后向围岩中钻锚杆眼 然后将锚杆架设在锚杆眼内 对巷道围岩给予人工加固 从而维护 巷道的稳定性 锚杆的类型 钢筋或钢丝绳砂浆锚杆 金属倒锲 式锚杆 木锚杆 树脂锚杆 快硬水泥锚杆 快硬膨胀水 泥锚杆 管缝式锚杆 可伸缩式锚杆 其作用原理 悬吊作用 组合梁作用 锚杆锲固作用 挤压加固 作用 图表文献来自 地下建筑工程设计与施工 表 9 4 2 喷射混凝土支护 喷谁混凝土支护作用是用喷射机将混凝土混合物喷射在岩面上凝 结硬化而成的一种支护 其特点是 凝土在高速喷浆过程中 水泥颗粒受到碰撞冲击 混凝土喷层受 到连续冲击压密 而且喷射工艺又允许采用较小的水灰比 因此 喷射混凝土喷层具有致密的组织结构和良好的物理力学性能 特 别是它的粘结力大 能同岩石紧密粘结 是形成喷射混凝土独特 支护作用的重要因素 喷射混凝土能随着巷道掘进及及时施工 且加入速凝剂后其早期 强度成倍增长 因而能够控制围岩的过度变形和松弛 喷层较薄 具有一定的柔性 可以和围岩共同变形产生一定量的 径向位移 其作用原理 加固与防止风化作用 改善围岩应力状态和作用 柔性支护结构作用 组合梁作用 喷射混凝土支护结构和支护厚度的选择 应综合考虑 围岩地质 条件 结构物的工作条件 巷道有效跨度和服务年限等因素 3 锚喷支护及锚喷网联合支护 锚杆和喷射混凝土虽各有优点 但也都有不足之处 锚杆联合 支护 恰能做到使二者相互取长补短 互为补充 是一种性能更好 的支护形式 锚杆与其穿过的岩石形成承载加固拱 喷射混凝土层 的作用则在于封闭围岩 防止风化剥落 和围岩结合在一起 对锚 杆间的表面岩石起支护作用 光弹模拟实验表明 用锚杆进行支护 时 在两锚杆之间的围岩表面附近 会产生拉应力 如果岩石松软 则在拉应力作用下 可能产生局部的破坏和掉快 而局部小岩块的 坠落又可能导致深部岩石的松动和破坏 这样将消弱岩石加固拱稳 定性和承载能力 因此 锚杆与喷射混凝土联合使用 就可以防止 局部岩块的松动和坠落 从而加固与提高了岩石拱的承载能力 喷射混凝土能有效控制锚杆间的石块掉落 但其本身是脆性的 当岩石变形大时 易开裂剥落 解决方法之一就是在喷射混凝土中 加刚纤维 增加混凝土的抗弯强度和韧性 另外就是在喷射混凝土 之前敷设金属网 喷后形成钢筋混凝土层 提高了喷层的整体性 改善了喷层的抗拉性能 这就形成了锚喷网联合支护 能有效的支 护松散破碎的软弱岩层 金属网用钢筋直径一般为 6 12mm 钢筋间 距一般为 200 400mm 4 联合锚杆支护 组合锚杆支护是以锚杆为主要构件并辅以其他支护构件而组成的 锚杆支护系统 其类型主要有锚网支护 锚梁 带 网支护和锚杆 木行架支护 5 普通支架 包括 木支架 金属支架 钢筋混凝土 棚式 石材整体支护 摘自 井巷工程 教材 p107 139 6 选用的支护方式 优点及作用原理 以及支护材料的选取 锚杆支护是锚杆与喷射混凝土联合支护的简称 二和又可单独使 用 成为锚杆支护与混凝土支护 锚杆支护还可与金属网联合进行 支护 它具有施工速度快 施工机械化高 成本低及节约材料等优 点 本巷道穿过坚固性系数为 6 8 的中等稳定的石灰岩和白云岩 因此我们选择的是锚喷支护 1 锚喷支护的优点 锚喷支护突破传统的支护形式和支护理论 吧再是消极的承 受围岩压力 而是尽量保持围岩的完整性 限制岩石的变形 位移和裂隙发展 充分发挥岩体自身的支承作用 把围岩从 荷载变为承载 变消极因素为积极因素 这是锚喷支护和一 切旧支护形式最根本最本质的差别 也是锚喷支护大大优于 其他支护形式的根本所在 我国矿山大量使用锚喷支护的实践证明 锚喷支护不但可 以用于比较稳定的岩层中 而且可以用于破碎带 断层多 有底鼓受强烈采动地压影响的巷道和大跨度的硐室 锚喷支 护与其他支护形式相比 在技术上和经济上具有以下优越性 由于锚喷支护是高压喷射成的混凝土层 致密 强度 高 能提高井巷围岩的自身稳定性和承载能力 并与 岩层构成共同承载整体 这样 支护厚度可减薄一半 以上 掘进断面可减少 10 20 某矿对 26000 米锚 喷巷道同料石碹巷道比较 少掘岩石 91000m3 节省炸 药 91 吨 料石 78000 m3 坑木 3600 m3 工日 21 8 万 个 大大节约了投资 工艺简单 操作方便 混凝土 砂浆直接喷到岩面 省去立模 拆模邓繁琐工序 节省了木材和钢材 机械化程度高 减轻工人的笨重体力劳动 在平巷和 立井施工中 料石砌碹 每个工人一个班搬运料石多 则一万多井 而锚喷支护 除喷射手劳动强度较大外 其余工序都是机械操作 随着平巷喷射混凝土简易机 械手的推广 以及立井喷射机械手的使用 为实现锚 喷支护全部机械化施工打下良好的基础 施工速度快 效率高 可以实现远距离输料 占用巷 道空间少 为快速掘进 掘喷平行作业创造有利条件 平巷中锚喷支护功功效一般为 0 2 0 35 米 工 每米 成巷 3 5 个工 掘进速度为 100 120 米 月 最高 700 米 月以上 而料石碹每米成巷 10 15 个工 一般掘进 速度为 60 70 米 月 最高 240 米 月 锚喷支护可以紧跟工作面 取消临时支护 基本上解 决支护落后掘进的矛盾 支护后的巷道失修率低 维 护方便 并且可以处理冒顶 有利于安全生产 节约坑木 减少巷道维修量 根据某矿对 26054m 巷道 普查 锚喷 15789 7m 由于严重破坏而需要返工维修的 占 19 锚喷支护巷道质量良好和基本良好的占全部锚 喷巷道的 96 5 严重破坏而需要返修的仅占 3 5 锚喷支护的巷道局部破坏时 只在破坏处进行补喷即 可 而坏棚坏碹返修时间需要全部拆除 重新砌碹和 架棚 作用原理 悬吊作用 当巷道的直接顶板是一层或几层不稳定 的岩层时 通过锚如一系列的锚杆 将直接顶板吊挂 在其上部坚硬稳固的上部岩层上 组合梁作用 将层状岩石的巷道顶板中安设锚杆以 后 将锚杆长度以内的薄岩层石锚成一个整体 组合 成一个岩石 板梁 从而提高了顶板岩层的强度和刚度 工人们形象的把这一作用比喻为 纳鞋底 打锚 杆后围岩锚成一个整体 打多深的锚杆就等于砌了多 厚的碹 显然 以上两种支护原理 可以解释在层 状岩层起到支护作用的道理 而对于块状层岩的支护 作用就无法解释了 挤压加固作用 锚杆将巷道围岩锚牢挤紧 起到对 围岩的挤压加固作用 但这些作用原理 无法解释我 国当时应用最广泛的钢丝绳砂浆锚喷的支护作用 因 为这类锚杆无预应力 同样可以起到良好的支护作用 减小跨度的作用 巷道顶板打了锚杆 就相当于在 该处打了点柱 因而相当于使巷道顶板岩石悬露的跨 度缩小了 7 锚喷材料的选择 几中常用锚杆 锚杆种类很多 而且常用的有金属楔缝式锚杆 金属 倒楔式锚杆 普通木锚杆 压缩木锚杆和钢丝绳砂浆锚杆 等几种 一般应根据地层 围岩性质 层节理的发育情况以及 技术及原材料的供应情况来选定使用锚杆支护的形式 金属楔缝式锚杆 安设锚杆时 先把楔块夹 在杆体上端的楔缝中 一同轻轻送入钻孔 然后 再杆体下端加保护套或拧上螺丝帽保护螺纹 在 不断地锤击下 使楔快在尖劈作用下挤入楔缝 而使杆体上端张开并牢牢嵌紧孔底眼壁 最后 穿上托板 拧紧螺帽锚杆安装完毕 楔缝式锚 杆的锚固力一般可达到 8 10t 安装锚杆时 拧紧螺帽是保证安装质量的重要的措施 拧紧了螺帽 杆体就会给予围岩一个大小相等 方向 相反的挤压力 即所谓 预应力 以防围岩发生裂 隙或冒落 楔缝式锚杆结构简单 易于加工 在硬 岩中锚固力也不小 但对于钻孔的深度要求严格 又 须锤击安装 故其杆体直径要求较大 用钢材也较多 种种锚杆不能回收 复作 在软岩中 由于锚固力不 足 不宜使用这种锚杆 2 道床参数的选择 道床参数的选择是指钢轨型号 轨枕规格和道咋高度三者的确定 下 面可根据图表说明道床参数 常用道床参数 表 3 5 巷道类型 钢轨型号 kg 道床总高 度 道咋高度 道咋面至枕轨面垂高 井底车场 及主要运 输巷道 上 下山 采 区 运 输 巷 道 运输 巷 回风 巷 可不铺道砟 轨枕沿底板浮放 也 可在浮放轨枕两侧充填掘进矸石 钢轨型号是以每米长度的重量来表示的 煤矿常用的型号是 15 22 30 和 38 钢轨型号是根据巷道类型 运输方式及设备 矿 车容积与轨枕来选用 巷道轨枕选择 表 3 10 使用地点运输设备 轨枕规格 斜井 箕斗人车 运送液压支架设备车 0t 1 5t 8t 及以上机车 3t 及以上矿车 2 4Mt a 及以上矿井送液压支 架设备车 30 平硐 大巷 井巷车场 1 0t 1 5t22 2 4Mt a 及以上矿井送液压支 架设备车 30 22 采区巷道 1 0t 1 5t22 15 对轨道敷设的要求是 钢轨的型号应与行驶车辆的类型相适 应 轨道敷设应平直 且具有一定的强度和弹性 在弯道处 轨道 连接应光滑 接运输巷道内同一线路必须采用同一型号的钢轨 道 岔的型号不得低于线路的钢轨型号 在倾角大于 15 的巷道中 轨 道的辅设应采取防滑措施 轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号 相适应 矿井多使用钢筋混凝土轨枕或木轨枕 个别地点也有用轨 枕的 混凝土轨枕主要用于井底车场 运输大巷 上 下 山和中 巷 木轨枕主要用于道岔等处 钢轨枕主要用于固定道床 由于预 应力钢筋混凝土轨枕具有较好的抗裂性和耐久性 构建刚度大 节 约木料 造价低等优点 所以应大力推广使用 常用的桂珍规格见 表 3 11 常用轨枕规格 表 3 11 单位 mm 轨枕类型轨距 轨型 kg 全长全高上宽下宽 木轨枕 或 钢筋混凝土轨 枕 预应力钢筋混 凝土轨枕 或 道咋道床有钢轨及连接件 轨枕 道咋等组成 道咋道床的优点是 施工简单 容易更换 工程造价较低 有一定的弹性和良好的排水 性 并有利于轨道调平 但在生产过程中 煤 岩粉洒落在道床上 之后 使其弹性降低 排水受到阻碍 可能影响机车正常运行 只 要加强维修 这种道床完全能够满足机车运行要求 道砟应选用坚硬和不易风化的碎石或卵石 粒度以 20 30MM 为宜 并不得参有碎末等杂物 使其具有适当空隙度 以利排水和有良好 的弹性 道砟的高度以应与选用的钢轨型号相适应 在主要运输巷 道 其厚度不小于 100mm 并至少不轨枕 1 2 2 3 的 高度埋入道砟 内 二者关系如图 3 8 所示 道床宽度可按轨枕长队再加 200mm 考虑 相邻两轨枕中心线距一 般为 0 7 0 8m 在钢轨接头 道岔和弯道处应适当减小 道床参数 见表 为了减少维护工作量和提高列车运行速度 大型矿井 特别是采 用底卸式矿车运输时 井底车场和主要运输大巷应积极推广整体道 床 固定道床一般是用混泥土整体浇注 将枕轨和道床固定在一起 这种道床具有维修工程量小 运营费用低 车辆运行平稳 运输速 度高 服务年限长等优点 因此 这种道床主要用于大型矿井的斜 井井筒 井底车场和个别运输大巷的轨道铺设中 但这种道床初期 投资高 施工复杂 道床的弹性也较差 无轨运输巷道底板的岩石强度要求 否则需铺混泥土 其 强度等级不低于 C 3 巷道设计掘进断面 巷道的净尺寸加上支护和床参数后 道便可获得巷道的设计掘进 尺寸 进而求算出巷道的设计掘进断面积 半圆拱巷道设计掘进断面积 圆形拱巷道设计掘进断面积 梯形拱巷道设计掘进断面积 巷道设计掘进断面尺寸加上允许的掘进超挖误差值 即可求算出巷道计算掘进断面尺寸 因此在计算 布置锚杆的巷道周长 喷射混泥土周长和粉刷面积周长时 就应用 比原设计净宽大 的计算净宽作为计算的基础 以便保证巷道施 工时材料应有的消耗量 则斜井巷道掘进断面尺寸为 由表 3 7 的公式得 巷道设计掘进宽度 B1 B 2T 2290 200 2490mm 巷道计算掘进宽度 B2 B1 2 2490 150 2640mm 巷道设计掘进高度 A1 H hb T 3065mm 巷道计算掘进高度 H2 H1 S 3065 75 3140mm 巷道设计掘进断面面积 S1 B1 0 39B1 h3 2490 0 39 2490 1820 mm2 6 95 巷道计算掘进断面面积 S2 B2 0 39B2 h3 2640 0 39 2640 1820 mm2 7 52 五 巷道管线布置 巷道内排水沟外尚有管线需要布置 为了保证安全和便于检修 布置要点如下 一侧棚腿上部 管线则布置在另一侧棚腿下部 管 径细的在上 粗的在下 与道渣面保持 150mm 距离 且任何一根管 子与运行车辆的距离都不应小于 200mm 拱形巷道内 管道一般布置在人行道一侧 管子最下部距道渣面 或水沟盖板不小于 1800mm 电力电缆布置在另一侧 距底板不小于 1000mm 与运行车辆的间距不小于 250 毫米 并力求布置在运行车 辆高度之上 电话和信号电缆应布置在电力电缆的另一侧 若条件所限制不能 满足时 应布置在电缆之上 300 毫米以外 另外 电缆若与管道同 侧布置时 应在管道之上不小于 300 毫米的地方 六 计算巷道掘进工程量及材料消耗量 由 3 7 计算公式得 每米巷道拱与墙计算掘进体积 V1 S2 1 7 52m3 每米巷道墙脚计算掘进体积 V3 0 2 T 1 0 2 0 1 0 75 1 0 04 m3 每米巷道拱与墙喷射材料消耗 V2 1 57 3 95 0 10 0 10 2 1 82 0 10 1 0 968 m3 每米巷道墙脚喷射材料消耗 V4 0 2T 1 0 2 0 10 1 0 02 m3 每米巷道喷射材料消耗 不包括损失 V V2 V4 0 968 0 02 0 988 m3 每米巷道锚杆消耗 N P1 0 5a a a P 计算锚杆消耗周长 P1 1 57B2 2h3 1 57 2640 2 1280 6 78m a a 锚杆间距 a a 0 8m N 6 3 0 64 9 84 根 折合量为 9 84 l d 2 9 84 2 00 3 14 0 018 2 2 7850 39 29 l 锚杆长度 l 2 00m d 锚杆直径 d 18mm 锚杆材料密度 7850 m3 由于每根锚杆安装两个树脂药卷 则每米巷道树脂药卷消耗 M 2 N 19 68 支 每排锚杆数为 N 0 8 9 84 0 8 7 87 8 根 每排树脂药卷 M 0 8 19 68 0 8 15 74 16 之支 每米巷道粉刷面积 Sn 1 57B3 2h2 B3 计算净宽 B3 B2 2T 2 64 2 0 010 2 44m Sn 1 57B3 2 1 6 7 03 七 绘制巷道断面施工图及编制巷道特 征表和每米巷道工程量及材料消耗量表 材料消耗量表 运输大巷特征 断面面积 设计掘进尺 寸 mm 锚杆 mm围岩 类别 净断 面 设计 掘进 宽高 喷射 厚度 mm 型式 排 列 方 式 间 排距 锚杆 长 直 径 净周 长 m 5 76 9524903060100 螺纹 钢树 脂锚 杆 方 形 8002000 189 1 运输大巷每米工程量及材料消耗 围岩类 型 计算掘进工程 量 m3 锚杆数 量 材料消耗 mm粉刷面 积 锚杆巷道墙脚喷射材 料 m3 钢筋 kg 树脂药 卷 支 7 520 049 840 9839 2919 687 03 四 斜井巷道断面的施工四 斜井巷道断面的施工 在进行凿岩爆破施工前 首先要确定凿岩爆破参数 其涉及的 因素很多 大的方面有设备类型与状态 岩石与岩体条件 施工方 案与方法 施工队伍与施工技术及使用的材料等 一般先根据经验 公式或定额计算基本参数取值范围 然后按计算值进进行炮孔布置 设计 根据炮孔布置的结果和预先确定的施工方案修正并重新确定 凿岩爆破基本参数 目前 岩巷掘进扔主要采用钻眼爆破方法破岩 而且在今后相当长的时期内任然是煤矿岩巷主要的掘进方法 岩巷 或半煤岩巷的部分断面掘进机开始在我国煤矿中使用 全断面掘进 机 TBM 也已在个别矿区开始使用 但是 这两类掘进机在我国煤矿 岩巷中的推广应用还需要很长的过程 我国煤矿岩巷的钻眼爆破 从手工凿岩 硝铵炸药 普通雷管 浅眼爆 破起步 到手持式凿岩机 液压凿岩台车 高威力水胶炸药 乳化炸药 高 精度毫秒电雷管 非电起爆器材以及各类起爆器 中深孔光面爆破 使我国的凿岩爆破技术得到了长足的发展 与此同时 凿岩机理 破 岩机理 爆破技术以及施工设备的可靠性 自动化程度也有了较大的 发展 目前 钻眼爆破的发展趋势是中深孔 光面爆破和断裂成型 刻槽 爆破技术 一 爆破参数的确定 爆破参数主要包括炮眼直径 炮眼深度 炮眼数目 单位炸药消耗 量等 1 炮眼直径 炮眼直径对钻眼效率 全断面炮眼数目 炸药消耗量和爆破岩石 块度等与岩壁平整度均有影响 因此 应根据巷道断面的大小 块度 要求 炸药性能和凿岩机性能综合考虑 进行选择 炮眼直径大 可以减少炮眼数目 炸药能量相对集中 可提高爆破 效率 但钻速下降 影响爆破质量和降低围岩稳定稳定性 在采用 气腿式凿岩机的情况下 现场多根据药卷直径确定炮眼直径 目前 国内岩巷掘进均采用直径 27mm 32mm 和 35mm 三种药卷 炮眼直径需 比药卷直径大 6 8mm 左右 所以目前沿岩巷掘进的炮眼直径多采用 35 42mm 2 炮眼深度 炮眼直径决定了每一掘进循环钻眼和装岩的工作量 循环进尺以 及每班的循环伺候 次数 炮眼深度主要根据岩石性质 巷道断面 大小 循环作业方式 凿岩机类型 炸药威力 工人技术水平等因 素来确定 从今年发展趋势来看 炮眼平均深度逐渐由浅孔向中深 孔 2 0 2 5m 发展 一些采用凿岩台车凿眼的掘进队正在向较深 孔发展 合理的炮眼深度应以高速 高效 低成本 便于组织正规循环作 业为原则 采用气腿式凿岩机时 炮眼深度以 1 8 2 5m 为宜 眼深 超过 2 5m 后 钻眼速度明显降低 采用配有高效凿岩机的凿岩台车 时 应向深眼发展 一般眼深可达 3 0m 以上 我国煤矿巷道掘进中 通常是以月进尺任务和凿岩 装岩设备的能力来 l L N k 式中 l 炮眼深度 m L 计划月进度 m N 每月实际用于掘进的天数 30 天 K 正规循环率 即每月实际用于掘进工作的天数与 30 天之比 一般取 k 0 8 0 9 n 每日完成掘进循环数 次 炮眼利用系数 一般要求 0 8 炮眼深度的取值也可参见下表 岩石坚固系数 掘进段面面积 2 45 78 10 4 61 8 2 11 6 1 91 4 1 6 6 1 82 1 2 31 9 2 01 6 1 8 8 102 3 2 42 0 2 21 8 1 9 10 1 122 4 2 52 2 2 31 9 2 0 12 1 142 4 2 52 2 2 32 0 2 1 14 1 162 5 2 62 3 2 42 0 2 1 16 1 182 5 2 62 3 2 42 1 2 2 2 炮眼数目 炮眼数目直接影响着钻眼工作质量 爆破岩石的块度 巷道形 状等 炮眼数目取决于岩石性质 巷道断面形状和尺寸 炮眼直径 和炸药性能等因素 合理的炮眼数目应以保证爆破效果的实现为原 则 一般是先以岩层性质和断面大小进行初步估算 然后在设计断 面图上作炮眼布置图 得出炮眼总数 并通过实践调整修正 炮眼 数目的取值可参照下表 岩石坚固系数 f掘进断面面积 2 45 78 10 4 68 1112 1616 20 6 1 812 1617 2121 26 8 1017 2122 2727 32 10 1 1222 2728 3333 37 12 1 1428 3334 3838 42 14 1 1634 3839 4243 46 16 1 1839 4243 4647 50 炮眼数目也可以根据单位炸药消耗量 按上述经验方法确定炮眼数 目 N qSm ap 式中 N 炮眼数目 q 单位炸药消耗量 m3 S 巷道掘进断面积 m 每个药卷长度 m a 装药系数 即装药长度与炮眼长度之比 一般取 0 5 左 右 P 每个药卷的重量 4 单位炸药消耗量 q 单位炸药消耗量是指爆破 1 0m3实体岩石所需要的炸药量 也就 是工作面一次爆破所需的总炸药量 Q 和工作面一次爆下的实体岩石 总体积 V 之比 即 q Q V m3 单位炸药消耗量是一个很重要的参数一个很重要的参数 它将 直接影响到岩石块度 钻眼和装岩的工作量 炮眼利用率 巷道轮 廓的整齐度 围岩稳定性以及爆破成本等 影响单位炸药量消耗的主要因素有炸药性能 岩石的物理力学 性质和自由面的大小和数目以及炮眼直径和炮眼深度等 到目前为 止 还没精确计算单位炸药消耗量的方法 计算数据一般只作参考 所以多按定额选用 5 装药结构和起爆 按光面爆破的要求 装药延炮孔应纵向均匀分布 并有合理的 不偶合系数 当炮孔较浅时 2m 可采用连续装药 这样才能 保证钻凿的岩体全部爆落 光面爆破采用现场制作的细药卷 也可直接从厂家购买光 爆炸药 炸药卷直径按照不耦合系数确定 光面爆破应使用毫秒微差雷管 且周边孔一般应通段起爆才能 保证光面爆破效果 炮孔的爆破顺序及分段段数应根据地下工程断 面大小确定 一般掏槽孔按设计分 1 3 段起爆 辅助孔按圈数自内 向外选择起爆段数 辅助孔起爆后 再起爆底 板 孔 周边孔最 后起爆 预裂爆破的周边孔要 1 段起爆 周边炮孔的底脚应装一 个粗药卷 以克服岩体的挟制作用 二 选择钻眼爆破器材 1 爆破器材的选择 我国目前使用的 矿用炸药有硝铵类炸药和水炸药 乳化 浆化 水胶炸药 当穿过有瓦斯地段时 应采用煤矿硝铵炸药和煤矿含 水炸药 对于坚硬石可考虑采用粉状搞威力炸药 硝铵类炸药价格 较低廉 为煤矿普通使用 一般装成直径 32mm 35mm 38mm 重量 100g 150g 200g 的药卷 有效使用期为 6 个月 起爆器材一般采用 8 号雷管 延秒 半秒 毫秒等都能满足使用 但是在穿过有瓦斯的底层时 不能选用有瓦斯的雷管 毫秒延期雷 管时间也不能大于 135ms 本次施工选用 2 号硝铵岩石炸药 8 号雷管要卷直径选 35mm 质量 为 150g 三 炮眼布置 除合理选择掏槽方式和爆破参数外 还需要合理布置炮眼 以取 得理想的爆破效果 炮眼布置方法和原则如下 工作面上各类炮眼布置是 抓两头 带中间 即首先选择掏 槽方式和掏槽眼位置 其次是布置好周边眼 最后根据断面大小布 置崩落眼 掏槽眼通常布置在断面的中央偏下 并考虑崩落眼的布 置较为均匀和减少崩坏支护及其他设备的可能 周边眼一般布置在 巷道断面轮廓线上 顶眼和帮眼按光面爆破要求 各炮眼相互平行 眼底落在同一平面上 崩落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 为了获得良好的爆破效果 必须正确地布置工作面炮眼 合理确定爆破参数 选用适宜的炸药 和改善爆破技术 掘进工作面的炮眼 按其用途和位置可分为掏槽 眼 辅助眼和周边眼三类 其起爆顺序是延期起爆 即先掏槽眼 其次辅助眼 最后周边眼 以保证爆破效果 1 掏槽眼 掏槽眼的作用是首先在工作面上将某一部分岩石破碎并抛出 在 一个自由面的基础上崩出第二个自由面来 为其他炮眼的爆破创 造有利条件 掏槽效果的好坏对循环掘进起着决定性作用 掏眼槽一般布置在巷道断面中央靠近底板处 这样便于打眼时掌 握方向 并有利于其他多数炮眼的岩石能借助于自重崩落 两眼 底距离为 200mm 左右 眼深比一般炮眼深 200mm 每眼装药长度 系数为 0 4 0 6 适用于各种岩层 可充分利用自有面 逐步扩大爆破范适用于各种岩层 可充分利用自有面 逐步扩大爆破范 围 掏眼槽面积较大 适用于较大面积巷道 但因炮眼倾斜 掏槽眼深度受围 掏眼槽面积较大 适用于较大面积巷道 但因炮眼倾斜 掏槽眼深度受 到巷道宽度的限制 碎石抛掷距离较大 易损伤设备到巷道宽度的限制 碎石抛掷距离较大 易损伤设备和支护 当掏槽眼和支护 当掏槽眼 角度不对称时尤其如此 角度不对称时尤其如此 3 辅助眼 辅助眼又称崩落眼 是大量崩落岩石和继续扩大掏槽的炮眼 辅助眼要均匀布置在掏槽眼与周边眼之间 其间距一般为 500 700mm 炮眼方向一般垂直于工作面 装药系数一般为 0 45 0 60 如采用光面爆破 则紧邻周边眼的辅助眼要为周边眼创 造一个理想的光面层 即光面厚度比较均匀 且多与周边眼的最小 抵抗线 2 辅助眼 周边眼是爆落巷道周边岩石 最后形成巷道断面设计轮廓的炮眼 周边眼布置合理与否 直接影响巷道成型是否规整 现在光面爆破 已经较为成熟 一般应按光爆要求进行周边眼布置 光面周边眼的 间距与其最小抵抗线存在着一定的比列关系你 即 K E W 式中 K 为炮眼密集系数 一般为 0 8 1 0 岩石坚硬时取最大值 较小时取最小值 E 为周边眼距 一般取 400 600mm W 为最小抵 抗线 按照光面爆破要求 周边眼的中心都应布置在巷道设计掘进断 面的轮廓上 而眼底应稍向轮廓线外偏斜 一般不超过 100 150mm 这样可是下一循环打眼的凿岩机有足够的工作空间 同时还要尽量减少超挖量 光爆周边眼的装岩量必须严格控制 四 选择装药结构与起爆方法 根据起爆药包所在位置不同 有正向装药与反向装药两种方式 正向装药如图 4 8 a 所示 先将被动药包依次装入眼内 然后装入起爆药包 所有药包和雷管的聚能穴一致朝向眼底 最后 用炮泥填满炮孔 反向装药如图 4 8 b 所示 先将起爆药包装入眼底 然 后再装被动药包 最后装满炮泥 并且雷管和药包的聚能穴一致朝 向眼口 这样炮轰波由里向外传播 与岩石朝向自由面的方向一致 有利于反射拉伸波破碎岩石 同时起爆药距自由面较远 爆炸气体 不会立即从眼口冲出 爆炸能量能得到充分利用 因此能取得较好 的爆破效果 2 周边眼的装药 在光面爆破中 周边眼的装药结构 在目前普片采用 32 35 mm 粉状硝铵类炸药卷的情况下 可采用单段空气柱式装药结 构 见图 4 9 a 眼口炮泥必须堵塞好 以使炸药爆炸后空气柱能 起到缓冲作用 延长眼内爆生气体做功时间 将岩口部分岩石爆落 下来 避免眼口出现 鼓包 现象 这装药结构简单易行 使用于 1 5 2 0m 深的炮眼 眼深超过 2 0m 后效果不好 为了克服以上不 足之处 可采用小直径药卷空气间隔分节装药结构 如图 4 9 b 所示 两药包的间隔距离 一般不能大于该种炸药在炮眼内的殉爆 距离 为了控制间隔距离 防止药包串动 药包之间还要有间隔物 3 炮眼的填塞 为了保质保量地做好装药工作 装药之前必须吹洗炮 可塑性 又有较大的摩擦系数 眼 将眼中的岩粉和水吹洗干净 起爆药包必须按照规定的要 求制作 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 装岩完毕必须充填以符合安全要求和炮泥并搞实 这 种炮泥既有良好的 五 拟定爆破说明书和爆破参考图表 爆破说明书是井巷施工组织设计中的一个重要组成部分 是指 导 检查和总结爆破工作的技术文件 爆破说明书的内容包括有 爆破工程的原始资料 选用钻眼爆破器材 爆破参数的选择与计算 爆破网路的计算与设计 爆破作业安全措施 爆破作业图表是在爆破说明书基础上编制出来的 一般包括炮眼布 置图 爆破原始条件 炮眼布置参数 装药参数表 预期爆破效果 和经济指标等 在执行过程中 要严格执行岗位责任制 按劳动效 率 材料消耗 爆破效果等全面检查 使爆破图表更符合实际 爆破原始条件 序号名称 单位 数量 1 掘进断面 m3 6 95 2 岩石普氏系数 f 6 8 3 工作面瓦斯情况 无瓦斯 4 工作面涌水情况 m3 h 2 3 5 炸药和雷管的类型 水炸药 装药量及起爆顺序 每个炮眼装药量合计眼 号 炮眼 名称 眼数 个 眼深 米 卷数 个 长度 米 装填率 卷数 个 重量 kg 装药结构 起爆 顺序 联线 方式 1 预期爆破效果 名称单位数量名称单位数量 炮眼利用率每米巷道炸药消耗 量 kg m 每循环工作面 进尺 m 每循环炮眼总长度m 循环 每循环爆破实 体岩石 m3 每立方米岩石雷管 消耗量 个 m3 炸药消耗量 kg m3 每米巷道雷管消耗 量 个 m 六 定向与钻眼工作 先进测量仪器和工具的推广应用 促进了测量工作的现代化方 向的发展 现代化的测量仪器 在矿井建设时期 尤其在巷道长距 离贯通工程快速施工中 发挥了重大作用 1 测量定眼位工作 钻眼工作必须严格按照爆破图表所要求的眼位 发现 深度 和角度进行 并组织好凿岩机的分区 分工作面 一保证钻眼质量 和提高钻眼速度 掘进巷道时 为了在工作面上正确布置炮眼位置和掌握巷道掘进的 方向和坡度 常采用中线指示巷道的掘进方向 用腰线控制巷道的 坡度 工作面上的炮眼巷道中线为基准 准确的定出周边眼 辅助 眼和掏槽眼的位置 并做好标志 腰线通常布设在巷道无水沟侧的墙上 距轨面标高为 1 米 腰线可 用坡度规挂在腰线上来延长 中线的测量多采用激光指向仪 激光指向仪操作简单 定向准确 节省时间 激光指向仪的氦氖激光管光束发射角小 经望眼镜调 光后 其光束在 300m 远处 不超过 20mm 其输入电源的电压 127V 为矿用安全电压 目前激光指向仪距工作面的最大距离为 500m 在巷道掘进中 激光指向仪牢固地固定在距工作面 100m 以外巷道顶 板的中心线位置上 2 风压供应与供水 压风供应 空气压缩机也称压风机 是矿山四大固定设备之一 通过空气 压缩机 可将自由空气压缩到所需要的压力而成为压缩空气 用以 驱动风动机具 如风动凿岩机 风镐 抓眼机 风水泵等 在矿山 岩巷开拓中广泛应用的喷混凝土技术 也用压缩空气作喷射动力 此外 矿山还经常用压缩空气进行清理水仓 驱动副井上下口的风 动设备和主井上下口的风动设备 空气压缩机站要设在用风负荷中心 尤其要靠近主要用风地点 一般布置在井口不超过 50m 处 以缩短供风路线和减少压力损失 站址应设在空气洁净 通风良好的地方 与易长生尘埃和废气的地 方不小于 50m 并位于全年住封口处 此外还有注意噪音问题空气 压缩站应远离办公区 生活区 工作面风压管 供水管布置 掘井巷道必须采用湿式钻眼 爆破喷雾 装岩洒水更综合防尘 措施 因此 掘井工作面处风压供应外 还必须有供水系统 矿井 的供水系统是由地面和井下的管网系统组成 掘井工作面同时使用风水的较多 并且装卸 移动频繁 为了 提高钻眼工作的效率和各种工序互不影响 必须配舍专用的通风 供水系统 并且予以恰当的布置 3 建立工作面钻眼岗位责任制 合理分区进行作业 应采用定人 定凿岩机 定位 定眼数 定时间的岗位责任制 通 常将工作面以中心线为基准 分为左右两部和中心区 简化每区内 的炮眼由上到下划分成若干组 并尽量使各组的炮眼数目相等 再 将同时工作的凿岩机编号兵使在各自的固定区域里钻眼 七 钻眼爆破安全及注意事项 1 钻眼爆破安全技术 钻眼爆破安全技术必须严格按 煤矿安全规程 有关规定执行 一般应注意以下事项 1 钻眼安全注意事项 1 开眼时必须使钎头落在实岩上 如有浮矸 应处理好后在 开眼 2 不应许在残眼上继续钻眼 3 开眼时给风闸门不要突然开大 待钻进一段后 在开大 4 为防止断钎伤人 推进凿岩机是不要用力过猛 更不要横 向用力 凿岩时钻工应站稳 应随时提防突然断钎 5 一定要注意把胶皮风管与风钻接牢 以防脱落伤人 6 缺水或停水时 应立即停止钻眼 2 爆破安全注意事项 1 在规定的安全地点装配起爆药卷 2 爆破母线要妥善的挂在巷道的侧帮上 并且要和金属物体 电缆 电线离开一定距离 装药前要试一下爆破母线是否贯 通 3 装药前应检查顶板情况 撤出设备与机具 并切断除照明 以外的一切设备的电源 照明灯及导线也应撤离工作面一定 的距离 4 检查工作面 20m 范围内的瓦斯含量 并按 煤矿安全规程 有关规定处理 5 装药前要细心地将药卷送到眼底 防止擦破药卷 装错雷 管段号 拉断角线 有水的炮眼 尤其是底眼 必须使用防 水药卷或药卷加防水套 以免受潮距爆 6 爆破后要等工作面通风散烟后 爆破员率先进入工作面 并进检查认为安全后方能进行工作 7 装药连线后应由爆破员与班组长进行技术检查 做好爆破 前的安全布置 发现瞎炮应及时处理 如瞎炮是有连线不良或错连所造成 则可重 新连线补爆 如不能补爆 则应在距原炮眼 0 3m 外钻一个平行的炮 眼 重新装药爆破 八 通风防尘及风机的选择 1 通风的目的和通风的方式 掘进巷道是通风的目的有两个 一个是把爆破以后产生的有 害气体在较短时间内排除工作面 另一个是经常提供给工作面新 鲜空气 排除掘进时产生的粉尘及瓦斯 降低工作面温度 使工 人有良好的工作面条件 在岩层中单孔掘进时 最广泛的是采用 局部扇风机进行工作面通风 有以下三种通风方式 压入式通风 局部扇风机是把新鲜空气经风筒压入工作面 新鲜空气与爆 破后产生的有害气体混合后 经过巷道流入回风道 扇风机 或入风的风筒应该安装在新鲜风流的巷道中 距离掘进巷道 口不得小于 10m 以免把污秽的空气又压入工作面 压入式通风的优点 工作面得到新鲜风流较大 能较快的冲淡和排出工作面的 跑烟 2 回风的方向与炮烟的散出方向相同 能加快排出炮烟 缩短 通风时间 3 可以采用胶质风筒 安设方便 减少漏风 抽出式通风 新鲜空气自巷道进入与工作面炮烟混合 然后由局部扇风机 把污风吸入 经风筒排到回风巷中 这种通风方式的优点和 缺点正好与压入式相反 混合通风 这是压入式和抽出式结合使用的通风方式 这种通风方式在长距 离 较大断面巷道内 单独采用压入式或抽出式一台扇风机能力 不足时 可以采用该种方式通风 2 长距离单孔掘进通风的措施 巷道愈长 通风愈困难 混合式通风是长距离单孔掘进时比较好 的通风方式 但需要有两路风筒 占用巷道断面较大 在有瓦斯 爆炸危险的矿井用抽出式通风是不可取的 实践证明 搞好长距离独头通风最主要的措施是最大限度的 减小风筒阻力 防止漏风 改进风筒接头是减少漏风 降低风阻 的有效措施 加强通风管理也是减少通风阻力的重要办法 在安 设风筒时 必须吊挂平直 拉紧拉稳 弯道处应尽量使风筒缓慢 拐弯 结合本巷道是运输大巷 掘进时是独头掘进 因此本次施 工采用联合式通风 两种方式互补 便能达到良好的通风效果 3 综合防尘技术 巷道掘进时 在钻眼 爆破 装岩 运输等工作中 不可避免的要 产生大量的矿岩微粒统称为煤矿粉尘 根据测定 这些粉尘中含有 游离 SiO2达到 30 70 其中大量的是粒径小于 5 m 的粉尘 这些粉尘极易在空气中浮游 被热吸进体内 时间久了就容易患矽 肺病 严重的影响工人们的身体健康 因此 煤矿安全规程 规定 井下所有作业地点的空气含尘量不得超于 2 kg m3 入风井巷和采 掘工作面的风源含尘量不得超过 0 5 kg m3 因此 掘进井巷时 必须采取湿式钻眼 冲洗井壁巷帮 水泡泥 爆破喷雾 装岩洒水 和净化风流等综合防尘措施 九 巷道支护 本巷道结合巷道支护原理 方法 选用锚喷支护施工的方法 喷射混泥土施工 时间沙石料 水泥和速凝剂 水等材料 借助 喷射机高速喷敷在岩面上 形成混凝土喷层 用以支护围岩 喷射混凝土层具有一定的轻度和变形能力 是新奥法施工中的 标准支护手段 其最大的特点是能立即封闭新开挖暴露出的岩石 能很快获得较高的强度 从而可迅速发挥支护的作用 地下洞室用 喷射混凝土支护 不但可避免岩石风化 还可起防渗作用 喷敷在 岩石表面的喷射混泥土 具有与岩石固结并加固表面的性能 它可 将单个松散岩块胶结在一起 填充岩石的裂隙和凹陷 从而减少隧 洞周边应力集中 喷射混凝土层与所支护的岩层共同承受着压力或 由局部荷载引起的剪应力 因此 可改善围岩条件 巷道采用锚喷支护 采用砂浆锚杆 长度为 2m 布置于巷道 帮 顶部 排 间距为 0 8m 使用混凝土喷射机喷射 初喷厚度不 小于 30 初喷长度不超过 40 初喷混凝土和锚杆既作为临时支 护有事永久支护的一部分 当顶板破碎时 则在每次放炮后及时喷 射混凝土封拱 然后再打锚杆 十 施工方法 斜井开挖是介于平硐和竖井之间的一种开挖方法 当斜井倾角小 于 10 时 可视为水平洞室开挖 倾角大于 45 时 同于竖井开挖 方法 与水平硐室相比 斜井开挖的特点是 1 对围岩的扰动范围比同断面的平硐大 倾角不同 对围岩稳 定性的影响也不同 一般随倾角增大围岩的稳定性降低 2 钻孔的作业条件较差 且只有对钻孔方向要求高 才能保证 坡度