采矿概论课件(7)

第七讲平巷及硐室施工 教师 马俊 一 矿山井巷基本概念 为了勘探和开采矿床 在矿体或围岩中开掘的坑道 总称矿山井巷工程 从地面向地下开掘的垂直或倾斜坑道称为井筒 前者叫竖井 后者叫斜井 地表没有出口 在地下开掘的垂直和倾斜井筒分别称为盲竖井和盲斜井 从地面向地下开掘的水平坑道称为平硐或平窿 若平硐两端均直接与地面相通 则称为隧道 在矿体或围岩中开掘的水平坑道叫做平巷 地表没有出口的倾斜或垂直小断面坑道叫天井 长宽高尺寸相差不大的地下坑道叫做硐室 矿山井巷工程是矿山维持正常回采作业所需的竖井 斜井 含斜坡道 溜矿井 天井 隧道 平巷 各种地下硐室工程等的总称 井巷掘进即是上述井巷工程的施工过程 是矿山 特别是地下矿山最重要的生产工序之一 矿床开采 提升运输 供水排水 供气供电 采空区治理等矿山所有与采矿有关的活动 都要由井巷工程提供通路 由于井巷工程施工周期长 费用高 不能向采矿一样直接创造效益 因此在矿山也最容易被忽视 造成掘进落后于采矿 影响矿山正常作业循环 为保证矿山可持续 稳定发展 必须严格贯彻执行 采 矿 掘 进 并举 掘进先行 的采矿方针 二 平巷施工 国内外金属矿山一般采用凿岩爆破法掘进巷道 巷道掘进中 破碎岩石是一项主要工序 也是掘进施工的第一道主要工序 破碎岩石主要采用凿岩爆破的方法 凿岩爆破约占一个掘进循环时间的40 60 凿岩爆破工作的好坏 对巷道掘进速度 规格质量 支护效果 掘进成本等 都有较大的影响 主要步骤有凿岩 爆破 出渣及支护等 另外在巷道施工中还需要撬浮石 通风洒水 铺轨道 延长风水管线等 一 凿岩 凿岩机具主要包括凿岩机 钎杆 钎头和凿岩台车 凿岩机按动力分为气动凿岩机 液压凿岩机 内燃凿岩机 电动力凿岩机 水压凿岩机 二 爆破工作炮眼深度 指眼底到工作面的平均垂直距离 一般根据凿岩机 巷道断面 岩石性质 装药结构 劳动组织及作业循环而定 炮眼直径 由凿岩机和药卷直径而定 炸药单耗 参考类似矿山或现场试验确定 见表 炮眼数量 由巷道断面大小及形状 岩石性质 掏槽方式 爆破材料确定 掘进工作面炮眼按其位置和作用可分为掏槽眼 辅助眼和周边眼 周边眼又分为顶眼 底眼 帮眼 表5 2平巷掘进单位炸药消耗量参考值 kg m3 掏槽眼的作用 是将自由面上某一部位的岩石顺爆破方向掏出一个凹槽作为第二自由面 以利于其它炮眼爆破时提高炮眼利用率 辅助眼的作用 是扩大和延伸掏槽的范围 周边眼的作用 是控制巷道断面的规格及形状 掏槽眼的布置分为倾斜掏槽和垂直掏槽两大类 见图 三 岩石的装载 把掘进工作面爆破下来的岩石装入矿车运出工作面 就是岩石的装运作业 亦称出渣 是一项比较繁重的工作 约占掘进循环时间的40 50 因此 不断研究和改进装岩与转运工作 对提高劳动生产率 加快掘进速度 改善劳动条件以及获得较好的经济效益有重要意义 常用的装岩机 铲斗后卸式装岩机蟹爪式装岩机立爪 蟹爪式装岩机注 合理选择装岩机的因素很多 主要应考虑巷道断面大小 装岩机的适应能力和装岩生产率 货源情况 造价以及设备配套能力等 在实际工作中 应考虑以上因素 结合工程具体条件选用 四 巷道支护 岩体未开挖时 岩体中的应力处于原始平衡状态 岩石一般不会发生变形和移动 但巷道掘进后 岩体内原始应力平衡遭到破坏 巷道周围的岩石受力情况发生了变化 在受到扰动的应力重新达到新的平衡过程中 巷道周围的岩石会发生变形 破坏乃至冒落 为保证工作安全和生产的正常进行 除了围岩相当稳固不需特殊处理外 在围岩不稳固地段一般要采取一定的措施将巷道支护起来 常用的支护方法 棚式支护 整体混凝土支护 锚杆支护 喷射混凝土支护 支护材料 1 木材木材是最早用做井巷支护的材料 有松木 杉木 桦木 榆木和柞木 优点 取材方便 成本低 重量轻 加工架设容易 有可缩性 可预告危险 缺点 强度小 易腐蚀 不防火 使用期限短 2 金属材料一般用工字钢 槽钢 废旧钢轨等 优点 强度大 耐久 防火 占巷道断面小 可支撑较大地压 可回收再用 可加工成可缩性支架 缺点 构件重量大 搬运和维修不方便 成本也较高 3 水泥水泥是水硬性胶凝材料 不但能在空气中硬化 而且能在潮湿的环境及水中硬化 保持并增长强度 水泥的种类很多 常用的是硅酸盐类水泥 品种有 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥 4 混凝土普通混凝土由水泥 砂 石 水按比例配制而成 优点 可浇灌成各种预制构件 也可直接喷射 与钢筋有牢固的粘结力 能制成各种钢筋混凝土构件 抗压强度大 除水泥外 砂 石便宜 可就地取材 防火 服务年限长 缺点 抗拉强度低 受拉时变形能力小 容易开裂 自重大 支护形式 支护可分为临时支护和永久支护 临时支护的作用是在掘进后 永久支护前 保证掘进工作的安全进行 随着永久支护的施工 一般要拆除临时支护 当围岩稳定或永久支护工作紧跟掘进面时 也可不临时支护 有时临时支护本身就是永久支护的一部分 如采用喷锚支护时 可先喷一薄层混凝土作为临时支护 待以后再安设锚杆并将混凝土喷层加厚到设计厚度 1 木支护木支护是矿山使用最早 最广泛的支护方式 分为立木支护 木垛支护 木框支护及木架支护 2 混凝土支护有混凝土墙及平巷混凝土支架 一般步骤有拆除临时支架 清理浮石和挖基坑 立模板 浇灌混凝土 拆模清理 3 喷射混凝土支护通过喷射机械 将按一定比例配合的混凝土干拌合物输送至喷头与水混合后 以高速喷于岩面凝结硬化而成的一种支护形式 喷射混凝土支护改变了支架被动受压状况 主动地对岩层进行加固 充分利用和加强了围岩的自身支承作用 改善了围岩的应力状态 喷层还能及时封闭岩石 防止风化 从而保证围岩的稳定 4 锚杆支护锚杆支护实质上是把锚杆安装在巷道的围岩中 使层状的 软质的岩体以不同的形态得到加固 形成完整的支护结构 提供一定的支护抗力 共同阻抗其外部围岩的位移和变形 锚杆支护的主要作用有 悬吊作用 组合梁作用 加固拱作用 锚杆的种类 1 木锚杆 我国使用的木锚杆有两种 即普通木锚杆和压缩木锚杆 2 钢筋或钢丝绳砂浆锚杆 以水泥砂桨作为锚杆与围岩的粘结剂 3 倒楔式金属锚杆 这种锚杆曾经是使用最为广泛的锚杆形式之一 由于它加工简单 安装方便 具有一定的锚固力 因此这种锚杆在一定范围内至今还在使用 4 管缝式锚杆 是一种全长摩擦锚固式锚杆 这种锚杆具有安装简单 锚固可靠 初锚力大 长时锚固力随围岩移动而增长等特点 5 树脂锚杆 用树脂作为锚杆的粘结剂 成本较高 6 快硬膨胀水泥锚杆 采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥加入外加剂而成 具有速凝 早强 减水 膨胀等特点 7 双快水泥锚杆 是由成品早强水泥和双快水泥按一定比例混合而成的 具有快硬快凝 早强的特点 8 矿用胀壳式锚杆 它由固定在杆体上端的内锥体 套在杆体上的上下壳体 外锥体以及杆体和垫板等组成 在使用中外力使外锥体在杆体上滑动 上下壳体位移胀开 产生摩擦阻力 二个摩擦力阻力共同作用产生锚固力 三 硐室施工 全面法 全断面一次掘进 一次爆破成硐 优点 利于一次成硐 工序简单 劳动效率高 施工速度快 缺点 顶板围岩暴露面积大 维护较难 浮石处理及装药不方便 台阶工作面法 如硐室断面大 为便于掘进施工 可将硐室断面分两层施工 正台阶施工法倒台阶施工法 导坑法 先沿轴线方向掘进1