东北大学考试《井巷掘进与支护》考核作业参考415

东北大学考试《井巷掘进与支护》考核作业参考415前言井巷工程作为矿山建设与地下工程的关键组成部分，其掘进与支护技术的合理性直接关系到工程的安全、效率与经济性。《井巷掘进与支护》课程旨在培养学生掌握井巷设计、施工工艺、支护理论及工程管理的基本原理与实践技能。本参考资料结合课程核心知识点与工程实际应用，对井巷掘进与支护的关键技术进行梳理与阐述，以期为同学们完成考核作业提供有益的思路与参考。需强调的是，本资料仅为辅助学习之用，同学们应独立思考，深入理解课程内容，方能真正掌握专业知识。一、井巷掘进技术概述井巷掘进是地下工程建设的先行工序，其核心任务是在岩（土）体中按设计要求开凿出符合规格的井筒、巷道或硐室。根据破岩方式的不同，掘进技术主要分为钻眼爆破法和机械掘进法两大类。（一）钻眼爆破法掘进钻眼爆破法是当前矿山及地下工程中应用最为广泛的掘进方法，尤其适用于坚硬岩石条件。其主要工序包括：钻眼、装药、爆破、通风、装岩、运输及巷道支护。1.钻眼工作：钻眼设备的选择需依据岩石性质、巷道断面大小及掘进要求确定。常用的凿岩机有风动凿岩机、液压凿岩机等，而钻眼工具则为各种类型的钎头与钎杆。合理确定炮孔参数（深度、直径、数目、布置方式）是提高爆破效率、保证巷道成形质量的关键。2.爆破工作：爆破材料的选择（炸药、雷管）、装药结构、起爆网路设计以及爆破参数的优化，直接影响爆破效果和安全性。应根据围岩条件和掘进要求，选择合适的掏槽方式（如楔形掏槽、直眼掏槽等），并严格控制装药量，以减少对围岩的扰动。3.装岩与运输：爆破后将破碎的岩块及时运出工作面，是保证掘进循环正常进行的重要环节。装岩机械主要有铲斗式装岩机、耙斗式装岩机、蟹爪式装岩机等；运输方式则根据巷道类型和长度可选用矿车、带式输送机等。钻眼爆破法的优点是适应性强，设备简单，成本较低；缺点是工序多，施工效率相对较低，对围岩扰动较大，作业环境较差。（二）机械掘进法掘进随着工程技术的发展，机械掘进法因其高效、安全、对围岩扰动小等优点，在条件适宜的情况下得到了越来越广泛的应用。1.掘进机掘进（TBM）：全断面岩石掘进机（TBM）适用于长距离、大断面、岩性相对均匀稳定的巷道掘进。其主要由刀盘、主机、后配套系统等组成，通过刀盘上的滚刀挤压、剪切破岩，实现连续作业。TBM掘进具有速度快、效率高、作业环境好、成巷质量高等显著优点，但设备投资大，对地质条件变化的适应性相对较差。2.盾构机掘进：盾构机主要用于软土、软岩及富水地层的隧道掘进，具有集破岩、出碴、支护、注浆等多功能于一体的特点。根据其支护形式的不同，可分为土压平衡盾构、泥水平衡盾构等。盾构施工能有效控制地表沉降，保证施工安全。二、井巷支护技术核心井巷开挖后，原岩应力平衡状态被打破，围岩将发生变形甚至破坏。井巷支护的目的在于控制围岩变形，防止围岩垮落，保障井下作业空间的稳定与安全。支护技术的选择应综合考虑围岩性质、巷道用途、服务年限、施工条件及经济因素。（一）支护原理与分类1.支护原理：目前主要的支护理论包括：围岩松动圈理论、新奥法（NATM）、锚杆支护理论等。核心思想是充分利用围岩自身的承载能力，通过支护结构与围岩共同作用，形成稳定的承载体系。2.支护分类：按支护时机可分为临时支护和永久支护；按支护材料和结构形式可分为：*被动支护：如木支架、金属支架（梯形棚、U型钢支架）、砌碹支护（料石、混凝土、钢筋混凝土）等，这类支护主要承受围岩变形产生的荷载。*主动支护：如锚杆支护、喷射混凝土支护、锚喷支护、锚索支护等，这类支护能主动加固围岩，提高围岩的自承能力，是现代井巷支护的发展方向。（二）主要支护形式及其应用1.锚杆支护：锚杆支护是通过将锚杆打入围岩内部，利用锚杆的抗拉、抗剪强度以及锚杆与围岩的粘结力，将不稳定的岩块或岩层锚固在稳定的岩体上，从而阻止围岩松动、塌落。其具有施工简便、成本低、支护效果好等优点，广泛应用于各类岩质巷道。常见的锚杆类型有树脂锚杆、水泥锚杆、机械锚固锚杆等。锚杆支护设计需确定锚杆的长度、直径、间排距、锚固力等参数。2.喷射混凝土支护：利用高压空气将搅拌好的混凝土混合料高速喷射到围岩表面，迅速凝结硬化形成一层坚硬的保护层，从而封闭围岩、防止风化，并与围岩共同作用，承受一定的荷载。喷射混凝土可单独使用，也可与锚杆、钢筋网等联合使用（如锚喷网支护）。3.金属支架支护：在围岩条件较差、变形较大的巷道中，金属支架仍被广泛采用。U型钢可缩性支架具有可缩性好、承载能力强的特点，能适应较大的围岩变形，在软岩巷道支护中效果显著。4.砌碹支护：砌碹支护具有强度高、整体性好、防水、防火、耐久等优点，但施工工序复杂、进度慢、成本高，一般用于服务年限长、围岩条件极差或有特殊要求的巷道。三、井巷施工组织与管理科学合理的施工组织与管理是保证井巷工程质量、安全、进度和成本控制的重要保障。（一）施工方案与工序安排根据巷道的用途、长度、断面大小、地质条件及工期要求，制定详细的施工方案。合理安排各工序（钻眼、爆破、通风、出碴、支护等）的衔接与配合，组织平行作业或顺序作业，以提高施工效率。（二）循环作业与进度控制井巷掘进通常采用循环作业方式，即完成一个掘进循环（包括上述主要工序）后，再开始下一个循环。确定合理的循环进尺和循环时间，是控制施工进度的关键。通过优化工序、提高机械化水平、加强劳动组织管理，实现快速掘进。（三）工程质量与安全管理1.质量管理：严格按照设计图纸和施工规范进行施工，对巷道断面尺寸、支护质量（如锚杆锚固力、喷射混凝土厚度与强度）、爆破效果等进行全过程质量检查与控制。2.安全管理：井巷施工环境复杂，危险因素多，必须坚持“安全第一，预防为主”的方针。加强顶板管理、瓦斯防治、水害防治、爆破安全、机电设备安全等方面的管理，制定应急预案，确保施工安全。四、井巷施工中的关键问题与对策在井巷掘进与支护过程中，常遇到各种复杂地质条件和技术难题，需要采取针对性的对策。（一）不良地质条件下的施工如遇断层破碎带、涌水、高地应力、岩爆、软岩大变形等不良地质条件，应采取特殊的掘进与支护措施。例如，断层破碎带可采用超前支护（管棚、小导管注浆）、短进尺、强支护的方法；软岩巷道则需采用具有高阻可缩性的支护结构，并加强围岩变形监测。（二）巷道维护与修复对于服务年限较长的巷道，由于围岩性质变化、支护结构老化或受采动影响等原因，可能出现变形、损坏，需要进行维护与修复。巷道维护应坚持“预防为主，及时处理”的原则，修复方法需根据损坏情况和原因确定，如补打锚杆、更换支架、卧底、挑顶等。五、综合应用与案例分析思路在考核作业中，可能会涉及到结合具体工程案例进行分析的题目。解决此类问题的思路通常是：1.分析工程背景：明确巷道用途、地质条件（岩性、构造、水文、地应力等）、工程要求（断面、坡度、服务年限等）。2.选择掘进方法：根据地质条件和工程要求，比较不同掘进方法的适用性，选择最优方案，并阐述理由。3.设计支护方案：基于围岩稳定性评价，选择合适的支护类型和参数，进行支护设计计算（如锚杆参数设计、支架承载力校核等）。4.制定施工组织措施：合理安排施工工序，提出保证工程质量、安全和进度的技术组织措施。5.问题与对策：预测施工中可能遇到的问题，并提出相应的解决对策。结语《井巷掘进与支护》是一门理论性与实践性都很强的课程，其核心内容围