4-巷道掘进与施工

第四章巷道掘进与施工介绍不同的矿山巷道掘进施工方法，岩石平巷施工的凿岩、爆破、装岩、提升运输等主要工序工艺过程，井筒施工的表土施工、特殊施工和基岩施工等内容，井筒延深特点和延深方法，以及斜井、天井、峒室和交岔点施工方法。§4-1平巷掘进与施工•水平巷道掘进，目前普遍采用的掘进施工方法有：凿岩爆破法、全自动凿岩机一次成巷施工法。（1）凿岩爆破法:（矿山法）（2）机械掘进法凿岩爆破法的主要工序包括：凿岩、爆破、岩石装运和支护；辅助工序包括：工作面通风、排水、接管道、照明、铺轨和测量等。主要工序按一定顺序依次进行的作业方式称为单行作业。单行作业各工序互不干扰，组织管理方便，但效率较低。几个主要工序在同一时间内平行进行的作业方式称为平行作业，其优缺点与单行作业恰好相反。从凿岩开始到装岩、铺轨和支护完毕，为一个掘进循环，巷道由此向前掘进了一段距离。凿岩爆破法施工：掘进工序：钻眼——装药联线——放炮通风——装岩运输——支护工具设备：凿岩机—炸药—局部扇风机—装岩机—锚、喷、网、架煤电钻雷管、放炮器风筒矿车电机车、矿车浅孔：深度小于2.5m，直径小于42mm；中深孔：深度2.5~4m，直径小于50mm；深孔：深度大于4m，直径大于50mm。1、凿岩爆破法•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。•金属矿山平巷掘进中，常用的凿岩设备是气腿式风动凿岩机，如7655、YT-24等；凿岩工具多采用锥形连接的活头钎杆。为提高凿岩效率，降低工人劳动强度，一些大中型矿山在大断面平巷掘进中采用了凿岩台车。凿岩台车属无轨设备，具有独立行走装置，液压凿岩，凿岩速度大大提高。表4.1凿岩设备凿岩设备孔径（mm）孔深（mm）特点和适用条件气腿式凿岩机36~432.5应用普遍，设备轻，灵活，移动方便。作业条件较差，劳动强度较大掘进钻车与导轨式凿岩机配套36～503.0机械化程度高，施工巷道的断面要满足钻车的技术要求掘进钻车与液压凿岩机配套40～505.0机械化程度高,作业条件好,效率高,作业噪声低，施工巷道要满足钻车的技术要求目前，我国矿山平巷掘进所用的凿岩设备特点及适应条件见表4.1。One-boomrig三臂凿岩台车（1）炮眼布置•巷道掘进的爆破工作是在只有一个自由面的狭小工作面进行的，俗称独头掘进。因此，要达到理想的爆破效果，必须将各种不同作用的炮眼合理地布置在相应位置上，使每个炮眼都能起到应有的爆破效果。•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（如图4.1所示）。其爆破顺序必须是延期起爆，即先爆掏槽眼，然后起爆辅助眼，最后起爆周边眼。321图4.1平巷掘进的炮眼布置1—掏槽眼；2—辅助眼；3—周边眼（1）掏槽眼在工作面上将某一部分岩石爆破并抛出，使工作面形成第二个自由面，为其它炮眼的爆破创造有利条件，提高破岩效率。（2）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和周边眼之间，炮眼方向一般垂直于工作面。（3）周边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。为保证巷道成型规整，减少支护工程量，可采用光面爆破技术。（2）掏槽眼分类•根据井巷断面形状规格、岩石性质和地质构造等条件，掏槽眼的排列形式可分为倾斜掏槽和垂直掏槽两大类。1）倾斜掏槽的特点是掏槽眼与自由面斜交。在软岩或具有层理、节理、裂隙或软夹层的岩石中，可用单倾斜掏槽，其掏槽位置可视自然弱面存在的情况而定，掏槽眼倾斜角依岩石可爆性不同而定，一般取50°~70°。在中硬以上均质岩石、断面尺寸大于4m2的井巷掘进中，可采取相向倾斜眼组成楔形掏槽(图4.2)。每对炮眼底部间距一般取10~20cm，眼口之间的距离取决于眼深及倾角的大小，掏槽眼同工作面的交角通常为60°~75°；楔形掏槽可分为垂直楔形掏槽和水平楔形掏槽两种，前者打眼比较方便，使用较广。对岩石特别难爆且断面尺寸又大或眼深超过2m时，可增加2~3对深度较小的初始掏槽眼，以形成双楔形掏槽。若将楔形掏槽的掏槽眼以同等角度向槽底集中，但各眼并不互相贯通，则形成锥形掏槽，通常可排成三角锥形和圆锥形等形式，后者适用于圆形断面井筒掘进工作。倾斜掏槽的优点是所需掏槽眼数少且易抛出掏槽范围内的岩石，缺点是孔深受限于断面尺寸，石碴抛掷较远。图4.2倾斜掏槽的炮眼布置形式2）垂直掏槽的掏槽眼都垂直于工作面，其中有些炮眼为空眼，不装药。垂直掏槽的形式很多，常见的有缝形掏槽、桶形掏槽(图4.3)和螺旋掏槽。缝形掏槽也称平行龟裂掏槽，其布置特点是掏槽眼轴线处在一个平面内，空眼与装药眼相间布置，眼距8~15cm，爆后形成一条缝隙。桶形掏槽是应用最广的垂直掏槽形式之一，其槽腔体积大有利于辅助眼爆破；空眼直径可大于或等于装药眼直径，较大的空眼直径可形成较大的人工自由面；桶形掏槽完全没有向外抛碴作用，通常可将空眼打深并在孔底装一卷药，于全部掏槽眼爆破后起爆以抛出岩碴。螺旋掏槽是桶形掏槽的理想形式，空眼到各装药眼的距离依次取空眼直径的1~1.8倍、2~3.5倍、4~4.5倍和4~5.5倍。向上掘进天井时，采用桶形掏槽特别适合。图4.3垂直掏槽的炮眼布置形式（3）爆破器材•巷道掘常用的炸药是铵梯炸药和铵油炸药，采用电雷管、火雷管或导爆管起爆。（4）爆破参数确定•单位炸药消耗量的确定可参考表4.2，结合工程类比和实际经验确定。确定单位炸药消耗量后，再根据巷道断面面积和每循环进尺就可得到每循环应使用的炸药消耗总量：Q＝qSLη式中：S—井巷掘进断面面积，m2；L—平均炮眼深度，m；η—炮眼利用率，一般为80%~95%。表4.1平巷掘进单位炸药消耗量（kg·m-3）掘进断面积/m2岩石普氏坚固性系数2~34~68~1012~1414~20＜41.231.772.482.963.364～61.051.502.152.642.936～80.891.281.892.332.598～100.781.121.692.042.3210～120.721.011.511.902.1012～150.660.921.361.781.9715～200.640.901.311.671.85＞200.600.861.261.621.80•为使爆破后工作面的炮烟和粉尘能尽快排出，并提供足够的新鲜空气，以改善劳动条件，可采用局扇进行机械通风。（5）工作面通风（6）岩石装载与转运岩石的装运工作是最繁重最费时的工序，约占掘进循环总时的35％～50％。应根据我国目前矿山岩石装运机械的发展情况，选择矿山常用的、配套适宜的装运机械所组成的装运作业线及典型设备。1）装岩作业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。平巷掘进中使用较多的装载设备是铲斗式装岩机和矿车，如图4.4所示。图4.4装岩机装岩过程示意图装岩机有以压气作动力的，也有以电为动力的。当装岩机向前运动时，铲斗插入岩堆铲取岩石；铲满后提升铲斗并向后翻转，装入后面的矿车；然后下落铲斗，再次铲装。一辆矿车装满后移出，调入另一辆矿车继续装岩。这种装岩机可供井下平巷和倾角在8°以下的斜井掘进装岩之用。它适用于高度大于2.2m的巷道，最大装岩宽度为2.2m。图4.5装岩机与矿车装运作业示意图l－调车道岔；2－空车；3－电机车；4－重车；5－装岩机图4.5的作业线为双轨运输，分别为空车道和重车道，装载时装岩机和矿车经由调车道岔分别在两条轨道上装岩。调车道岔随着工作面的前进每隔20～30m移动一次。图4.6耙斗装岩机总装及耙矿作业示意图1－连杆；2－主、副滚筒；3－卡轨器；4－操作手把；5－调整螺丝；6－耙斗；7－固定楔；8－尾轮；9－耙斗钢丝绳；10－电动机；11－减速器；12－架绳轮；13－卸料槽；14－矿车耙斗装岩机。它是一种结构简单、制造容易、高效的装岩设备。这种装岩机适用于净高2.2m、宽2m以上的水平巷道或小倾角的斜巷，也能用于弯道。耙斗装岩机是由绞车、耙斗、车体、卸料槽，以及主尾绳和滑轮等组成的组合机械。工作情况见图4.6所示。耙斗装岩机与铲斗后卸式装岩机比较，具有结构简单、维修量小、操作容易、安全可靠、岩尘量小、适用面广以及装岩生产率高等优点，但在硬岩中效率较低，在软岩中固定楔难固定。2）调车工作装运作业中，调车工作是很频繁的，每当装满一个矿车便要推出重车换入空车。在调车过程中，装岩工作便暂时中断，装岩机的利用率会因此而降低。因此需要改进调车方法，以提高装岩机的利用率。目前，巷道掘进中的调车方法和设备很多。最常用的调车方法是浮放道岔调车，双轨巷道用双向菱形浮放道岔。将浮放道岔安放在距工作面10～25m的原有轨道上，在工作面附近形成一个浮放的错车道，并能随工作面的推进而向前移动，能经常保持距工作面较短的调车距离。此外，装岩机可以交替在两条轨道上装岩，加大装岩宽度，提高装岩效率。单轨巷道宽度能并列两辆矿车时，可采用单轨上浮放双轨道岔的浮放错车场。2、机械掘进法•全断面掘进机是实现连续破破岩、装岩、转载、临时支护、喷雾防尘等工序的一种联合机组。岩石全断面掘进机机械化程度高，可连续作业，工序简单，施工速度快，施工巷道质量高，支护简单，工作安全，但构造复杂，成本高，对掘进巷道的岩石性质和长度均有一定要求。•岩巷掘进机一般由移动部分和固定支撑推进两大部分组成。其中主要包括破岩装置、行走推进装置、岩渣装运装置、驱动装置、动力供给装置、方向控制装置、除尘装置和锚杆安装装置等。•图4.7为全断面掘进机系统示意图。全断面掘进机已广泛应用于隧道等大断面工程掘进，在矿山平巷施工中也有应用。图4.7岩巷全断面掘进机系统示意图1—刀盘；2—机头架；3—水平支撑板；4—锚杆钻机；5—司机房；6—斜带式输送机；7—转载机；8—龙门架车；9—激光指向仪；10—环形支架机；11—矿车；12—环形电机车•竖井施工主要包括竖井掘进、永久支护、井简装备三项工作。竖井掘进又包括表土掘进施工和基岩掘进施工。•表土掘进一般采用非爆破的方法进行，而当井筒穿过松软的含水表土或岩层，以及厚度较大的流沙层等用普通方法难以施工时，必须采用特殊方法进行施工。基岩掘进多采用以凿岩爆破为主的普通施工法。竖井永久支护一般采用石材、浇灌混凝土或喷锚支护。其永久支护的施工与掘进施工同时进行。井简装备的安装主要指罐道、罐梁、梯子间和各种管缆的安装，一般是在井筒掘进施工完成后进行，先自上而下安装罐梁，然后自下而上安装罐道，最后安装管缆。•竖井施工的特点是：工作面狭小，施工设备多，工作安全条件差，施工组织复杂。为了确保竖井高速度、高质量、低消耗并安全地施工，施工前必须全面了解井筒所穿过岩层的地质及水文情况，制定施工计划并采用有效的安全技术措施，实行严密的施工组织管理。§4-2竖井掘进与施工1、竖井表土掘进施工•工程实践中，常按稳定性把表土分为两大类：①稳定表土层，包括粘性土、无水的多孔性土以及无水或含水不多的卵石、砾石等；②不稳定的表土层：它包括含水的砂土、淤泥，含饱和水的粘土以及浸水的多孔性土等。（1）稳定表土掘进施工施工程序与选用的提升方式密切相关，但不管选用哪种提升方式，其基本程序都是先架设临时锁口，而后安装提升设备，掘砌表土部分（井筒超过40m要安设吊盘），掘砌至基岩时刷砌壁座。木质临时锁口临时钢结构锁口(2)表土掘进施工方法①井圈背板普通施工法人工或抓岩机出土，下掘一小段后（空帮距不超过1.2m），然后用井圈、背板临时支护，掘一小段后（一般不超过30m），再由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁。如此，周而复始，直至基岩。这种方法适用于较稳定的土层。如图12-12。②吊挂井壁施工法用于稳定性较差的土层中的一种短段掘砌施工方法。段高一般0.5～1.5m。采用台阶式或分段分块，并配以超前小井降低水位的挖掘方法（图4.8）。为了防止井壁拉裂或脱落，在井壁内设置钢筋，各分段井壁的自重主要靠上部井壁通过吊挂钢筋来承担（图4.9）