矿山巷道掘进施工技术之破岩
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矿山巷道掘进（破岩）施工技术破岩的方法有两种:钻爆法和机械破岩。
机械破岩主要适用于在煤层内开掘的巷道即煤巷,机械破岩多使用掘进机,使用掘进机掘进应遵守规程的有关规定。
开掘岩巷多用钻爆法钻爆法应达到以下要求:炮眼利用率高,炸药雷管消耗量少;断面符合设计要求,不超挖也不欠挖;对巷道围岩的破坏和振动要小;岩石块度和岩堆高度要适中,以利于提高装岩效率和钻眼与装岩平行作业。
(一)巷道断面形状与尺寸
巷道断面形状主要是根据巷道的服务年限、岩层的物理力学性质、矿山压力的大小和方向、选择的支护方式和支架材料决定,以利于开掘和支护为原则。
常用的有拱形、梯形、矩形、圆形和椭圆形。
拱形、圆形和椭圆形巷道能抵抗较大的压力,应用于服务年限较长的开拓巷道;矩形断面巷道易于掘进,巷道断面容易控制,适宜提高机械化施工,多用于在煤层中掘进的侧压较小的回采巷道;梯形断面巷道掘进和支护容易,可以承受较大的侧压。
巷道断面尺寸主要依据用途、轨道的数目、运输容器或电机车的外廓尺寸、运输速度及安全间隙来确定,最后用通过该巷道的风速进行校核。
巷道净宽度主要取决于运输设备本身的宽度、人行道宽度和规定的安全间隙,无运输设备的巷道可根据通风及行人的需要来选取。
巷道高度以人员通过安全、
方便为原则。
一般情况下开拓巷道不得低于2.0m准备巷道不得低于1.8m,回采巷道不得低于1.6m。
规程规定:
1.巷道净断面必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修、施工的需要,并符合下列要求
(1)主要运输巷和主要风巷的净高,自轨面起不得低于2m。
(2)区(括区)内的上山,下山和平巷的净高不得低薄煤层内的不得低于1.8m。
采煤工作面运输巷、回风巷及采区内的溜煤眼等的净断面或净高,由煤矿企业统一规定。
巷道断面的设计,必须按支护最大允许变形后的断面计算。
2.运输巷两侧(包括管、线、电缆)与运输设备最突出部分之间的距离,应符合下列要求：
(1)新建矿井、生产矿井新掘运输巷的一侧,从巷道道碴面起1.6m的高度内,必须0.8m(综合机械化采煤矿井为1m)以上的人行道,管道吊挂高度不得低于1.8m;巷道另一侧的宽度不得小于0.3m(综合机械化采煤矿井为0.5m)。
巷道内安设输送机时,输送机与巷帮支护距离不得小于0.5m;输送机机头和机尾处与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要,并不得小于0.7m。
巷道内移动变电站或平板车上综采设备最突出部分,与巷帮支护距离不得小于0.3m。
(2)生产矿井已有巷道的宽度不符合本条第一款第(1)项
的要求时,必须在巷道的一侧设置躲避硎,2个躲避硐之间的距离不得超过40m。
躲避硎宽度不得小于1.2m,深度不得小于0.7m,高度不得小于1.8m,躲避硐内严禁堆积物料。
(3)在人车停车地点的巷道上下人侧,从巷道道碴面起1.6m的高度内,必须留有宽1m以上的人行道,管道吊挂高度不得低于1.8m。
(二)钻眼机具
掘进巷道所需的炮眼全部采用机械钻眼,钻凿炮眼所使用的机械通常有凿岩机和电钻两大类。
凿岩机是井巷掘进时在岩石工作面用来钻凿炮眼的机械工具,它所使用的动力是压缩空气,故在煤矿上一般把它叫做风钻。
凿岩机分气腿式、向上式、道轨式等几种。
凿岩机是利用压气推进机体内的活塞前后移动打击钎子来完成钻研工作的,其破岩原理是：钎子在冲击力F的作用下侵入岩石,凿出深度为h的一条沟槽,然后将钎子转动一个角度,第二次冲击时,不但凿出第二条沟槽,而且两条沟槽之间的两个画阴影的三角块,也将由冲击时产生的水平分力H的作用被剪切掉。
如此循环下去,炮眼就可以逐渐加深。
但必须注意及时排出已凿碎的岩石碎屑,这样轩刃才能有效地凿入孔底岩石。
电钻是直接用电为动力,连续地旋转切削破碎岩石的钻眼机械。
它的破岩原理是在轴向压力的作用下,侵入岩石达到
一定深度,在旋转力矩推动下钎刃向前切削岩石。
电钻可分煤电钻和岩石电钻两大类。
通常使用的煤电钻由电动机、减速器、钎套筒、散热风扇以及外壳、手柄、开关等组成。
电动机是产生旋转力矩的动力,通常为交流三相异步电动机,电压127V,功率1.2kW左右,转速一般为两千余转每分钟,因电压等级不同,需安设煤电钻综合保护装置,除了提供适用的电压外,还保护人身安全。
岩石电钻功率一般为2kW 左右,重量大,钎头不耐磨,多用于硬岩钻眼。
钻眼工具是安装在钻眼机械上用来直接破碎岩石的刀具。
在凿岩机上使用的是钎子在煤电钻上使用的是麻花钎子。
(三)工作面炮眼布置
取得良好爆破效果的途径:正确布置工作面炮眼;合理确定爆破参数;选用适宜的炸药;改进爆破技术等。
正确地布置工作面炮眼是取得良好爆破效果的前提。
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它应有的爆破作用。
由于井下地质条件变化很大工作面的炮眼布置不能一成不变,必须根据具体情况进行布置或调整。
据进工作面的炮眼,按其用途和位置的不同可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼四类。
它们只有依次起爆才能保证爆破效果。
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,在原来只有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,以提高破岩效率。
将要爆破的岩石与空气接触的面为自由面。
炸药药包中心到自由面的最短距离为最小抵抗线,简称为抵抗。
炸药在煤岩体内爆炸后,其爆炸能量是向着抵抗方向释放的。
掏槽眼一般布置在巷道断面中央靠近底板处。
它的好处是便于打眼时掌握方向,让多数炮眼在崩落岩石时,能借助岩石自重掉落下来。
在断面中如果存在有显著易爆的软弱夹层时,应将掏槽眼布置在这些软弱层中。
按照掏槽眼的方向不同,掏槽方式可分为斜眼掏槽、直眼掏槽、混合掏槽三类。
斜眼掏槽的优点:充分利用自由面,掏槽效果好;掏槽眼数目少,掏槽面积大,操作简单。
缺点:眼深受巷道断面限制,因而循环进度也受到限制;打眼时工作面风钻布置较乱,不利于多台风钻同时作业。
直眼掏槽的特点:眼深不受巷道断面限制,可实行深孔爆破;工作面布置风钻容易有利于多台风钻作业;炮眼要相互平行,精度要求高;掏槽眼数目多,而且要求有中空眼;光爆效果好。
中空眼的作用:①对爆炸应力和爆破方向起导向作用;②补偿作用,使受压岩石有必要的补偿空间,它是人为附加自由
面。
直眼掏槽适用于无瓦斯、岩石中硬以上工作面
直眼掏槽的眼距要严加控制,既不能太大,太大打不开,掏不出槽来;又不能太小太小岩石被挤实造成岩石再生。
一般掏槽眼距等于破碎圈直径(为药卷直径的3~5倍)即为100~250mm。
2.其他炮眼布置
(1)辅助眼:掏槽眼以外布置辅助眼进行扩槽,辅助眼的个数为4~10个。
(2)周边眼:控制巷道成型的炮眼。
一般在巷道的轮廓线上布置周边眼,硬岩可布置在轮廓线以外,与轮廓线外接;软岩可布置在轮廓线以里,与轮廓线内切。
(四)光面爆破
光面爆破(简称光爆)是通过合理选择爆破参数,使爆破后的巷道成型规整,减少超挖和欠挖,最大限度的保持了围岩的自身强度,从而增强了围岩的自承能力,有利于安全施工和永久支护的安全使用,为井巷工程推广锚喷支护创造有利条件。
光爆标准:眼痕率(光爆后可见眼痕的炮眼个数与不包括底板的周边眼总数的比值)不小于50%;岩壁超挖尺寸应不大于150mm,欠挖尺寸不超过质量标准的要求;围岩不出现明显的炮震裂隙
要实现光面爆破,既要尽量避免在岩壁上产生裂隙,又要及时在两个周边眼间产生贯穿裂隙。
当周边眼间距选择适当时,炮眼连心线的铅直方向上的拉应力正好大于周边岩石时应力波传到自由面上反射成拉应力,将光爆层的岩石向炮眼连心线方向一层层的拉坏的抗拉强度,则沿炮眼连心线上产生了贯穿裂隙,而其他部位产生的破坏控制到最小。
同形成拉断裂隙。
当光爆层厚度适当时,周边眼连心线上形成贯穿裂隙之时,光爆层上形成的拉断裂隙正好与贯穿裂隙贯通。
与此同时,在爆生气体膨胀作用下,会将光爆层沿周边眼连心线规整的剥落下来。
