井巷掘进

一、岩石的分级


在生产实践中，为了能够用简明的指标来 区分各种岩石破碎的难易程度，通常根据 “坚固性系数f（也称普氏系数）”，将岩 石分为十级共十五种。 普氏系数: 等于岩石的单向抗压强度R （MPa）除以10（MPa）
二、围岩的分类



Ⅰ、稳定岩层 Ⅱ、稳定性较好岩层 Ⅲ、中等稳定岩层 Ⅳ、稳定性较差岩层 Ⅴ、不稳定岩层
图4－4 YT—28型气腿凿岩机 1—主机；2—钎子；3—气腿；4—水管；5—注油器;6—消音罩

（二）矿用炸药及起爆器材


1.矿用炸药 炸药是能产生爆炸现象的物质，其主要由 碳、氢、氧、氮四种元素组成。当受到一 定的外界能量的作用时（遇热、机械冲撞 力、其它炸药爆炸的影响等），就能够迅 速分解，同时产生大量的气体和热量，气 体的迅速膨胀对周围介质产生突然的冲击 压力，使周围介质产生破坏，同时发出巨 大的声响和振动。
四、巷道施工概述

巷道施工方法的选择与巷道所在的围岩性 质有关。沿煤层掘进的巷道，在掘进断面 中煤层占4/5以上（包括4/5）时，称为煤巷。 若煤层占1/5以上而小于4/5时，称为半煤岩 巷。掘进断面中岩层占4/5以上（包括4/5） 时，则称为岩巷。


巷道施工时的主要工序有:破岩、装岩、运 输和支护； 辅助工序有:通风、排水、挖砌水沟、测量 和铺轨等。 破岩就是把岩石或煤破碎下来，破岩的方 法有两类，即钻眼爆破法破岩和掘进机破 岩。装岩和运输是把破碎下来的岩石装入 运输设备并运出；支护就是对新开掘出来 的巷道空间进行及时支护，以防围岩垮落。 返回
煤电钻由电动机、减速器、手柄、散热风 扇和外壳组成，其外形如图4—2所示。煤电 钻的钻眼破岩原理是利用轴向推力和旋转 的钎刃切削岩石，切削下来的岩石碎屑， 沿着钎杆的螺旋沟排出或用压力水排出。
图4—2 ZM15T煤电钻外型图
4－3 煤电钻的传动系统 1—电动机；2—风扇；3、4、5、6—减速器齿轮；7—钻杆；8—钻头；


这种调车方法调车简单，但错车道不能随工作 面向前移设，故调车距离长、调车时间长、工 时利用率较低。


2.浮放道岔调车 浮放道岔调车，是利用已加工好的双轨道 岔，浮放在单轨轨道上（如图4—9所示）， 以代替错车道调车。这种方法调车方便， 距离可随意调整，浮放道岔安装和移动方 便，工时利用率较高。
第四章
第一节 第二节 第三节 第四节
井巷掘进
井巷掘进概述 巷道掘进 巷道支护 立井开凿概述
本章较系统地介绍了井巷基础知识、 钻眼爆破技术、各种类型的支护材 料、支护方法和巷道施工技术，并 对立井开凿法作了简要的介绍。
第一节

井巷掘进概述
井巷掘进: 就是将一定范围内的岩石从岩体 上破碎下来，并运出地面，形成设计要求 的断面形状和尺寸，然后对这些地下空间 进行维护，防止围岩垮落，保证井巷的正 常使用。
上述调车方法在调车时都需要停止装岩，所以装载效率仍受到限制。随着施工技术的不断 发展，已有不少矿井利用输送机、梭式矿车等专用设备，实现了连续机械化装运，大大提 高了装载效率。
三、巷道断面形状及尺寸

（一）巷道断面形状
巷道断面形状种类很多，在我国煤矿井下最常用 的为梯形、矩形和拱形。巷道断面形状的选择， 主要取决于围岩坚固程度、矿山压力、巷道的服 务年限、用途和支护方式等因素。一般情况下， 服务年限较短的回采巷道，如顺槽和开切眼等多 用梯形或矩形断面。服务年限较长的开拓巷道， 如斜井、平硐、井底车场、运输大巷和石门等用 拱形断面。



3.炮眼布置 合理地确定爆破参数，布置工作面炮眼，是取得良好爆 破效果的重要环节。 爆破参数包括单位炸药消耗量、炮眼直径、炮眼深度和 炮眼数目等。这些参数多根据经验或实践来确定。单位 炸药消耗量指爆破1m3实体岩石所需要的炸药量，可参 考《矿山井巷工程预算定额》。


炮眼直径取决于药卷直径，为便于装药，炮眼直径应比 药卷直径大4~6mm。炮眼深度选择合理与否直接影响巷 道的掘进速度，合理的眼深应尽可能使每班完成整循环 数，有利于实现工作面正规循环作业。目前掘进巷道的 炮眼深度多为1.5~3m。炮眼数目一般根据经验估算，经 过实践不断调整，最后确定合适的炮眼数目。


二、装岩和运输 （一）装岩 工作面爆破工作完成后，即可进行装岩。 目前我国常用的装岩机械有耙斗装岩机、 铲斗装岩机和蟹爪式装载机。 耙斗装岩机由耙斗、机体和辅助设备等组 成（如图4—7）。其特点是结构简单，操作 方便，生产率高。它适用于净高2.2m，净宽 2.0m以上的水平巷道或倾角小于30°的倾斜 巷道。


⒉凿岩机 凿岩机是岩巷掘进常用的一种钻眼机具，它是以 压缩空气为动力，冲击式破岩完成钻眼工作的。 应用最为广泛的是气腿式凿岩机，其机身下面设 有一个联动的气腿子，斜撑于地下，起支撑和推 进作用，气腿式凿岩机主要用于打水平和倾斜方 向的炮眼。凿岩机外形如图4—4所示。 凿岩机的动作原理是利用压缩空气推动机体的活 塞作快速往复运动，活塞不断冲击钎杆尾部，使 矸刃凿入岩石。每冲击一次，钎杆都要旋转一定 的角度，使每次冲击钎刃始终作用在新的岩面上， 并及时排出岩石碎屑。冲击、转钎、排粉往复循 环，凿出圆形炮眼。

第二节 巷道掘进

一、钻眼爆破
钻眼爆破就是用钻眼机具在岩石上打出许 多炮眼，然后在炮眼中放置一定数量的炸 药和起爆用雷管，眼口填塞炮泥，再用一 定方法把炮眼内炸药引爆，把岩石从整体 中破碎下来。

（一）钻眼机具


我国煤矿井巷掘进，在煤和软岩中钻眼主 要采用旋转式煤电钻，在岩石上钻眼则主 要用冲击式风动凿岩机（俗称风钻）。 ⒈煤电钻
（二）巷道断面尺寸


巷道断面分为掘进断面和净断面。刚开掘 出未进行支护的毛断面，称为掘进断面。 支护后的断面称为净断面。相应地巷道断 面尺寸亦有掘进断面尺寸和净断面尺寸之 分。 确定巷道断面的主要依据是:巷道的用途、 支护方式、运输设备外形尺寸、轨道数目 （单轨或双轨）及《规程》中的有关规定。



煤电钻的外壳用铸铝合金制成。要求严密隔爆， 壳外设有轴向散热片，由风扇冷却。手柄上设有 开关板手，手柄包有绝缘橡胶，以防触电。煤电 钻的传动系统如图4—3所示。 煤电钻主要用于煤层或f< 4的岩层中钻眼。在f< 4~6的岩石中钻眼时，可用岩石电钻。岩石电钻的 破岩方式也为旋转式破岩，但由于电机容量大， 重量大，钻进时需要很大的轴向推力，故配有自 推推进与支撑设备。




掘进工作面炮眼布置与岩石性质、巷道断面、装 药量等有关。按炮眼的用途分为掏槽眼、辅助眼 和周边眼三种， 掏槽眼（1-5）:位于工作面中下部，首先起爆， 使工作面形成第二个自由面，为其余炮眼的爆破 创造条件。根据掏槽眼的方向，分为直眼掏槽和 斜眼掏槽。 辅助眼（6-22）:布置在掏槽眼和周边眼之间，作 用是大量崩落岩石并继续扩大自由面，为周边眼 的爆破创造条件。 周边眼（23-30）:是控制巷道成型的炮眼，最后 起爆。爆破后的巷道周壁应基本达到光面爆破的 要求，即爆破后巷道轮廓线与周边眼相切，在岩 面上残留的半圆形炮眼痕迹占周边眼总数的一半 以上，岩面上不出现明显的爆破裂缝，巷道岩壁 上局部凹凸不超过50mm。


2.起爆器材 供给炸药能量使其爆炸的器材有雷管、导爆索和 发爆器。

1)雷管 雷管是用来起爆炸药的，煤矿井下一般使用的是 电雷管，根据电雷管爆炸间隔时间的长短，可分 为瞬发电雷管、秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。 瞬发电雷管：通入足够电流，能在一瞬间（几毫 秒）引起爆炸。其内部结构如图4—5所示。它由 管壳（用纸、铜或铝制成），正副起爆药和点火 装置等组成。通电后，电流通过脚线使电桥丝发 热，引爆正起爆药，并引起副起爆药爆炸。

3.巷道净断面积 半圆拱巷道 S净=B（h2+0.39B） （4—4） 三心拱巷道 S净=B（h2+0.26B） （4—5） 式中 S净—巷道净断面积，m2。 在计算出净断面积后，还要根据巷道内最大允许 风速进行校验，即： v=Q∕S净<v允 （4—6） 式中 v —巷道内的平均风速，m/s； Q—通过巷道的风量，m3/s； v允 —《规程》中所允许的最大风速，m/s。 巷道的掘进断面，根据风速校验后的净断面及所 选用的支护厚度进行计算。

图4—7 耙斗装岩机总装示意图 1—连杆； 2—主、副滚筒； 3—卡轨器； 4—操纵手把； 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

铲斗式装岩机有后卸式和侧卸式两种，一 般为履带行走，为了实现进退转弯等动作， 结构复杂，但工作灵活、操作方便，适用 于高度大于2.2m的平巷或倾角小于8°的斜 巷装岩。

图4—5 瞬发电雷管 1—脚线；2—电桥丝；3—正起爆药；4—负起爆药；5—管壳；6—硫磺；7—聚能穴

2）发爆器 井下爆破必须使用发爆器。目前煤矿广泛使用防 爆型晶体管电容式发爆器。它是利用电容器充电 后放电引爆电雷管。目前国产发爆器按其一次引 爆能力（发）分为50、80、100、150等几种。 3）导爆索 导爆索是以猛炸药为药芯制成的绳索状起爆器材。 分为普通导爆索和安全导爆索。起爆时先由雷管 引爆导爆索，再由导爆索起爆炸药。导爆索能同 时起爆装药群，广泛应用于深孔及分段装药的爆 破中。但在有瓦斯和煤尘爆炸危险的工作面，不 得使用普通导爆索，必须使用安全导爆索。
蟹爪式装载机利用前端铲板上两个往复摆 动的蟹爪，连续交替将岩石扒入输送机， 而后再装入后部的运输设备。其特点是装 岩工作连续，生产率高，但结构复杂，履 带行走适应于装载硬岩。


（二）运输 当岩石装入矿车后，需要迅速调换空车继 续装岩。减少调车次数，缩短调车时间是 提高装岩效率的重要途径。下面以单轨巷 道掘进为例，介绍两种常用的调车方法。 ⒈固定错车道调车 如图4—8所示，巷道掘进时每隔50~100m铺 设一处错车道。调车可采用小电机车调车 或人力调车。
图4－1 锚喷拱形巷道断面尺寸



2．巷道净高度 H0=h0+h2 （4—3） 式中 H0—巷道净高度，mm； h0—拱的高度，半圆拱取，三心拱、 圆弧拱煤矿中一般取 ，mm； h2—道碴起巷道的墙高，mm。 计算出的巷道净宽度B、净高度H0值，应根 据只进不舍的原则以100 mm进级。




图4—1为锚喷支护双轨拱形巷道，其断面尺寸的 确定步骤如下： 1.巷道净宽度 B=m+2A+b+n （4—2） 式中 B----—巷道净宽度，mm； m—巷道不行人侧运输设备最突出部分与支 护最突出部分的距离，mm；不小于300mm（综合 机械化矿井不小于500mm）； A—运输设备中最大宽度，mm； n—人行道宽度，mm；不小于800 mm（综 合机械化矿井不小于1m）； b—双轨巷道中运输设备之间的最小间隙， mm；不小于200 mm。

பைடு நூலகம்
⒋装药放炮 装药联线和放炮，必须严格执行《规程》中有关 规定。如装药前，首先必须清除炮眼内的煤粉或 岩粉，再用木质或竹质炮棍将药卷轻轻推入，不 得冲撞或捣实；装药后，必须把电雷管脚线悬空， 严禁电雷管脚线、爆破母线与运输设备、电气设 备以及采掘机械等导电体相接触；炮眼封泥应用 水炮泥，水炮泥以外剩余的炮眼部分应用粘土或 用不燃性、可塑性松散材料制成的炮泥封实。严 禁用煤粉、块状材料或其它可燃性材料作炮眼封 泥；井下爆破工作必须由专职爆破工担任；爆破 作业必须编制爆破作业说明书，爆破工必须依照 说明书进行爆破作业等。
图4—6 工作面炮眼布置图

为了达到比较理想的光面爆破效果，周边 眼的眼距一般控制在400~600mm，装药量 不宜太大，采用小直径药卷，并使药卷沿 炮眼长度方向均匀分布，以减小对岩壁的 破坏作用。周边眼的眼口应基本布置在巷 道设计掘进断面的轮廓线上，眼深一致， 方向尽量平行于巷道轴线。光面爆破使巷 道成巷规整，围岩破坏小，稳定性高，有 利于锚喷支护，巷道施工安全、效果好