井巷掘进与支护讲义

工作面基本支架形式AA(1) 平面图(2) 纵横剖面图煤A-A煤壁(2)纵横剖面图老塘侧A煤壁老塘侧(1)平面图机巷挑棚剖面图风巷挑棚断面图(2)纵横剖面图B-B铰接顶梁井巷掘进与支护井巷掘进就是矿山井巷的开掘工作。

矿山井巷是联络地面与矿床，阶段，采区的通道，为采矿工作准备必要的条件，因此井巷掘进要超前于采矿工作。

当必要的超前关系形成后，掘进与采矿还应同时并进，以保证矿井持续的进行生产。

通常把掘进与采矿这种关系概括为“采掘并举，掘进先行”。

这是矿井生产的基本规律之一，也是“开发矿业”，大打矿山之仗必须遵循的一条技术方针。

井巷掘进与支护的基本问题是破碎岩石以获得所需的井巷空间，和防止井巷围岩破坏以保证正常生产和安全。

目前破岩的主要方法是凿岩爆破，而防止井巷围岩破坏的方法是支护。

第一节凿岩爆破凿岩爆破也称打眼放炮，它是在矿岩里钻凿出若干一定深度和直径的炮孔，在孔内装入炸药并使炸药爆炸，利用炸药爆炸所放出的巨大能量使炮孔周围的矿岩从原岩体上破落下来的过程。

凿岩爆破是当前金属矿山采矿和井巷掘进最基本的矿岩破碎方法。

凿岩凿岩就是钻凿容纳炸药的圆形炮眼。

金属矿山广泛使用风动冲击式凿岩机和凿岩工具来钻凿炮眼。

冲击凿岩原理如图3-1所示，钎子在冲击力作用下，凿到岩石上，铅子下方和旁侧的岩石被破碎，形成一条沟槽Ⅰ—Ⅰ．这个动作称为：冲击,是形成炮眼的主要动作。

随后将钎子转动一个角度，准备承受下一次冲击，这个动作就是“转动”，它使眼底各部分岩石能较容易而均匀的被破碎。

当再次进行冲击时，在眼底又形成一条沟槽Ⅱ—Ⅱ，如果钎子受的冲击力足够大，则两条沟槽之间的扇形岩石，在形成Ⅱ一一Ⅱ沟槽的同时就会被剪碎或震碎。

破碎的岩粉用压气、压力水等将其排出眼外，这个过程称为“排粉”，它使钎子能经常顶在眼底新的岩石面上。

冲击、转动、排粉不断循环的结果，就形成所需的圆形炮眼。

2．风动冲击式凿岩机风动冲击式凿岩机主要有气腿式、伸缩式和导轨式三种。

井巷掘进中常用气腿式和伸缩式凿岩机，如图3-2和图3-3所示。

气腿式凿岩机是一种重量较轻的凿岩机，用气腿子支持和推进，适于打水平和倾斜眼，也可不安装气腿子用于钻凿下向眼。

打眼深度一般为2—3米，不超过5米，打眼直径小于45毫米。

目前国产的气腿式凿岩机主要有7655型、YT-30型、ZY-24型等。

伸缩式凿岩机也称向上式凿岩机，凿岩机体重量也较轻，其尾部固定安装一个可以伸缩的气筒，以支持和推进凿岩机，适于钻凿倾斜600—900的向上眼。

目前国产的伸缩式凿岩机主要方－YS-45型。

为了提高凿岩效率、减轻工人劳动强度，提高凿岩机械化水平，在平巷掘进中也逐渐采用了凿岩台车。

3．凿岩工具浅眼冲击式凿岩工具即指钎子。

如图3-4所示，钎子主要由钎头、钎杆和钎尾组成。

钎头的作用是直接破碎岩石，它是耗损最大的部份。

为便于制作、修磨和更换，常把钎头做成能够拆卸的，这类钎子称为活头钎子。

金属矿山广泛使用活头钎子，整体钎子使用甚少。

“活钎头”的钎刃部位一般都镶焊耐磨，抗热、硬度大的硬质合金片。

按钎刃的排列方式不同，钎头形式可分为一字形、十字形、T字形等。

由于一字形钎头制作简单、修磨方便，故在金属矿山获得广泛的使用。

在节理和裂隙比较发育、易于夹钎和岩石极坚硬时。

常采用十字形钎头或其它形式钎头。

图3-5为一字形硬质合金钎头。

在井巷掘进中，钎头与钎杆一般采用锥形连接，如图3-4b。

钎杆的作用是传递冲击功和扭矩。

冲击式浅眼凿岩用的钎杆，大多是中空六角钢，内接圆直径为25.4和22.2毫米两种。

钎尾的作用是直接承受冲击功和扭矩。

钎尾的规格及特性应与所用的凿岩机的要求相符，做到长短适合，端面乎整、光洁、并与钎子中心孔垂直，端面硬度适中等。

钎杆和钎尾之间有一个钎肩（钎耳），钎肩的作用是保持钎尾在凿岩机中的相对位置，有的凿岩机因有垫锤（如YS-45型）故钎子可无钎肩。

从钎头到钎肩为钎杆的比度。

井巷掘进中一般均是一根钎子打到底，因此钎杆长度应比炮眼深度大10-20厘米左右。

有时由于钎头的磨损和工作空间的限制，随着炮眼的加深需几根钎头直径和钎子长度不同的钎子完成一个炮眼的钻凿工作，这些钎子组成钎子组，钎子组中相邻钎子长度差为400—600 毫米，钎头直径差为1—2毫米，钎子长度递增时，相应的钎头直径递减。

二、爆破爆破是指把炸药及起爆器材装人炮眼内，并使其爆炸。

1．炸药炸药是一种固体或液体的化合物或混合物，这种物质受到一定的外界能量（热、冲击、摩擦等）作用时，就能迅速分解，同时产生大量的气体和热量。

在炸药迅速分解的过程中，由于气体的膨胀作用对周围介质产生突然的冲击压力，致使介质破坏，同时发生巨大的音响和振动，这种现象称为爆炸。

炸药种类较多，目前我国冶金矿山主要使用硝铵类炸药，其中以铵油炸药使用最多，其次为2#岩石铵梯炸药。

铵油炸药是硝酸铵加燃料油（如柴油）和木粉混合而成。

其配比为92：4：4。

铵油炸药加工简单，便于各矿自制，原料来源丰富，成本低，安全性好，不含军工原料（梯恩梯）。

但按油炸药贮存期短、易吸湿结块，不抗水，威力和敏感度也较低。

2#岩石按梯炸药是由硝酸馁、梯恩梯、木粉组成，配比为 85：11：4。

梯恩梯是一种烈性炸药，它使梯炸药的威力和敏感度都比按油炸药高，在坚固的岩石中爆破效果较好。

同时铵梯炸药中梯恩梯含量不多，因此其敏感度仍符合安全要求。

由于铵梯炸药还是以硝酸铵为主要成份，所以仍有抗水性差、吸湿、结块等缺点。

2．起爆器材炸药虽为不稳定物质，但没有一定外界能量的作用是不能引起爆炸的。

供给炸药一定外界能量以引起爆炸称为起爆。

起爆器材就是能引起炸药爆炸的器材。

井巷掘进中所用的起爆器材主要有雷管和导火线。

（1）雷管：雷管是最常用的起爆器材．它能直接起爆炸药。

有火雷管和电雷管两种。

火雷管是用导火线产生的火焰来引爆的。

其结构如图3一6a，管壳的开口端用来插入异火线。

当导火线燃烧时，导火线产生的火焰，通过加强帽2中心的小孔，引起敏感度极高的正起爆药3爆炸。

正起爆药的爆炸又引起敏感度稍低但威力高的副起爆药4爆炸，从而引起炸药药包的爆炸。

在金属矿山的井巷掘进中，火雷管被广泛地使用，但火雷管不能在有瓦斯、矿尘爆炸危险的矿井中使用。

电雷管是用电能来引爆的雷管，它除多了一个电力点火装置外，其他部分的结构与火雷管相同，如图3一6b所示。

电力点火装置通电后，桥丝灼热使发火药球发火，从而引爆雷管起爆炸药药包。

电雷管分即发电雷管和延期电雷管，即发电雷管通电后立即爆炸，如图3-6b。

延期电雷管通电后经一定时间才爆炸，按延期时间分为秒延期电雷管和毫秒延期电雷管，如图3-6c和d。

延期电雷管的发火药球与正起爆药间装有缓燃剂，缓燃技能精确地控制延缓起爆时间。

秒延期电雷管用精制的导火线作缓燃剂，现有7段，各段间秒差约1秒。

毫秒电雷管的缓燃剂是配制的延期药，现有段数达20段，微差时间从25毫秒到300毫秒。

雷管威力的大小用它的号数表示（1～10），号数愈大，起爆能力愈大，矿用雷管一般用6号和8号。

（2）导火线：导火线用来传导火焰引爆火雷管。

由药心和包皮两部分组成。

药心是稍加压缩的黑火药，为增加药心强度，防止燃烧中断，药心中有三根棉线。

包皮是几层棉纱线和牛皮纸，并涂有沥青等防水剂。

导火线有正常燃速导火线（120秒/米）和缓燃导火线（240秒/米）两种，前者外皮全白色，后者外皮通常有三根红色棉纱线。

井巷掘进中主要使用导火线起爆法，也有使用电雷管起爆法的。

导火线起爆法：导火线起爆法的基本工序是切割导火线，加工起爆雷管和起爆药卷，装药和点火。

切割导火线时，切割的长度要适中，首先保证安全，即点完所有炮孔并撤至安全地点后还有一段保险时间（60秒）；同时也应力求节约，但最短不得小于1米，露出炮眼口的长度不得小于5-10厘米，切割时要直切，切口要平整。

加工起爆雷管就是把切好的导火线插到火雷管中，使导火线与加强帽接触并用胶布缠绕固定。

加工起爆药卷即是把起爆雷管插入一个药卷中，并用细绳等固定扎紧。

装药就是用炮棍将药卷送入炮眼中，并捣实。

每个炮眼在适当的位置上装入一个起爆药卷。

最后用炮泥堵塞，以提高爆破效果。

装药前应检查炮眼，并清除其中的岩粉和积水。

全部炮眼装药完毕后，把导火线点火端切个斜口，露出药心，然后依次点火。

如炮眼数较多，作业条件差，为保证安全，最好用母子导火线，点火筒，束把点火以及电阻丝点火等。

导火线起爆法无法检查爆破器材是否符合要求，也难以精确控制起爆时间，直接在工作面点火安全性也较差。

但它操作简便，灵活性大，因此在井巷掘进中是应用较多的一种方法。

（ 2）电雷管起爆法：电雷管起爆法的主要工序是加工起爆药卷，装药联线和起爆。

起爆药卷的加工及装药与导火线起爆法基本相同。

联线是将电雷管的脚线按一定方法联接起来。

主要有串联、并联和混合联三种。

井巷掘进中使用串联和并联。

联线完毕后还可用爆破电桥进行检查。

线路导通后，人员撤至安全地点即可合闸起爆。

起爆电源可用照明线、动力线或起爆器等。

电源必须保证一次起爆的电雷管数全部起爆。

电雷管起爆法安全、准确、可靠、但操作比较复杂，尤其在一次放炮数量不多时，不如火雷管起爆法简便。

第二节井巷支架井巷支架的作用是支护井巷围岩，以控制地压防止围岩变形和塌落，使井巷保持一定的断面形状和尺寸，保证正常生产和安全。

一地压的概念在未经开掘的地下岩体内，上部的岩石以自身的重量作用于下部岩石，下部岩石也以相等的反力作用于上部岩石，岩石处于一种应力平衡状态。

开掘巷道后，巷道周围的岩石失去支撑，原有的平衡状态即被破坏，巷道围岩中应力重新分布，有的升高，有的降低。

这种应力的不平衡，促使围岩产生变形以达新的平衡。

围岩稳固时，围岩本身具有足够的强度，围岩受力情况的变化，仅引起围岩及其暴露面产生微小的变形，围岩及暴露面仍然保持原有稳固状态。

围岩不稳固时，围岩受力情况的变化，将引起围岩及其暴露面产生较大的变形，当超过围岩的强度极限时，就产生裂缝而被破坏。

对于水平巷道这种变形和破坏首先在顶板产生。

如图3-7所示，在不稳固的岩石中开掘平巷，如不进行支护，顶板就逐渐向下弯曲，随后就出现一些逐渐扩大，增多的纵横交错的裂缝，接着，原来的整体顶板岩石破坏，冒落。

同时上部又产生新的裂缝并逐渐扩大直至冒落，最后冒落成拱形，这样形成的拱称自然平衡拱。

自然平衡举形成以后，拱上部的压力就由巷道两侧的岩石来支承。

如果两帮岩石支承的压力没有超过岩石本身的强度，两帮岩石就不会被压坏，自然平衡拱保持稳定。

如果支承的压力超过岩石的强度，则两帮就会逐渐产生裂缝并塌落，使巷道宽度增大，引起顶板岩石又一次冒落，最后再次形成新的自然平衡拱。

从以上可以看出，当巷道围岩不稳固时，为防止围岩的变形和塌落，保持一定的巷道断面形状及尺寸，就必须进行支护。

在巷道中架设的支架上就会受到因围岩变形、破坏乃至冒落等所产生的压力，我们把这种来自巷道围岩的作用力称为地压。