坚硬岩石巷道掘进合理掏槽型式的探讨
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2 坚硬岩石巷道掘进复合式掏槽现场试验
在岩石巷道或隧道掘进中 , 每循环爆破都必须 首先在工作面进行掏槽 , 为大量的后继爆破孔创造 第 2 个自由面 , 因此掏槽爆破是岩石巷道爆破技术 中的主要难点和关键 , 所以根据岩石巷道不同岩 性 , 采取了不同的复合掏槽型式 。在细砂岩中大多 数采用复合直眼菱形掏槽 , 而在玄武岩中采用复合 直眼五星掏槽 , 进行了大量的现场试验研究 , 见表 1 , 表 2 。在岩巷双空心孔似菱形掏槽中 , 见图 6c 和图 6e , 其中 1 , 2 , 3 , 4 号孔为装药孔 , O1 , O2 为空心孔 , 空心孔较装药孔加深 300～500mm , 底
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
实验时间 / 月·日
1122 1123 1124 2126 2128 2129 312 313 315 316 318 319 3111 3113 3114 3115 3116
巷道断面 / m2 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146
5 经济效益比较
综放工作面切眼传统的支护方式采用 11 # 工字
钢梯形棚支护 。根据统计资料 , 至安装综采工作面 结束 , 将丢失铁料 35 % , 每米矿用工字钢梯形棚 支护费为 1278144 元 , 而采用锚网支护 , 每米支护 费用为 876180 元 。
由此看出 , 在综采工作面安装切眼施工过程 中 , 采用锚网支护比架棚支护每米巷道可节约材料 费 401164 元 , 按每个工作面切眼长度 150m 计算 , 安装一个工作面工程将节约材料费 60246100 元 。
115
爆破实体 岩石/ m3
11146
全断面爆破菱形掏槽
115
11146
全断面爆破菱形掏槽
1145
11108
全断面爆破五星掏槽
116
12122
全断面爆破五星掏槽
115
11146
全断面爆破五星掏槽
115
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全断面直眼五星掏槽
Biblioteka Baidu
115
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全断面直眼五星掏槽
115
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全断面直眼五星掏槽
115
部装 1 节或 2 节标准长度药卷 , 并堵塞 100mm 长炮 泥 , 以防药卷带出 ; 为了获得理想槽腔 , 用毫秒起 爆 , 起抛碴作用 ; 再将掘进工作面通过楔形掏槽 , 使工作面形成凹形断面 , 然后再打其它眼 , 完毕后 同时一次爆破 。每次爆破后形成凹形断面形状 , 周 边眼深度 118m。在坚硬砂岩巷道工作面采用直眼 菱形掏槽 , 取得了良好的掏槽效果 , 每循环平均进 尺为 1163m , 爆破效率平均达 9016 % , 平均炸药消 耗量为 2116kg/ m3 。在坚硬玄武岩巷道工作面采用 直眼五星掏槽 , 每循环平均进尺 115m , 平均爆破 效率为 8316 % , 平均炸药消耗量为 3161kg/ m3 , 提 高了掘进速度 , 节省炸药消耗量 , 取得良好的技术 经济效益 。
11146
爆破效率 /% 8313 8313 8015 8819 8313 8313 8313 8313 8313
炸药消耗 量/ kg·m - 3
3134 3149 3189 3146 4113 4119 3134 3134 3134
3 结束语 实践证明 , 在坚硬岩石中采用复合菱形掏槽和
五星掏槽 , 爆破效率可达 80 %以上 。同时又具有
(2) 小中心空孔螺旋掏槽 (如图 3) , 小空心 孔螺旋掏槽 (如图 4) ;
(3) 三角形掏槽 (如图 5) ; (4) 复合掏槽 ,即 :龟裂微楔型复合掏槽
图 1 大中心空孔 图 2 大中心空孔 图 3 小中心空孔 图 4 小空心孔 图 5 三角形掏槽
螺旋掏槽 双螺旋掏槽 螺旋掏槽 螺旋掏槽
从掘进导硐开始 , 到工作面安装结束 , 切眼顶 底板及两帮的移近速度与总移近量都在安全范围之 内 , 围岩保持较好的完整性 , 顶板只有切眼中部两 测点发生轻微离层现象 , 最大离层只有 3mm , 直到 工作面回采 5m , 全面综采支架进入煤壁实区 , 支 架支撑区域全部脱离切眼锚杆支护控制区域 , 工作 面切眼开始由上部逐段冒落 。由此充分证明锚网支 护结构可靠 , 支护参数合理 , 大断面切眼中线位置 加打两排单体液压支柱 , 能够有效地抑制围岩变 形。
爆破效率 /% 9318 100 100 8313 94 94 89 92 8313 92 8219 84 94 89 89 90 90
炸药消耗 量/ kg·m - 3
214 214 1196 2162 2172 213 2165 2164 2162 2177 3164 2193 2147 2159 2164 2145 2162
[ 收稿日期 ] 2000 - 09 - 11 [ 作者简介 ] 章 兵 (1967 - ) , 江西南昌人 , 助工 。1992 年毕业于阜新矿业学院 , 现从事岩土力学教学工作 。
50
2000 年第 4 期 (总第 41 期)
煤 矿 开 采
2000 年 12 月
图 6 复合掏槽
行了现场试验研究 。
56
炮眼布置简单 , 操作方便等优点 , 因此我们认为用
上面两种掏槽在坚硬岩石中掘进巷道是比较理想的
掏槽型式之一 。
[ 责任编辑 : 毛德兵 ]
2000 年第 4 期 (总第 41 期)
煤 矿 开 采
2000 年 12 月
煤矿开采
ENGL IS H ABSTRACTS
Application of longwall top2coal caving mining in the ‘three2 soft’coal seams of Xuzhou mining district —Aimming at the de2 posited characters of‘three2soft’coal seams , this paper presents the development and application of longwall top2caving mining in Xuzhou mining district , discusses the problems such as roadway lay2 out , mining process , equipment selection , tip2to2face control , two2 end management , etc1
循环进尺 /m 115 118 118 115 115 117 116 117 115 117 114 1155 117 116 116 118 118
爆破实体 岩石/ m3
13100 13175 13175 11146 11146 12199 12122 12199 12122 12199 10176 11184 13199 1212 1212 13175 13175
(如图 6a) ; 菱形楔形复合掏槽 (如图 6b) ; 复合菱 形掏槽 (如图 6c) ; 复合五星掏槽 (如图 6d) ; 双 空眼似菱形掏槽 (6e) 。
上述几种掏槽中 , 第 1 种大中心空孔螺旋掏 槽 , 虽然获得稳定性较高的掏槽效率 , 但由于矿山
掘进多采用小直径气腿式凿岩机 , 故少采用 。第 3 种三角形掏槽 , 需钻很多空心孔 , 增加了钻眼工作 量 , 对于坚硬岩石钻眼困难是很大的弊病 。第 4 种 复合掏槽适应于坚硬岩石大断面巷道和隧道掘进 。 在大安山矿坚硬岩石巷道掘进 , 采用复合式掏槽进
2000 年第 4 期 (总第 41 期)
煤 矿 开 采
2000 年 12 月
坚硬岩石巷道掘进合理掏槽型式的探讨
章 兵 , 潘天林 , 宋义敏 , 张凤翔
(辽宁工程技术大学 , 辽宁 阜新 123000)
[ 摘 要 ] 在巷道掘进现场试验研究中 , 根据北京矿务局大安山煤矿坚硬岩石赋存情况 , 改变 岩石工作面平齐的传统采掘方法 , 利用直眼五星和菱形掏槽 , 采用中深孔爆破 , 使工作面保持凹形 , 既提高爆破效率又增加循环进尺 , 节省炸药消耗量 。
6 结论
(1) 综采工作面大断面切眼采用锚网支护比传 统梯形棚支护方式每米巷道节约材料费 401164 元 , 一个工作面切眼可节约材料费 60246100 元 。
(2) 采用锚网支护 , 可减轻职工体力消耗 , 省 去了笨重的材料运输环节 。
(3) 改善了工作面切眼安装支架 、设备的作业 环境 , 避免了安装支架过程中因改棚 、倒棚引起的 冒顶事故 , 提高了施工的安全性 。
表 1 细砂岩巷道掘进实验结果
掘进工作面掏槽布置型式
直眼菱形掏槽 菱形掏槽全断面爆破 菱形掏槽全断面爆破 菱形掏槽全断面爆破 菱形加楔形掏槽全断面爆破 卧菱形加楔形掏槽全断面爆破 楔形加卧菱形楔形掏槽全断面爆破 楔形加卧菱形掏槽全断面爆破 直眼菱形掏槽全断面爆破 直眼菱形掏槽全断面爆破 直眼五星掏槽全断面爆破 菱形掏槽全断面爆破 直眼五星加楔形掏槽全断面爆破 直眼五星加楔形掏槽全断面爆破 双楔形加菱形掏槽全断面爆破 双楔形加菱形掏槽全断面爆破 双楔形加直眼五星掏槽全断面爆破
实验时间 / 月·日
3123 3125 3126 3127 3129 3130 3131 411 412
巷道断面 / m2 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146
表 2 玄武岩巷道掘进实验结果
掘进工作面掏槽布置型式 全断面爆破五星掏槽
循环进尺 /m
(4) 简化了安装工艺 , 提高了安装速度 , 工作 面的安装时间可提前 10d 左右 。
(5) 根据现场实践 , 建议在工作面两端头出口 处以及切眼内地质条件变化处 , 应实施锚索支护 , 以提高支护强度 , 确保安全生产 。
[ 责任编辑 : 邹正立 ]
(上接 51 页)
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
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2000 年第 4 期 (总第 41 期)
煤 矿 开 采
2000 年 12 月
4 支护效果
矿压观测的结果表明 , 在掘进导硐期间 , 切眼 表面收敛 (包括顶底板移近量和两帮移近量) 情况 和掘进工作面运输顺槽相似 , 围岩运动相对剧烈发 生在掘进 20d 以内 , 在此期间顶底板移近量最大为 102mm , 而两帮移近量为 85mm , 此后变形趋于稳 定 。在刷大切眼期间 , 围岩运动再次加剧 , 掘后 21d 后再次趋于稳定 , 在此期间顶底板 、两帮变形 速度平均为 5mm/ d 和 4mm/ d 。稳定前的顶底板 、 两帮移近量累计达到 128mm 和 114mm。
场试验研究 。
1 岩巷掘进工作面掏槽型式分析
在坚硬岩石中掘进巷道 , 由于岩石既难钻眼又 难爆破 , 故采用的掏槽类型应在保证获得良好的爆 破效率的前提下 , 掏槽眼越少越好 。目前 , 从国内 外的掘进实例和理论分析来看 , 一般常用以下几种 掏槽型式 :
(1) 大 中 心 空 孔 ( <90 ～ 120mm) 螺 旋 掏 槽 (如图 1) 、大中心空孔双螺旋掏槽 (如图 2) ;
[ 关键词 ] 直眼五星掏槽 ; 菱形掏槽 ; 楔形加菱形掏槽 ; 中深孔爆破 ; 巷道爆破 ; 巷道掘进 [ 中图分类号 ] TD23514 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 100626225 (2000) 0420050202
大安山煤矿岩石主要分为细砂岩 、砾岩 、深绿 色玄武岩 , 岩石致密 , 层理节理不发育 , 含有少量 石英脉 , 岩石硬度较大 , 岩石坚固性系数细砂岩 f = 718～1218 , 玄武岩 f = 10～12 , 砾岩 f = 616～ 912 。在坚硬岩石中开掘大量巷道 , 势必存在钻眼 和爆破困难 , 材料消耗大 , 掘进成本高等一系列问 题 , 严重影响矿山基本建设速度 。
目前 , 大安山矿仍采用楔形加楔形的掏槽方法 进行岩巷掘进 , 由于受岩巷断面的影响 , 楔形掏槽 的深度受到了极大的限制 , 同时增加了放炮次数和 躲炮等辅助时间 , 不仅掘进效率低 , 而且增加人力 物力消耗 , 增大了岩巷掘进成本 。根据大安山煤矿 现有的生产条件和国内外爆破技术的研究 , 结合现 场实践经验 , 对岩巷掘进工作面掏槽型式进行了现
在岩石巷道或隧道掘进中 , 每循环爆破都必须 首先在工作面进行掏槽 , 为大量的后继爆破孔创造 第 2 个自由面 , 因此掏槽爆破是岩石巷道爆破技术 中的主要难点和关键 , 所以根据岩石巷道不同岩 性 , 采取了不同的复合掏槽型式 。在细砂岩中大多 数采用复合直眼菱形掏槽 , 而在玄武岩中采用复合 直眼五星掏槽 , 进行了大量的现场试验研究 , 见表 1 , 表 2 。在岩巷双空心孔似菱形掏槽中 , 见图 6c 和图 6e , 其中 1 , 2 , 3 , 4 号孔为装药孔 , O1 , O2 为空心孔 , 空心孔较装药孔加深 300～500mm , 底
序号
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实验时间 / 月·日
1122 1123 1124 2126 2128 2129 312 313 315 316 318 319 3111 3113 3114 3115 3116
巷道断面 / m2 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146
5 经济效益比较
综放工作面切眼传统的支护方式采用 11 # 工字
钢梯形棚支护 。根据统计资料 , 至安装综采工作面 结束 , 将丢失铁料 35 % , 每米矿用工字钢梯形棚 支护费为 1278144 元 , 而采用锚网支护 , 每米支护 费用为 876180 元 。
由此看出 , 在综采工作面安装切眼施工过程 中 , 采用锚网支护比架棚支护每米巷道可节约材料 费 401164 元 , 按每个工作面切眼长度 150m 计算 , 安装一个工作面工程将节约材料费 60246100 元 。
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爆破实体 岩石/ m3
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全断面爆破菱形掏槽
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全断面爆破菱形掏槽
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全断面爆破五星掏槽
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全断面爆破五星掏槽
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全断面爆破五星掏槽
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全断面直眼五星掏槽
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全断面直眼五星掏槽
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全断面直眼五星掏槽
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部装 1 节或 2 节标准长度药卷 , 并堵塞 100mm 长炮 泥 , 以防药卷带出 ; 为了获得理想槽腔 , 用毫秒起 爆 , 起抛碴作用 ; 再将掘进工作面通过楔形掏槽 , 使工作面形成凹形断面 , 然后再打其它眼 , 完毕后 同时一次爆破 。每次爆破后形成凹形断面形状 , 周 边眼深度 118m。在坚硬砂岩巷道工作面采用直眼 菱形掏槽 , 取得了良好的掏槽效果 , 每循环平均进 尺为 1163m , 爆破效率平均达 9016 % , 平均炸药消 耗量为 2116kg/ m3 。在坚硬玄武岩巷道工作面采用 直眼五星掏槽 , 每循环平均进尺 115m , 平均爆破 效率为 8316 % , 平均炸药消耗量为 3161kg/ m3 , 提 高了掘进速度 , 节省炸药消耗量 , 取得良好的技术 经济效益 。
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爆破效率 /% 8313 8313 8015 8819 8313 8313 8313 8313 8313
炸药消耗 量/ kg·m - 3
3134 3149 3189 3146 4113 4119 3134 3134 3134
3 结束语 实践证明 , 在坚硬岩石中采用复合菱形掏槽和
五星掏槽 , 爆破效率可达 80 %以上 。同时又具有
(2) 小中心空孔螺旋掏槽 (如图 3) , 小空心 孔螺旋掏槽 (如图 4) ;
(3) 三角形掏槽 (如图 5) ; (4) 复合掏槽 ,即 :龟裂微楔型复合掏槽
图 1 大中心空孔 图 2 大中心空孔 图 3 小中心空孔 图 4 小空心孔 图 5 三角形掏槽
螺旋掏槽 双螺旋掏槽 螺旋掏槽 螺旋掏槽
从掘进导硐开始 , 到工作面安装结束 , 切眼顶 底板及两帮的移近速度与总移近量都在安全范围之 内 , 围岩保持较好的完整性 , 顶板只有切眼中部两 测点发生轻微离层现象 , 最大离层只有 3mm , 直到 工作面回采 5m , 全面综采支架进入煤壁实区 , 支 架支撑区域全部脱离切眼锚杆支护控制区域 , 工作 面切眼开始由上部逐段冒落 。由此充分证明锚网支 护结构可靠 , 支护参数合理 , 大断面切眼中线位置 加打两排单体液压支柱 , 能够有效地抑制围岩变 形。
爆破效率 /% 9318 100 100 8313 94 94 89 92 8313 92 8219 84 94 89 89 90 90
炸药消耗 量/ kg·m - 3
214 214 1196 2162 2172 213 2165 2164 2162 2177 3164 2193 2147 2159 2164 2145 2162
[ 收稿日期 ] 2000 - 09 - 11 [ 作者简介 ] 章 兵 (1967 - ) , 江西南昌人 , 助工 。1992 年毕业于阜新矿业学院 , 现从事岩土力学教学工作 。
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图 6 复合掏槽
行了现场试验研究 。
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炮眼布置简单 , 操作方便等优点 , 因此我们认为用
上面两种掏槽在坚硬岩石中掘进巷道是比较理想的
掏槽型式之一 。
[ 责任编辑 : 毛德兵 ]
2000 年第 4 期 (总第 41 期)
煤 矿 开 采
2000 年 12 月
煤矿开采
ENGL IS H ABSTRACTS
Application of longwall top2coal caving mining in the ‘three2 soft’coal seams of Xuzhou mining district —Aimming at the de2 posited characters of‘three2soft’coal seams , this paper presents the development and application of longwall top2caving mining in Xuzhou mining district , discusses the problems such as roadway lay2 out , mining process , equipment selection , tip2to2face control , two2 end management , etc1
循环进尺 /m 115 118 118 115 115 117 116 117 115 117 114 1155 117 116 116 118 118
爆破实体 岩石/ m3
13100 13175 13175 11146 11146 12199 12122 12199 12122 12199 10176 11184 13199 1212 1212 13175 13175
(如图 6a) ; 菱形楔形复合掏槽 (如图 6b) ; 复合菱 形掏槽 (如图 6c) ; 复合五星掏槽 (如图 6d) ; 双 空眼似菱形掏槽 (6e) 。
上述几种掏槽中 , 第 1 种大中心空孔螺旋掏 槽 , 虽然获得稳定性较高的掏槽效率 , 但由于矿山
掘进多采用小直径气腿式凿岩机 , 故少采用 。第 3 种三角形掏槽 , 需钻很多空心孔 , 增加了钻眼工作 量 , 对于坚硬岩石钻眼困难是很大的弊病 。第 4 种 复合掏槽适应于坚硬岩石大断面巷道和隧道掘进 。 在大安山矿坚硬岩石巷道掘进 , 采用复合式掏槽进
2000 年第 4 期 (总第 41 期)
煤 矿 开 采
2000 年 12 月
坚硬岩石巷道掘进合理掏槽型式的探讨
章 兵 , 潘天林 , 宋义敏 , 张凤翔
(辽宁工程技术大学 , 辽宁 阜新 123000)
[ 摘 要 ] 在巷道掘进现场试验研究中 , 根据北京矿务局大安山煤矿坚硬岩石赋存情况 , 改变 岩石工作面平齐的传统采掘方法 , 利用直眼五星和菱形掏槽 , 采用中深孔爆破 , 使工作面保持凹形 , 既提高爆破效率又增加循环进尺 , 节省炸药消耗量 。
6 结论
(1) 综采工作面大断面切眼采用锚网支护比传 统梯形棚支护方式每米巷道节约材料费 401164 元 , 一个工作面切眼可节约材料费 60246100 元 。
(2) 采用锚网支护 , 可减轻职工体力消耗 , 省 去了笨重的材料运输环节 。
(3) 改善了工作面切眼安装支架 、设备的作业 环境 , 避免了安装支架过程中因改棚 、倒棚引起的 冒顶事故 , 提高了施工的安全性 。
表 1 细砂岩巷道掘进实验结果
掘进工作面掏槽布置型式
直眼菱形掏槽 菱形掏槽全断面爆破 菱形掏槽全断面爆破 菱形掏槽全断面爆破 菱形加楔形掏槽全断面爆破 卧菱形加楔形掏槽全断面爆破 楔形加卧菱形楔形掏槽全断面爆破 楔形加卧菱形掏槽全断面爆破 直眼菱形掏槽全断面爆破 直眼菱形掏槽全断面爆破 直眼五星掏槽全断面爆破 菱形掏槽全断面爆破 直眼五星加楔形掏槽全断面爆破 直眼五星加楔形掏槽全断面爆破 双楔形加菱形掏槽全断面爆破 双楔形加菱形掏槽全断面爆破 双楔形加直眼五星掏槽全断面爆破
实验时间 / 月·日
3123 3125 3126 3127 3129 3130 3131 411 412
巷道断面 / m2 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146 7146
表 2 玄武岩巷道掘进实验结果
掘进工作面掏槽布置型式 全断面爆破五星掏槽
循环进尺 /m
(4) 简化了安装工艺 , 提高了安装速度 , 工作 面的安装时间可提前 10d 左右 。
(5) 根据现场实践 , 建议在工作面两端头出口 处以及切眼内地质条件变化处 , 应实施锚索支护 , 以提高支护强度 , 确保安全生产 。
[ 责任编辑 : 邹正立 ]
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2000 年第 4 期 (总第 41 期)
煤 矿 开 采
2000 年 12 月
4 支护效果
矿压观测的结果表明 , 在掘进导硐期间 , 切眼 表面收敛 (包括顶底板移近量和两帮移近量) 情况 和掘进工作面运输顺槽相似 , 围岩运动相对剧烈发 生在掘进 20d 以内 , 在此期间顶底板移近量最大为 102mm , 而两帮移近量为 85mm , 此后变形趋于稳 定 。在刷大切眼期间 , 围岩运动再次加剧 , 掘后 21d 后再次趋于稳定 , 在此期间顶底板 、两帮变形 速度平均为 5mm/ d 和 4mm/ d 。稳定前的顶底板 、 两帮移近量累计达到 128mm 和 114mm。
场试验研究 。
1 岩巷掘进工作面掏槽型式分析
在坚硬岩石中掘进巷道 , 由于岩石既难钻眼又 难爆破 , 故采用的掏槽类型应在保证获得良好的爆 破效率的前提下 , 掏槽眼越少越好 。目前 , 从国内 外的掘进实例和理论分析来看 , 一般常用以下几种 掏槽型式 :
(1) 大 中 心 空 孔 ( <90 ～ 120mm) 螺 旋 掏 槽 (如图 1) 、大中心空孔双螺旋掏槽 (如图 2) ;
[ 关键词 ] 直眼五星掏槽 ; 菱形掏槽 ; 楔形加菱形掏槽 ; 中深孔爆破 ; 巷道爆破 ; 巷道掘进 [ 中图分类号 ] TD23514 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 100626225 (2000) 0420050202
大安山煤矿岩石主要分为细砂岩 、砾岩 、深绿 色玄武岩 , 岩石致密 , 层理节理不发育 , 含有少量 石英脉 , 岩石硬度较大 , 岩石坚固性系数细砂岩 f = 718～1218 , 玄武岩 f = 10～12 , 砾岩 f = 616～ 912 。在坚硬岩石中开掘大量巷道 , 势必存在钻眼 和爆破困难 , 材料消耗大 , 掘进成本高等一系列问 题 , 严重影响矿山基本建设速度 。
目前 , 大安山矿仍采用楔形加楔形的掏槽方法 进行岩巷掘进 , 由于受岩巷断面的影响 , 楔形掏槽 的深度受到了极大的限制 , 同时增加了放炮次数和 躲炮等辅助时间 , 不仅掘进效率低 , 而且增加人力 物力消耗 , 增大了岩巷掘进成本 。根据大安山煤矿 现有的生产条件和国内外爆破技术的研究 , 结合现 场实践经验 , 对岩巷掘进工作面掏槽型式进行了现