2、井巷凿岩技术与设备

压式盾构，机重 3100 吨，月进尺达 500m 。这台设备已于 2004 年
12月在上海转入一个新的工程的掘进。
在西班牙的Barcelina地铁工程，使用世界上最大的Wirth-NFM 双模式 EPB 盾构机，直径 11.95m ，在抗压强度为 200MPa 的地 层中正在开挖其中两条隧道
在澳大利亚的悉尼修建一条耗资 6.92亿美元、长 12.5km的地 铁线路，两台直径 7.2m 的 TBM 正以每周 200m 的速度穿越砂 岩地层。
世界上第一个采用
机械破岩法开挖的
大断面岩石隧道是 1963 年 由 罗 宾 斯 公 司生产的全断面掘 进机完成的，该隧
道位于巴基斯坦境
内 ， 掘 进 直 径 11.20m，长4.3km。
岩石全断面掘进机作业线主要由掘进机、胶带转载机、矿车、
电机车组成。我国 5m 直径岩石全断面掘进机于 1986年在山西
一字形：速度快、制造和修磨简单、磨损快、
易夹钎 形状 十字形：速度慢、孔圆 ⑴ 钎头 X、Y形及球齿形：硬岩钻眼 材料 钎头体：合金钢，55SiMnMo、40MnMoV
钎 刃：钨钴类合金 。
不锈钢中加入钼，能改善钢的耐 腐蚀性。在铸铁中加入钼，能提 高铁的强度和耐磨性能
如果说钢是虎，那么钒就 是翼，钢含钒犹如虎添翼

2010年10月14日，通过阿尔卑斯山脚下，宽9.5 m、全长 57 km的戈特哈德(gotthard)基线隧道贯通。这条铁路隧道15年 前在瑞士中部地区开工兴建，施工人员总计爆破、凿穿1300万 m3的石块，前后共有2500名工人参与此一艰巨的工程，施工期 间共有8人在意外事故中丧生 。这是瑞士斥资将近100亿瑞士法 郎所打造的浩大隧道工程，启用后，每天可供大约 300 次列车 通行，客运列车平均时速可达250 km/h。 戈特哈德铁路隧道工程造价大约 100亿美元，建设历时 10 多年（1994年公投，1999年动工，2017年正式通车，1947年工 程师爱德华· 格吕纳最先提出戈特哈德铁路隧道建设构想）。大 约2500名工人参与其中。这条隧道打破了先前由日本青函铁路 隧道保持的53.8 km最长铁路隧道纪录。 经过12 a的施工， 1983年 1月27日，南起青森县今别町滨 名，北至北海道知内町汤里，世界上最长的海底隧道 —青函隧 道的先导坑道终于打通了。 1988 年 3 月 13 日，青函隧道正式通 车，从而结束了日本本州与北海道之间只靠海上运输的历史。
代表机具：潜孔钻机 。
两种破岩方法比较
冲击式破岩 适用于坚硬岩石 轴压力小 旋转式破岩 软岩和煤 轴压力大
噪音大
功效低 环卫差
风动凿岩机 pneumatic rock drill 电动凿岩机 electric rock drill 液压凿岩机 hydraulic jack hammer
噪音小
功效高 环卫良好
水。湿式排粉—压力水。强力吹扫炮眼系统 。
4. 润滑系统：注油器， 3~5ml/min。悬挂式：悬挂在风 管弯头处，容油量较小；落地式：放在离凿岩机不远的
进风管中部，容油量较大。
推进机构与架钻设备
1. 气腿：推进 + 架支。支设角
30～50° 2. 掘进凿岩台车：钻臂架支
四、液压凿岩机
工作原理
1. 冲击机构：气缸 + 活塞 + 配气装臵。 （ 冲程、回程）
排气口 活塞前端面
配气阀片
2. 旋转机构：内棘轮 + 螺旋棒 + 活塞 + 转动套 冲程——活塞直线运动，带动旋转棒旋转 回程——旋转棒迫使活塞旋转，带动转动套、钎杆旋转 。
3. 排粉系统：风水联动注水机构－开钻供水、停钻停
和手持式差不多，但有气
腿支撑，可减轻体力劳动， 在岩巷掘进中应用较广。
典型风动凿岩机的外形：由主机、钎子、水管、压
气软管、气腿和注油器
风动凿岩机的构造
⑴ 柄体A：进气进水管道、操作阀、气腿的调压阀和换向阀、水针。 ⑵ 缸体E：阀柜D、配气阀C、棘轮和旋转棒B、活塞F、消音罩。 ⑶ 机头H：锤G、转动套I、钎卡和外壳。
秦岭隧道 2 号线是采用轨行门架三 臂钻孔台车、挖掘装载机、大容积 梭式矿车等重型机具先开挖断面为 26m2 ～ 30m2 的导坑，平均月进尺 达 264m。值得指出的是，在2号线 导坑的开挖中采用直径 1.3 m 的风 管，110kW风机创造了单台风机独 头 通 风 距 离 6000m 的 记 录 。 超 过 6000m后，再串联一台风机，到独 头通风距离9500m时，作业面空气 仍符合标准要求。
表1 我国锚杆钻机发展的三个阶段（续）
阶段 试 验 推 广 阶 段 （ 岩 巷 、 煤 巷 ） 时间 钻机类型及品种 适应范围
20世 纪80 年代 至90 年代
（1）引进英格索兰、阿特拉 斯等公司液压钻车，并在国 内建合资厂生产； （2）引进澳大利亚气动锚杆 钻机，仿制、研制、试验煤 巷液压、电动、气动锚杆钻 机，如 MZ 、 MYT 等液压锚 杆 钻 机 ， HMD 、 MDS 等 电 动 锚 杆 钻 机 ， MQT 、 MQB 等气动锚杆钻机；
一、破岩原理
冲击式破岩。钻眼原理： 冲击（冲击功）—旋 转 — 排粉。适用于硬岩。
冲击力
代表机具：凿岩机。
轴压力
回转力矩
旋转式破岩。钻眼原理：
压入（轴压） —— 旋转
切削 —— 排粉。适用于 软弱岩层或煤层。代表 机具：煤电钻。
旋转冲击式。钻眼原理： 冲击式和旋转式的结合。 压入（冲击功+轴 适用于大直径、中硬岩，露天 压）——旋转切削—— 深孔爆破 冲击——排粉。
H28（B28） d=8.8 mm 5.05 kg/m
端面形状 R32（D32） d=9.2 mm 5.83 kg/m 中空圆形 R39（D39） d=14.5 mm 8.02 kg/m R46（D46） d=17.0 mm 11.07 kg/m
钎杆材料
（ 3 ）钎头和钎杆的连接：锥形连接，锥 角度为7º ，插入深度24~38 mm。 （留有过渡缝隙6～8 mm）
五ຫໍສະໝຸດ Baidu旋转式钻眼机械－煤电钻
构造：散热风扇 + 开关手柄 + 电动机 + 减速器 + 钎套筒
电压 127 V ，功率 1.2~2.0 kW （多为 1.2 kW ），转速 2700 rpm。 通过二级减速器：外壳为铝合金铸造，密封防爆。 轴推力：人力推顶 。
ZM系列矿用隔爆型手持式煤电钻
适用范围： 用于煤矿井下及其周围介质中有甲烷、煤尘等
开挖方法
（1）钻眼爆破法
drilling and blasting method 简称“钻爆法”。用打眼、装药、 爆破的工艺进行采掘的方法。
（2）机械掘进法
钻爆法施工掘进工序：钻眼 ——装药联线——放炮 通风——装岩运输——支护
工具设备：凿岩机hammer drill——炸药——局部扇
风机—— 装岩机rock
导轨式 机重130～360kg 机重30kg以下 手持式 机重18kg ，功率1.2kw 导轨式 台车式（4~6吨），架钻式（150～360kg）
电钻 岩石电钻 导轨式 机重35~40kg 功率1.2kw
三、风动凿岩机的构造与工作原理
风动凿岩机可分为低频、中频和高频。冲击频率在2000次
/min以下为低频， 2000 ～ 2500 次 /min为中频，超过 2500 次 /min为高频。国产气腿凿岩机，除YTP－ 26等少数为高频 外，均为低、中频凿岩机。 手持式凿岩机目前使用很 少。气腿式凿岩机因重量
比重和容重 孔隙性 岩石的物理性质 水理性质 碎胀性 岩石的性质 变形特征 强度特征 岩石的力学性质 硬度 可钻性和可爆性
普氏分级法 RQD分级 岩体工程分级 原煤炭部制定的围岩分级 围岩松动圈分级法 按围岩变形量大小分级
第二章
第一节 第二节
凿岩技术与设备
凿岩机构造与工作原理 钻眼工具
第三节
空气压缩机及压风供应
1.构造
⑴ 冲击机构：油缸 + 活塞 + 配油装臵（油压在10MPa以 上）
⑵ 旋转机构：独立外回转机构 液压马达带动齿轮
⑶ 排粉系统：侧向供水排粉
2.优缺点 ⑴ 钻速高（2~3倍） ⑵ 可调整（功率可调整，钻凿较深和直径较大的孔） ⑶ 自润滑
⑷ 可钻硬岩、大直径深眼
⑸ 环卫好（噪音90分贝以下，没有油雾水汽） 。
①刃角，110o ②隙角，3o
钎头结构参数
③弧形钎刃，180mm曲率半径 ④钎头直径，38~43mm ⑤排粉沟
钎肩：环形（六角形钎杆）、耳形（圆形钎杆）
组成 钎尾：108mm±1.0mm（淬火硬度HRC49~55） 中心孔： H22（B22）d=6.7 mm 3.05 kg/m ⑵ 钎杆 中空六角形 H25（B25） d=7.6 mm 3.97 kg/m
二、常用的凿岩设备
手持式 机重20kg以下 风动凿岩机 气腿式 机重30kg以下 伞形钻架 凿岩台车
导轨式 机重35～80kg
向上式 机重40～45kg ⑴ 冲击式破岩 电动凿岩机 液压凿岩机 内燃机 煤电钻 ⑵ 旋转式破岩 ⑶ 旋转冲击式 液压钻 潜孔钻机 气腿式 机重25~30kg
导轨式 机重30kg以下
古交矿区设计年产400万t的东曲矿东平硐进行试验。 平硐的掘进断面为 20.3m2 。掘进机于 1986 年 6 月 4 日试掘，到 1987年9月底共掘进1448m，平均月进103.4m，最高月进202m， 工程质量全部合格。以后连续施工，总计完成平硐全长
3653.5m的掘进任务。
在荷兰的阿姆斯特丹附近7.0km长的Grorne Hart高速公路隧道工 程中，使用世界上最大的、直径为 14.87m 的泥水 /膨润土气泡加
爆炸性混合物气体的环境中，在交流50 Hz，电压为127 V的 供电网络中，在回采及掘进工作面对中硬和硬煤层钻眼之用。 产品特点： 1、结构紧凑，型式多样，有普通型、强力型、 湿式型等。 2、扭矩大，适合中硬和硬煤层钻眼。
第二节 钻眼工具
一、凿岩机的钎子
1. 整体钎子：
2. 组合钎子
大断面岩巷掘 进炮孔、全方 位锚杆孔的施 工。 煤巷顶板、边 帮锚杆孔的钻 孔及锚固剂的 安装。
表1 我国锚杆钻机发展的三个阶段（续）
阶段 时间 应 用 发 展 阶 段 钻机类型及品种 适应范围
20世 纪90 年代 中后 期至 今
（ 1）在引进澳大利亚诸多产品的基 础上，开发适合国情的顶板、边帮 系列气动锚杆钻机，产品质量更趋 实 现 机 掘 巷 成熟，品种更趋多样化； 道快速掘进 （ 2）进一步完善单体液压锚杆钻机， 与锚杆快速 形成帮、顶系列产品； 钻装，实现 （ 3）开发研制了可打全方位锚杆孔 掘 进 机 掘 机 的 气 腿 式 凿 岩 机 ， 如 7665M 、 和 钻 、 装 、 ZY24M； 锚平行作业。 （ 4）研制、试验与悬臂式掘进机配 套的机载锚杆钻装机； （ 5）引进澳地利澳钢联公司钻、装、 锚一体化掘进机组。
仅取决于正确的设计方法和施工工艺，而且还取决于
配套机具及材料的选择。
1.我国锚杆钻机的发展历程
我国煤矿巷道锚杆钻机的发展至今已有近 50 a的历史，
无论是岩巷锚杆钻机还是煤巷锚杆钻机，都是在引进、
消化、吸收国外技术的基础上结合我国实际情况研究、 开发、改进、提高，从而形成了具有我国特色的锚杆 钻机产业。我国锚杆钻机的发展，大致可分为三个阶 段见表1。
表1 我国锚杆钻机发展的三个阶段
阶段 起 步 阶 段 （ 岩 巷 ） 时间 20世 纪60 年代 至70 年代 钻机类型及品种 适应范围
（ 1 ）引进英国维克多支腿式 电动锚杆钻机，仿制了 FB 系 列、 EZ—1.2 型电动锚杆钻机； 岩巷掘进炮孔 （ 2 ）研制开发了 7655 、 ZY- 锚杆孔的施工， 24等冲击旋转 单体气腿式凿 岩巷锚杆孔的 岩机； 施工，钢丝绳 （ 3 ）研制转架式旋转锚杆钻 砂浆锚杆的安 孔 安 装 机 。 如 MGJ-1 型 ， 装 CGM-40型，YMJ-1型；
loader——锚、喷、网、架；
煤电钻 electric
coal drill
雷管、放炮器、风筒
矿车电机车、矿车 浅 孔：深度小于2.5 m，直径小于42 mm； 中深孔：深度2.5 ~ 4 m，直径小于50 mm； 深 孔：深度大于4 m，直径大于50 mm。
第一节凿岩机构造与工作原理
机载锚杆钻机
机载式临时支护装置
齿轮式气马达顶板锚杆钻机
柱塞式气马达顶板锚杆钻机
盾构机，简称盾构tunnel shield，全名叫盾构隧道掘进机， 是一种隧道掘进的专用工程机械，它是一个横断面外形与隧道 横断面外形相同，尺寸稍大，利用回旋刀具开挖，内藏排土机 具，自身设有保护外壳用于暗挖隧道的机械。
二、电钻钎子－麻花钎子
我国煤矿巷道锚杆支护 配套机具及材料
以锚杆支护为核心的锚喷支护，锚、梁、网支护，锚
索支护，桁架锚杆支护以其安全、高效、经济的优越
性在煤矿巷道支护中得到广泛的推广应用。据不完全 统计，到2004年底，我国国有煤矿岩巷锚喷支护率大 于90%，煤巷锚杆支护率达到55%。 锚杆支护是一项复杂的系统工程，其安全、可靠性不