井巷掘进与施工毕业论文

（一）平巷掘进与支护

1.断面形状和尺寸的确定

金属矿山的平巷一般为梯形或直壁拱形断面。断面形状的选择主要取决于支架类型，而巷道支架类型又取决于岩石稳固性及使用年限的长短。岩石较稳固、使用年限短，一般多用木材支架，因而断面形状常为梯形；岩石不稳固，或使用年限长，采用混凝土支架，巷道断面为直壁拱形；岩石很稳固，使用年限又不长时，则可不支护，巷道断面为自然拱形。

巷道断面尺寸主要根据巷道的用途及运输、凿岩等设备要求的尺寸大小来确定，并需要根据通风要求加以校正。

2.掘进工序

平巷掘进主要包括凿岩、爆破、通风、装岩、支护等工序。这些工序依次进行完毕称为一个工作循环。每经过一个工作循环，巷道工作面就向前推进一定距离，这个距离称为进尺。

（1）凿岩爆破：凿岩爆破的工作量一般占掘进总循环时间的40%～60%。平巷掘进中，通常采用气腿式凿岩机凿岩，在平巷掘进机械化作业线中则采用凿岩台车。炮眼直径为38～46mm，炮眼深度为1.2～2.5m，炮眼数目为20～40个，断面愈大，岩石坚固性系数（f）愈大，炮眼数愈多。工作面上的炮眼布置如图5-4-2，按炮眼的作用和位置分为掏槽眼、辅助眼、周边眼。掏槽眼最先爆破，形成一个楔形、锥形或柱形的槽穴，以造成第二个自由面。接着爆破辅助眼，它可崩落大量岩石，为周边眼的爆破加大自由面。最后爆破周边眼，它的作用是控制巷道轮廓，布置在巷道周边，爆破后即可形成所需的巷道断面形状和尺寸。平巷掘进一般采用硝铵类炸药，导火线起爆法。每个炮眼的总装药长度约为眼深的3/5～2/3，掏槽眼装药量比其他炮眼多15%～20%。

图5-4-2 平巷掘进炮眼排列及各种炮眼的作用

为了减少巷道表面凹凸不平的现象，减小对围岩的破坏，达到较光滑地接近设计要求断面。近年来出现了光面爆破等控制爆破技术，其基本特点是密集地布置周边眼，减少周边眼装药量，以及严格控制周边眼的起爆等。

（2）通风：爆破后必须及时地进行通风，以便排除掘进工作面的有害气体及粉尘。通风时间一般应在20min以内。目前，广泛使用的通风设备为轴流式局部扇风机。

（3）装岩：装岩就是将爆破下来的大量碎石装入运输容器，以便运出巷道。装岩是一项繁重和费时的工序，占掘进总循环时间的35%～50%左右，因此提高装岩机械化水平对提高掘进速度有重要意义。平巷掘进中，目前使用较多的装载设备是铲斗后卸式装岩机和矿车。装岩机以压气或电为动力，当装岩机向前运动时，铲斗插入岩堆铲取岩石，铲满后提升铲斗，并使它向后翻转，将岩石倒入装岩机后面的矿车内，然后使铲斗下落，再次铲装。当矿车装满后，必须将重车及时地调走，空车及时地调进来，以继续装岩，这个工作就是调车。双轨巷道调车比较容易，单轨巷道调车比较困难。单轨巷道调车方法常用于断面较大的单轨巷道，图5-4-3为单轨巷道调车方法的示意图。

图5-4-3 单轨巷道调车方法示意图

调车相当麻烦和费时，装岩机每装一车就要暂时停止工作，影响装岩效率。近年来出现一些解决平巷掘进调车问题的设备，如斗式转载机、梭式矿车等。它们都可保证装岩机连续装岩，直至装完一次爆破下来的全部岩石。

在平巷掘进机械化作业线中，装载设备有装岩机、斗式转载机、列车，或装岩机、棱式矿车等。此外，也可用轮胎式自行设备，如能完成装、运、卸三项作业的装运机、铲运机等。

3.支护

支护是指在巷道内安设支架。支架有临时支架和永久支架两种。永久支架的架设可以落后于掘进工作面一定距离但又与掘进工作平行作业，也可以在掘进工作结束后再架设。只有极不稳固的岩石，随掘进工作的进行，才能安设临时支架，以保证掘进工作安全而正常地进行。掘进完毕后，再把临时支架换成永久支架。

巷道是否需要进行支护工作，以及用哪种支架来支护巷道，主要取决于围岩的稳固性及使用年限的长短。

（二）天井掘进与支护

天井的断面形状和尺寸，主要取决于天井的用途和格间数目。断面形状通常为矩形，溜矿井和通风井采用圆形。圆形天井直径一般为2m左右；矩形天井常以梯子间的长度作为天井的短边，一般为1.5～2.0m，矩形天井的长边按格间数目、排列及大小来确定，一般为2.0～2.5m左右。梯子间尺寸按保安规程的要求确定，放矿间的最短边应大于所放矿岩最大宽度的3倍，提升间应保证材料设备顺利通过。

天井掘进多采用普通掘进法和吊罐掘进法，少数矿山还采用在天井全断面钻凿若干个贯穿天井全高的深孔、自下而上逐次分段爆破的深孔法。

1.普通掘进法

普通掘进法是从下而上架设梯子和工作平台，在工作平台上进行凿岩爆破以掘进天井的一种施工方法。天井掘进主要工序仍为凿岩爆破、通风、装岩及支护等。凿岩和装药工作在工作台上进行。凿岩爆破工作基本与平巷掘进相同，但由于是从下向上掘进以及工作空间和联络等限制，具有以下特点：

（1）用伸缩式凿岩机钻凿上向眼，每个炮眼均需一组钎子（钎子组）来钻凿。

（2）采用电雷管起爆法或电阻丝灼热导火线起爆法。

（3）爆破前必须在梯子间和提升间顶部架设倾斜的落矿台，以防止梯子间被破坏，并使崩落的矿岩借自重溜入放矿间。

由于爆破产生的有害气体比空气轻，天井又是自下而上的掘进，因此天井掘进时通风非常困难，需要的通风时间也较长，必须采用机械通风，通风方式常为抽出式。装岩工作较简单，爆破下来的矿岩借自重落入放矿间，然后由溜子口装入矿车。放矿间可暂时储存部分碎石，因此装岩工作不影响凿岩工作的进行。随着工作面的推进，必须及时进行支护，以便架设梯子和工作平台，为下一个循环作准备。矩形天井的支架型式主要取决于围岩的稳固性。围岩稳固时用横撑支护，围岩不稳固时采用密集井框支架。

普通掘进法掘进速度慢，劳动强度大，通风困难，材料消耗多，工作安全性差，因此多用在缺乏设备、围岩不稳或短天井掘进中。目前在一般条件下，已普遍采用吊罐掘进法。

2.吊罐掘进法

吊罐法是在天井全高上沿中心线先钻一个直径100～150mm的钻孔，在天井上部水平安设游动绞车，通过中央钻孔用钢丝绳沿天井升降吊罐。吊罐是凿岩、装药的工作台，也是升降人员、设备工具等的提升容器。爆破前将吊罐下放至下部水平，距天井口4～5m处即可。吊罐法的掘进工序与普通法基本相同，但有如下特点：

（1）由于中心钻孔的存在，改善了通风条件，缩短了通风时间；

（2）爆破下来的矿岩借自重落至下部水平巷道底板上，然后用装岩机装入矿车；

（3）不架设梯子、工作台等。

（三）竖井掘进与支护

竖井断面形状和尺寸的确定原则与平巷大致相同。岩石比较稳固，断面面积和深度不大，服务年限不长时，可采用矩形断面、木材支架。此外，则多采用圆形断面、混凝土支架。竖井断面尺寸主要取决于提升容器的数目及规格、梯子间和管子间的大小、各格间的布置方式等，此外还应满足通风的要求。竖井掘进包括准备工作、表土施工和基岩掘进。

1.准备工作

主要为修筑道路、平整场地、修建临时建筑物和临时井架，安装掘进所需的压气、通风、提升、排水等设备以及材料、设备准备等。

2.表土施工

即挖掘井筒所穿过的那部分表土。随着表土的挖掘，必须安设临时支架。表土挖掘完毕达到基岩后，即应砌筑永久支架。

3.基岩掘进

包括凿岩爆破、通风、装岩、提升岩石、排水和支护等工序。它是竖井掘进最基本的掘进工作。由于竖井是垂直向下掘进，凿岩爆破工作有如下特点：

（1）用凿岩机钻凿下向眼，圆形断面时，炮眼呈同心圆状排列。为提高凿岩机械化水平，可用带有环形或伞形钻架的凿岩机组凿岩。

（2）井筒涌水较大时，用胶质炸药或用采取了防水措施的硝铵类炸药。

（3）采用电雷管起爆法。竖井掘进通风比较容易，通风时间一般为15～30min，常用局部扇风机进行压入式通风。

（4）装岩工作比较繁重，一般用抓岩机把碎石装入吊桶，装满后由绞车提升至地面。工作面的积水利用吊桶或吊泵排至地表。每次爆破的岩石装完后，为防止井壁岩石塌落，应及时进行临时支护，临时支架一般为金属支架。当井筒掘进一定距离后（几十米深），就从下向上砌筑永久支架，并逐渐拆除临时支架。永久支架常用木材支架和混凝土支架。砌筑永久支架的工作在专门的吊盘上进行，吊盘是悬吊在井筒中的工作台，它由地面低速绞车升降。吊盘上有通过吊桶和吊泵等的孔洞。

（四）钻进法简介

井巷掘进方法均为凿岩爆破掘进法，它存在着工序多，劳动组织复杂，安全性差，劳动强度大，难于实现掘进面机械化以及产生大量有害气体和粉尘等缺点。为加速矿山建设，提高掘进机械化水平，克服凿岩爆破掘进法的缺点，近年来出现了回转机械钻进法。

回转机械钻进法是利用井巷钻进设备来开掘巷道。井巷钻进设备主要有平巷联合掘进机、天井钻机和竖井钻机。它们一般可以连续地进行破岩和装载（或提升）两个主要工序。井巷钻进设备破岩是利用钻头的回转，靠钻头上的刀齿不断切削岩石。

装载与井巷钻进设备的类型有关。平巷联合掘进机是靠勺斗不断捞取岩粉和碎石卸到运输机上运出；天井钻机一般多采用先钻导向孔然后自下而上扩孔的钻进技术，此时碎石岩粉靠自重落至下部水平，再进行装运；竖井钻机是以从上向下钻进，岩屑的清理比较困难，采用泥浆循环、风力或液压管路运输以及勺斗提升方法将岩屑运至地面。

钻进法完全取消了凿岩爆破工序，使破岩、装岩（或提升）平行作业，实现了掘进工作的全面机械化，安全、劳动条件好、掘进速度快、节省劳动力、管理方便、井巷周壁规整光滑易于维护。因此，钻进法是有发展前景的井巷掘进方法。目前，天井钻进法的应用日益增多。竖井钻进法尚未推广，主要原因是在硬岩中钻进深度超过300m时，一般还限于直径在3m以内，同时竖井钻进法还存在造价高、耗电多、运输困难、井筒较易偏斜等缺点，因此正致力于改进和完善。平巷钻进法在矿山的应用还处于试验研究阶段。