專利名稱：巖巷掘進的方法
在采礦領域里的巖巷掘進中，大部分礦井使用的掘進法，是鉆眼爆破破巖法，鉆眼時的深度在3～4米之間，在破巖和支護時，要消耗很多的原材料，如料石、水泥、河沙、坑木等，同時在破巖時破碎的巖塊，把已支護好的支架沖倒，這樣勞動強度太高。
為節省原材料，進行一項技術改革在全巖石巷道中，把巷道斷面設計成一個理想的圓形斷面或半圓拱斷面巷道(同時方形斷面也可例入參考)如在完整的巖系中掘進，巷道免除支護，下面論證這個方案。
1、對礦山巖巷掘進地壓理論的論證；2、在全巖巷道中，巷道斷面與炮眼布局和深度的探索。
為了達到礦井安全高效，必須考慮礦山地壓現象，在礦山地質中，一個值得注意的問題①開采深度；②地質構造應力。由于地殼的運動，地質構造中如斷層破碎帶、褶曲，堅固系數低的軟巖中，存在著構造應力以及彈性能。
在《采煤概論》教材第七章中關于巷道地壓的概念、水平巷道中的頂壓和側壓的論著，有“新的自然平衡拱”等描述，這是站在巷道被爆后，圍巖受到無規則的破壞的角度上進行研究的。通過多方面的觀察，在巖石巷道中，有頂壓和側壓的原因是巷道被爆后，圍巖受到了無規則的破壞。
在炮眼深度3～4米時，由于炮眼方向的問題，巷道圍巖的影響圈是相當大的，因此，那些破碎了的巖塊把支架壓斷，而不是整個地質體生產的壓力，但是也不能否認地質構造應力的存在，如地質疏散的破碎帶、堅固系數低的軟巖體中。
因此，在巖巷道掘進中，在過嚴重的破碎帶和軟巖體時，必須適當的加以支護。
在巖巷掘進中，圍巖破壞了的情況是這樣的，請看圍巖被破壞特征巷道斷面示意圖(如圖-1)。如果改變一下掘進技術，采用機械破巖，把巷道斷面掘成一個圓形，此時巷道圍巖沒有遭到破壞(如圖-2)。在完整的巖系中的巷道斷面示意圖。那么巷道的“頂壓”和“側壓”只有在疏散塑性大的軟巖體中，才有可能出現。
下面參照《井巷工程》教材第二章分析一下，在巷道圍巖遭到了破壞時的地質構造應力分布情況(如圖-3)。在距地表Z米的地質體a、b、c、d中，取考察點M，δθ是考察點M上的環向應力，δr是徑向應力，trθ是剪切應力，p作用在圍巖上的垂直壓力，q作用在圍巖上的水平壓力，r為考點M距巷道中心徑向距離，Ro為巷道半徑，θ是考點M的幅角。
當q＝p時，考察點M上，剪切應力為零，只存在環向應力δθ和徑向應力δr。
當r＝Ro時，考察點M上的徑向應力為零，只存在環向應力δθ為2p。
在巷道圍巖沒而遭到破壞的情況下，考察點M移到了周邊，并在周邊形成了一個δθ＝2p環向均勻的應力圈(如圖-4)。
在有構造形跡，也就是有構造應力的地區，環向應力δθ＝2p只能說明周邊應力升高，關鍵是考察點M上沒有徑向力。
如果把單元體M移出來分析，則受力圖(如圖-5)。
它與巖塊單向抗壓試驗相同，一般堅固系數大的巖層其巖塊的抗壓強度是大的，總的來說，巷道周邊只有環向力的存在，如斷面采取圓形或半圓拱形，也是一個很好的承載結構。用工程力學的觀點，這個圓形斷面恰似一橋拱，巖層的自重壓力，基本在截面的上半圓，解決了應力分布的問題。
以上理論分析，在完整堅硬的巖系中掘進，其水平巷道和傾斜巷道在圍巖沒有遭到破壞的前提下，采取圓形斷面巷道，免除支護是可以突破的。
二、巷道斷面、炮眼布局和深度的探索巖巷掘進中，巷道斷面的設計，應合理利用巷道圍巖的承載結構，選擇圓形或半圓拱形。
在巖巷掘進中，為使巷道圍巖不遭破壞，采取機械破巖較為理想，但成本較高，也可采取光面爆破法破巖，在這個基礎上再加一項技術改進。如果巷道斷面是圓形或半圓拱形，首先在巷道周邊也是周圍打炮眼若干個，并且巷道周邊炮眼不裝炸藥，目的是制造一條斷面是圓形或半圓拱形的裂隙。巷道斷面的中間是粉碎區。其炮眼布局的方向和深度等具體的數據，待選定爆破參數而定。這個爆破方法一定具備嚴格的技術程序。
權利要求
1.巷道圍巖不遭破壞；
2.在堅硬的全巖石巷道中，巷道免除支護(疏散的、塑性大的軟巖體例外)；
3.采取巷道斷面為圓形或半圓拱形；
4.在礦山巖巷掘進中，“頂壓”和“側壓”的論述。如果巷道圍巖不遭破壞，“頂壓”和“側壓”的概念是不能成立的，只局限于疏散塑性大的軟巖體中，才有可能出現。
5.在巷道周邊，也是周圍打炮眼若干，且炮眼不裝炸藥，目的是制造一條斷面是圓形或半圓拱形的裂隙。
6.巷道的“頂壓”和“側壓”來源于疏散，塑性大的軟巖體。
全文摘要
本發明屬采礦領域，礦山地壓里的一個技術項目，在井巷工程中需要解決的技術難題，是礦山地壓。本方法是揭示巷道的“頂壓”和“側壓”，來源于疏散的、塑性大的軟巖體。其主要技術特征是(1)巷道圍巖不遭破壞；(2)在堅硬的全巖石巷道中，巷道免除支護(疏散的、塑性大的軟巖體例外)；(3)采取巷道斷面為圓形或半圓拱形；(4)在巷道周邊也是周圍打炮眼若干，且炮眼不裝炸藥。目的是制造一條斷面是圓形或半圓拱形的裂隙。具體數據看爆破參數而定。
文檔編號E21C41/22GK101063408SQ200610077389
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月29日 優先權日2006年4月29日
發明者梁紹文 申請人:梁紹文