巖巷掘進方法

專利名稱：巖巷掘進方法
技術領域：
本發明涉及一種巖巷掘進技術，尤其涉及一種控制爆破技術與掘進機掘進技術相結合 的巖巷掘進方法。
背景技術：
目前在礦山巖石巷道施工中， 一般有巖巷掘進機掘進和鉆爆法兩種方法，主要是采用 鉆爆法。兩種方法的掘進效率都不高，月進難以突破100m。
目前在巖石巷道施工中，鉆爆法掘進占90%以上。鉆爆法用鑿巖機鑿巖，利用炸藥實 現瞬間爆破，具有破巖速度快的特點，這是鉆爆法發展至今仍占主要比重的重要因素。主 要工藝是鉆眼、裝藥、爆破，爆破前人員和設備撤離到安全的地方，爆破后將炮煙和有害 氣體排出，人員和設備要進入掘進工作面裝巖、運輸矸石和支護工作。主要鑿巖設備有手 持風動鑿巖機、液壓鉆車打眼，主要裝巖設備有耙斗式、鏟斗式、蟹爪式、側卸式裝巖 機，多為耙斗裝巖機。
鉆爆法存在的主要問題是-
首先是，掘進速度低。鉆爆法雖然可以獲得較高的破巖速度，但由于受爆破的影響和 作業空間的制約，造成工藝不合理，機械化程度低，工人勞動強度大，難以實現同時和連 續性的掘進，限制掘進速度， 一般月進速度100米左右。
其次是，巷道質量差，安全性低。鉆爆法對圍巖破壞嚴重、空頂時間長，有的在空頂 條件下作業，人身安全得不到確切的保障。粉塵、設備施工噪音對作業人員的影響大，掘 進工作面爆破后產生的粉塵嚴重影響作業人員身體健康，難以實現安全、高效生產的目 的。
目前在巖石巷道的掘進機掘進法施工中，由于巖巷掘進機的機械化及自動化水平得到 了很大提高，掘進機可以開挖不同的地質條件下各種形狀的巷道，掘進機的類型也越來越 多，具有安全性高，圍巖破壞小，勞動強度低的特點。
但是，巖巷掘進機破切較硬巖層時，單位比能耗大，動力消耗和掘進費用比鉆爆法高 IO多倍，且破巖速度慢，掘進速度受到限制，掘進機截齒損耗嚴重、機器笨重、設備故障 率高、可靠性和適應性較差。尤其在高強度、高研磨性的巖層中掘進，不僅效率很低，而
且消耗的電能與掘進材料的費用相當高。

發明內容
本發明的目的是提供一種高效、安全、成本低的巖巷掘進方法。 本發明的目的是通過以下技術方案實現的-
本發明的巖巷掘進方法，包括步驟-
A、采用定向爆破技術，首先在靠近巖巷周邊部位布置多個預裂炮孔及導向孔，然后 向預裂炮孔內裝入適量炸藥，進行定向爆破，形成預裂縫；
B、采用松動爆破技術，首先在巖巷的巖石工作面上布置多個松動炮孔，然后根據巖 石特性，向松動炮孔內裝入適量炸藥，進行松動爆破將預裂縫內的巖石破碎；
C、采用掘進機開挖巷道的松動巖石。
所述的步驟A中，所述預裂炮孔之間的間距為300mm 1000隨，每間隔一個或多個預 裂炮孔可布置一個導向孔；
預裂炮孔內炸藥單耗為0.60 1.20kg/m3，所述炸藥單耗指單位體積的巖石需要的炸 藥量。
所述的步驟B中，所述松動炮孔間的間距為800mm 2000mm，所述松動炮孔距預裂炮孔 的距離為700mm 1200ram;松動炮孔內炸藥單耗為O. 30 1. 00kg/m3。
所述的松動炮孔包括深松動炮孔和淺松動炮孔，且每間隔一個或多個深松動炮孔布置 一個淺松動炮孔和/或導向孔，所述淺松動炮孔的炮孔深度小于等于深松動炮孔深度的二分之一。
所述松動炮孔的裝藥方式為深松動炮孔局部連續裝藥；或者， 深松動炮孔連續裝藥，且淺松動炮孔間斷裝藥；或者， 深松動炮孔局部連續裝藥，且淺松動炮孔間斷裝藥；或者， 深松動炮孔局部連續裝藥，且淺松動炮孔連續裝藥。
所述的預裂炮孔和/或松動炮孔的直徑為30 100ram,孔深為1000 20000mm。 所述的松動炮孔的直徑為30 45mm，孔深為1000 2500ram。 所述的松動炮孔的直徑為40 100mm，孔深為2500 20000mm。 所述步驟A與步驟B同步進行，起爆時順序起爆，且預裂炮孔先于松動炮孔起爆。 所述的步驟C中，所述的掘進機包括升降臂，升降臂的前端設有切割頭，切割頭可切
割巖石，所述的升降臂可上下、左右擺動，帶動且割頭以任意的軌跡運動。
由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明所述的巖巷掘進方法，由于首先在靠
近巖巷周邊采用定向爆破形成預裂縫，然后采用松動爆破方法破碎巖石，最后用巖巷掘進 機開挖己破碎的巖石。采用掘進機掘進與控制爆破相結合，大大減小了對圍巖的破壞、增 加了安全性，并且提高了掘進速度、降低了成本，是一種高效、安全、成本低的巖巷掘進方法。
適用于對各種巖石進行掘進，尤其適用于具有較高硬度的礦井巖石巷道的掘進。


圖l為本發明在需掘進的巖巷靠近周邊部位布置預裂炮孔的示意圖2為本發明在需掘進的巖巷工作面布置預裂炮孔及松動炮孔的具體實施例一的炮孔 布置示意圖3為本發明在需掘進的巖巷工作面布置預裂炮孔及松動炮孔的具體實施例二的炮孔 布置示意圖4為本發明進行定向爆破時預裂炮孔裝藥結構示意圖； 圖5為本發明進行松動爆破時松動炮孔裝藥結構示意圖。
具體實施例方式
本發明巖石巷道掘進方法較佳的具體實施方式
是
如圖1所示，首先采用定向爆破技術，在靠近巖巷周邊部位布置多個預裂炮孔及導向 孔，然后向預裂炮孔內裝入適量炸藥，進行定向爆破，形成預裂縫；
然后采用松動爆破技術，在巖巷的巖石工作面上布置多個松動炮孔，然后根據巖石特 性，向松動炮孔內裝入適量炸藥，進行松動爆破將預裂縫內的巖石破碎；
最后采用掘進機開挖巷道松動的巖石。
定向爆破與松動爆破都屬于控制爆破。
運用定向爆破技術在巖石巷道的周邊形成預裂縫。定向爆破過程中，所述預裂炮孔之 間的間距最好為300mm 1200mra，可以為300、 400、 500、 800、 900、 1000、 1200mm等優 選尺寸，根據需要也可以為其它的尺寸，且每間隔一個或多個預裂炮孔布置一個導向孔， 導向孔布置的數量和位置是根據巖石的硬度及爆破的方向確定的。
布好孔后，向預裂炮孔內裝入炸藥，導向孔內不裝炸藥，預裂炮孔內炸藥單耗為 0.60 1.20kg/m3，可以為0.60、 1.0、 1.20 kg/m3等優選藥量，所述炸藥單耗指單位體積的 巖石需要的炸藥量。
如圖4所示，裝藥時采用定向斷裂的聚能藥巻或不藕合裝藥結構實施預裂爆破，在靠 近巖巷周邊形成預裂縫，采用聚能藥巻爆破時的炸藥單耗取較大值。聚能藥巻是具有控制
炸藥爆轟能量釋放方向的裝藥結構；不藕合裝藥指預裂炮孔裝藥采用預留空氣柱或藥徑比
炮孔直徑小的裝藥結構。
對于孔深5000以上的定向爆破，周邊預裂炮孔最好采用聚能藥巻實施定向斷裂爆破； 對于人工裝藥，預裂炮孔采用不藕合裝藥實施預裂爆破，預裂炮孔間距為300
800咖；
對于采用井下裝藥機的深孔爆破，周邊預裂炮孔采用聚能藥巻爆破，預裂炮孔間距為
600 1200mm。預裂炮孔距巖巷輪廓的距離為400 600mm。 松動爆破的方式有多種，可以根據需要進行選擇。
在布置松動炮孔時，可以布置深松動炮孔和淺松動炮孔，每間隔一個或多個深松動炮 孔可布置一個淺松動炮孔，所述淺松動炮孔的炮孔深度小于等于深松動炮孔深度的二分之 一；也可以只布置深松動炮孔，每間隔一個或多個深松動炮孔可布置一個導向孔；也可以 同時布置深松動炮孔、淺松動炮孔和導向孔，相互間隔布置。
在需掘進的巷道巖石上布置多個松動炮孔，根據巖性在工作面布置多個或少量導向 孔，較破碎巖石也可以不布置導向孔。松動炮孔內根據松動爆破設計裝入適量炸藥，采用 松動爆破將巖石破碎，盡量避免巖石拋擲，導向孔不裝炸藥。
松動炮孔間距為800mm 2000mm，松動炮孔距預裂炮孔距離700mm 1200mm。具體尺寸 依據巖性軟硬和破碎程度確定，較破碎巖石的炮孔間距取大值。松動炮孔內炸藥單耗為 0.30 1.00kg/m3，具體藥量依據巖性和斷面大小確定，較破碎巖石的炸藥單耗取小值。
如圖5所示，根據巖巷深孔松動爆破的特點，可以分為三種實施方案①深孔連續裝 藥與淺孔聯合爆破方案；②深孔局部連續裝藥爆破方案；③深孔局部連續裝藥與淺孔聯合 爆破方案。其中淺孔裝藥的方式，也可以采用連續裝藥或間斷裝藥的方式。 一般在深孔松 動爆破時可采用相同炮孔深度或深、淺松動炮孔相結合布置。深、淺松動炮孔的淺松動炮 孔的炮孔深度為小于等于深松動炮孔的二分之一，可間隔l個或多個以上深松動炮孔。
定向爆破與松動爆破是在嚴格控制藥量的情況下進行，盡量避免形成巖石拋擲爆破。 可以降低煙塵和有害氣體，改善作業環境，實行就地爆破，設備不撤離工作地點，避免爆 破停止作業影響連續化掘進。
以上預裂炮孔及松動炮孔的直徑一般為為30 100mm，孔深一般為1000 20000mm。其
中，
在松動爆破中，炮孔深度1000 2500mm為中深孔松動爆破，可采用氣腿式鑿巖機，炮 孔直徑最好為30 45mm;
炮孔深度2500 20000mm為深孔松動爆破，炮孔的直徑最好為40 60ram。
其中，炮孔深度5000 20000mm為超深孔松動爆破，采用風動或液壓深孔鉆機鉆孔，炮孔的直徑最好為40 100mm,裝藥最好采用裝藥機裝藥。
以上的定向爆破和松動爆破根據需要可以分次進行；也可以同步進行，起爆時順序起 爆，預裂炮孔先于松動炮孔起爆，即同步鉆眼、同步裝藥，起爆時利用延期雷管的時間 差，順序起爆。
松動爆破完成后，就可以采用掘進機開挖巷道松動的巖石。所述的掘進機包括升降 臂，升降臂的前端設有切割頭，切割頭可切割巖石，所述的升降臂可上下、左右擺動，帶 動且割頭以任意的軌跡運動。
巖巷掘進機技術和設備選型無特殊要求，可以采用部分斷面懸臂式掘進機，工作原理 基本相同，液壓、電控、裝運、行走方式大同小異，切割方式有縱軸切割和橫軸切割2種。 通過升降臂上下、水平擺動，配合切割頭旋轉，最好呈"S"形運動軌跡，完成一個斷面的 切割，能切割任意形狀的巷道斷面。
巖巷掘進機作業線主要由主機與后配套設備組成，實現集約化功能，進一步發揮其效 能，提高勞動生產率。主機把巖石切割破落下來，轉運機構把破碎的肝石轉運至機器尾 部，由后配套轉載機、運輸機、梭車、礦車或皮帶運輸機運走。巖巷掘進機的切割臂可以 上下、左右自由擺動，切割出的表面精確、平整，便于支護。履帶式行走機構使機器調動 靈活，便于轉彎、爬坡，對復雜地質條件適應性強。
對于后路矸石運輸困難的礦井，可在井下建立矸石倉，將矸石暫時貯存在矸石倉中。
本發明結合鉆爆法和掘進機掘進法的優點，采用控制爆破技術和巖巷掘進機，基本實 現連續化巖巷掘進，比目前鉆爆法、掘進機掘進法的掘進速度均提高2倍以上，正常月掘進 速度在200米以上。且提高了巷道質量，采用巷道周邊定向控制爆破技術和巖巷掘進機掘 進，巷道周邊成型好，巷道的不平整度小，減少通風阻力。
另外，定向爆破、松動控制爆破技術極大減少了爆破對圍巖的破壞，降低了巷道圍巖 的支護難度和支護成本。且大大減少了有害氣體和粉塵的影響，極大地降低了工人的勞動 強度，改善了作業環境，保障了工人的身體健康。
采用松動控制爆破技術為巖巷掘進機掘進中硬以上巖石提供了技術保證，解決了掘進 機在中硬巖石掘進時，能耗增大、截齒損耗嚴重、效率低的問題。
尤其適用于斜井和巖石平巷，適用于各種巖石巷道斷面、各種支護方式。
控制爆破的一個具體實施例，如圖2所示，炮孔深度一致，無導向孔，深孔局部連續 裝藥爆破方案，包括內容
(1)炮孔深度松動爆破的炮孔深度2000 20000mm。
(2) 炮孔間距人工裝藥，預裂炮孔采用不藕合裝藥實施預裂爆破，預裂炮孔間距
為500 800mra;對于采用井下裝藥機的深孔預裂爆破，周邊預裂炮孔可以采用聚能藥巻實 施定向斷裂爆破，預裂炮孔間距為700 1200mm。預裂炮孔距巖巷輪廓為400 600mm。 松動炮孔間距為800mm 2000mm，松動炮孔距預裂炮孔距離700mm 1200mm。
(3) 裝藥量預裂炮孔內炸藥單耗為0.60 1.20kg/m3，聚能藥巻爆破的炸藥單耗取 較大值。松動炮孔內炸藥單耗為0.30 1.00kg/m3,具體藥量依據巖性和斷面大小確定，較 破碎巖石的炸藥單耗取小值。
(4) 裝藥結構人工裝藥，預裂炮孔采用不藕合裝藥實施預裂爆破；對于采用井下 裝藥機的深孔定向爆破，周邊預裂炮孔采用聚能藥巻裝藥結構實施定向斷裂爆破。預裂炮 孔及松動炮孔沿炮孔深度軸向布置多個藥巻組，每個藥巻組布置一個雷管起爆，或采用導 爆索連接軸向不同位置的裝藥。在保證孔口范圍巖石松動的要求下盡量減少孔頂位置段藥 巻組的裝藥量。
(5) 炸藥和雷管選擇各種類的炸藥依據巖巷條件確定。雷管選用甜電雷管，雷管
腳線長度比視炮孔深度確定，單孔使用多個1 3段雷管，孔底部使用低段雷管，依據藥巻 組數而定，每組藥巻一個雷管。
(6) 起爆方式藥巻組采用反向起爆(孔底先起爆)或正向起爆(孔頂先起爆)，
在允許采用反向起爆的礦井盡量采用反向起爆。
(7) 堵塞方法每組炸藥巻之間必須密接嚴實，外口封填長度不小于0.4m的水炮 泥，水炮泥外用粘土炮泥填滿搗實，并保證粘土炮泥的封堵長度不小于600ram。
(8) 巖巷掘進機作業線使用適合巖石特點的掘進機，主要由主機與后配套設備組 成，實現集約化功能，進一步發揮其效能，提高勞動生產率。對于后路矸石運輸困難的礦 井，可在井下建立矸石倉，將矸石暫時貯存在矸石倉中。
另一個具體實施例，如圖3所示，深松動炮孔與淺松動炮孔間隔布置，深松動炮孔局
部連續裝藥與淺松動炮孔聯合爆破方案，無導向孔，包括主要內容
(1) 炮孔深度深松動炮孔的深度10000mm;淺松動炮孔的深度2000mm。
(2) 炮孔間距人工裝藥，預裂炮孔采用不藕合裝藥實施預裂爆破，預裂炮孔間距 為50(T800mm;對于采用井下裝藥機的深孔預裂爆破，周邊預裂炮孔采用聚能藥巻實施定向 斷裂爆破，預裂炮孔間距為700 1200mra。預裂炮孔距巖巷輪廓為400 600mm。
松動炮孔間距為1000mm 1500mm，松動炮孔距預裂炮孔距離700mm 1200mm。
(3) 裝藥量預裂炮孔內炸藥單耗為0.50 1.20kg/m3，聚能藥巻爆破的炸藥單耗取 較大值。深松動炮孔內炸藥單耗為0.30 1.00kg/mN淺松動炮孔內炸藥單耗為0.30 0.70kg/m3，具體藥量依據巖性和斷面大小確定，較破碎巖石的炸藥單耗取小值。
深松動炮孔裝藥長度為深松動炮孔長二分之一。淺松動炮孔裝藥長度為淺松動炮孔長 三分之一，分為兩個藥包組。
(4) 裝藥結構人工裝藥，預裂炮孔采用不藕合裝藥實施預裂爆破；對于采用井下 裝藥機的深孔定向爆破，周邊預裂炮孔采用聚能藥巻裝藥結構實施定向斷裂爆破。
深松動炮孔沿炮孔深度軸向采用連續裝藥，布置一個雷管起爆。淺松動炮孔裝藥采用 不連續裝藥，在保證孔口范圍巖石松動的要求下盡量減少孔頂位置段藥巻組的裝藥量。
(5) 炸藥和雷管選擇各種類的炸藥依據巖巷條件確定。雷管選用8#電雷管，雷管 腳線長度視炮孔深度確定。
(6) 起爆方式采用反向起爆或正向起爆，在允許采用反向起爆的礦井盡量采用反 向起爆。
(7) 堵塞方法每組炸藥巻之間必須密接嚴實，外口封填長度不小于0.4m的水炮 泥，水炮泥外靠近孔口用粘土炮泥填滿搗實，并保證深松動炮孔粘土炮泥的封堵長度不小 于800mm、淺松動炮孔粘土炮泥的封堵長度不小于600mm。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都 應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種巖巷掘進方法，其特征在于，包括步驟A、采用定向爆破技術，首先在靠近巖巷周邊部位布置多個預裂炮孔及導向孔，然后向預裂炮孔內裝入適量炸藥，進行定向爆破，形成預裂縫；B、采用松動爆破技術，首先在巖巷的巖石工作面上布置多個松動炮孔，然后根據巖石特性，向松動炮孔內裝入適量炸藥，進行松動爆破將預裂縫內的巖石破碎；C、采用掘進機開挖巷道的松動巖石。
2、 根據權利要求l所述的巖巷掘進方法，其特征在于，所述的步驟A中，所述預裂炮 孔之間的間距為300mm 1000mm,每間隔一個或多個預裂炮孔可布置一個導向孔；預裂炮孔內炸藥單耗為0.60 1.20kg/m3，所述炸藥單耗指單位體積的巖石需要的炸
3、根據權利要求l所述的巖巷掘進方法，其特征在于，所述的步驟B中，所述松動炮 孔間的間距為800mm 2000mm，所述松動炮孔距預裂炮孔的距離為700mm 1200mm;松動炮 孔內炸藥單耗為O. 30 1. 00kg/m3。
4、 根據權利要求3所述的巖巷掘進方法，其特征在于，所述的松動炮孔包括深松動炮 孔和淺松動炮孔，且每間隔一個或多個深松動炮孔布置一個淺松動炮孔和/或導向孔，所述 淺松動炮孔的炮孔深度小于等于深松動炮孔深度的二分之一。
5、 根據權利要求4所述的巖巷掘進方法，其特征在于，所述松動炮孔的裝藥方式為 深松動炮孔局部連續裝藥；或者，深松動炮孔連續裝藥，且淺松動炮孔間斷裝藥；或者， 深松動炮孔局部連續裝藥，且淺松動炮孔間斷裝藥；或者， 深松動炮孔局部連續裝藥，且淺松動炮孔連續裝藥。
6、 根據權利要求1至5任一項所述的巖巷掘進方法，其特征在于，所述的預裂炮孔和/ 或松動炮孔的直徑為30 100mm，孔深為1000 20000ram。
7、 根據權利要求6所述的巖巷掘進方法，其特征在于，所述的松動炮孔的直徑為30 45mm，孔深為1000 2500mm。
8、 根據權利要求6所述的巖巷掘進方法，其特征在于，所述的松動炮孔的直徑為40 100mm，孔深為2500 20000ram。
9、 根據權利要求1至5任一項所述的巖巷掘進方法，其特征在于，所述步驤A與步驟B 同步進行，起爆時順序起爆，且預裂炮孔先于松動炮孔起爆。
10、 根據權利要求l所述的巖巷掘進方法，其特征在于，所述的步驟C中，所述的掘進 機包括升降臂，升降臂的前端設有切割頭，切割頭可切割巖石，所述的升降臂可上下、左 右擺動，帶動且割頭以任意的軌跡運動。
全文摘要
本發明公開了一種巖巷掘進方法，首先采用定向爆破技術，在靠近巖巷周邊位置進行爆破形成預裂縫。然后采用松動爆破技術，對預裂縫內的巖石進行破碎，定向爆破與松動爆破可以分步進行，也可以同步進行、順序起爆，定向爆破先于松動爆破起爆。最后采用巖巷掘進機開挖已破碎的巖石。采用掘進機掘進與控制爆破相結合，大大減小了對圍巖的破壞、增加了安全性，并且提高了掘進速度、降低了成本，是一種高效、安全、成本低、作業環境好、勞動強度低的巖巷掘進方法。適用于對各種巖巷進行掘進，尤其適用于具有較高硬度的巖石巷道的掘進。
文檔編號E21C41/22GK101191416SQ200610144110
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月27日 優先權日2006年11月27日
發明者清 李, 楊仁樹 申請人:楊仁樹