地下矿山井巷掘进新技术的探讨.pdf

现阶段,地下矿山工程掘进的爆破技术和配套施工设备的技术水平有了大幅度的快速提高,能够及时、有效、准确地提高矿山工程和采矿作业的机械强度,更好、更快、更准确地促进企业的经济效益和行业的长期健康稳定发展,发挥了非常重要的作用。但由于不同爆破技术的安全要求不同,搞好爆破技术的研究,可提高巷道掘进工程的施工水平,有效降低采矿成本。文章对地下矿山工程开挖爆破技术、掘进自动化技术和巷道支护新技术进行了分析,探析井巷掘进新技术的实际应用和发展趋势。关键词:地下矿山;井巷掘进;地下爆破新技术;掘进自动化中图分类号:TD235文献标识码:B文章编号:1004-2660(2023)03-0013-04Discussion on New Technology of Underground Mine Workings ExcavationXIAO Guangbo(Puan County Emergency Management Bureau,Qianxinan Guizhou 561500,China)Abstract:At present,the technical level of blasting technology and supporting construction equipment for un-derground mine tunneling has been greatly and rapidly improved,which can improve the mechanical strength of mine engineering and mining operations in a timely,effective and accurate manner,better,faster and more ac-curately promote the economic benefits of enterprises and the long-term healthy and stable development of the in-dustry,and play a very important role.However,due to the different safety requirements of different blasting technologies,research on blasting technology can improve the construction level of roadway excavation engineer-ing and effectively reduce mining costs.This paper analyzes the excavation blasting technology,tunneling auto-mation technology and new roadway support technology in underground mine engineering,and explores the prac-tical application and development trend of new workings excavation technology.Keywords:Underground mine;Workings excavation;New technology of underground blasting;Tunneling au-tomation0 引 言随着国家能源建设及采矿事业的迅速发展,有关部门对采矿企业的环保与安全提出了更高的要求。地下开采是把矿石从地壳中开采出来,然后运到一定的处理场所。在地下矿山中,由于竖井与巷道的开挖,形成了矿山作业区域的基坑、安全装置、运输通道及辅助设施等。为了保证基坑工程的高效性和高效性,在竖井、隧道等工程中普遍采用了爆破技术。目前,国内采矿行业所使用的排间微差爆破等常规爆破技术虽有较大的发展与完善,但其施工安全隐患较大,且具有不可预知性与不完全性。所以,对地下矿山的安全爆破技术进行深入的研究与研究,对于地下矿山的安全生产有着十分重要的意义。1 岩巷掘进的爆破机理井巷开挖爆破方案的总目标原则是在安全条有色金属设计第 50 卷件下保证岩体的高质量爆破。爆炸后有助于提高装岩机的铲装效率。为了保证开挖爆破的安全,需要合理布置爆破孔,合理设计爆破参数。在地下井巷的开挖爆破中,由于工作面自由面上的空间太少,工作空间相对狭窄,常常利用周围裸露的地下岩体进行爆破。工作面围岩上预先布置的开挖炮孔,按工作面爆破时间可分为 3个层次:掏槽孔层次、辅助掘进孔层次、井巷及其周边辅助坑道层次。在开挖的工作面上 100 1 500 mm 高度设置少量爆破孔(眼),即掏槽孔,爆破后在工作面上形成缺口。切口中码孔的孔切(眼切)按布局分为 2 类,即单斜孔切和单直斜孔切。斜眼切割样式还包括单直斜眼切割、锥形斜眼切割、楔形斜眼切割和扇形斜眼切割。直孔掏槽爆破的基本形式有裂(缝)孔掏槽、角孔圆柱(柱)孔掏槽和螺旋掏槽。在实际的井下掘进巷道支护和井下掘进工作面爆破及支护爆破的技术设计中,应注意在施工和管理的技术管理中所采用的一些具体的工程可行性,能够完全满足实际工程地质条件和环境的要求,并应选择科学、先进、经济、合理的钻孔支护和掏槽支护爆破方法,以保证技术的可行性及经济的合理性。光面爆破法是一种新型的地下开挖爆破方法,广泛应用于地下井巷、坑道、隧道的超挖控制。光面爆破的特点是工作面平整,最终形成最大的光面爆破。2 爆破施工超挖的原因结合以往的施工爆破经验,对工程现场施工中的各种围岩特性进行了详细深入的对比分析,找出了爆破现场施工中岩体超挖的具体原因:岩层拉伸破坏导致的超挖。需要根据整个施工现场地下围岩的特点进行全面、细致、准确的调查和分析。每个岩层都有分层的特点,上下岩层的强度和整体岩石结构都不一样。爆破会产生较大的动态荷载循环,对岩体施加荷载,导致内部结构过度开挖;如果开挖工程的围岩中,2 个高强度岩层之间存在软弱基岩,软弱围岩与强岩层的边界会发生坍塌,也会造成严重的超挖问题。它以高阻抗在岩体中传播,并包括在岩体结合部透射和反射的压缩波。在拉应力作用下,法向拉应力较弱的岩体结构也会沿平面形成溶洞,造成超挖;如果爆破时岩石中有裂缝,即岩石中有大的结构面,当结构面穿过爆破孔时,结构面将受到半静态影响,在压力爆破过程中,由于爆破产生的应力波的反射和拉伸,结构面会沿着软弱面发生坍塌。3 矿山工程掘进爆破的安全技术3.1 提高施工精度通过理论分析和施工实践可以发现,提高施工精度可提高巷道掘进中光面爆破的施工质量。在开挖过程中,需要用爆破方法控制巷道开挖的精度。在施工过程中,必须将钻孔偏差控制在要求范围内,巷道轮廓形状误差控制在 515 cm 范围内用爆破技术控制开挖。根据对工程岩体特征的分析,合理的孔径设计可以大大降低孔壁在无粘结方向上受到的冲击波,减少爆炸的能量损失,同时使裂缝在爆破作用下迅速扩展。此外,为了从爆破技术角度控制轮廓,应根据围岩密度系数合理选择和控制炮孔与围岩的距离,以保证轮廓相对规则。3.2 参数控制3.2.1 枪眼直径炮孔直径对整个爆破效果有最直接、最重要的影响。如果一次爆破中的孔腔直径较大,爆破载荷的直径也会相应增大,自然会使整个爆破能量更加集中,爆破工程的整体爆破进度效果和安全稳定效果也会相应提高。如果主炮的孔径过大,可能会显著降低钻孔速度和钻孔数量。根据凿岩设备和炸药的特点以及开挖的实际情况,进行充分的分析和试验,选择合适的孔径。3.2.2 爆破孔的深度电池孔的深度是指电池孔底部到工作面的垂直深度距离。从一般岩石开挖爆破施工来看,炮眼深度是爆破中一个非常重要的参数,因为它直接影响爆破的各个方面。开挖深度也会对施工进度、爆破效果、所用材料产生很大影响。合理的孔深应控制在巷道规范中最大尺寸的 0.70.8 倍。3.2.3 孔间距在确定岩层特征和巷道断面尺寸的过程中,需要选择合适的炮孔直径和深度、炸药量、每排炮孔数量和装载量。根据巷道岩石性质的具体情况,调整巷道相应方向的钻孔数量、周边钻孔间距要求和荷载参数。一般辅助孔的间距范围为400800 mm,周边辅助孔的间距范围为 500 41肖广波:地下矿山井巷掘进新技术的探讨900 mm,周边辅助孔与巷道轮廓中心的直线距离通常需要尽量控制在 100150 mm 范围内,底孔开口高于巷道底板 100200 mm,底孔低于巷道。对于软岩,周边孔间距需要为 200300 mm,但这个数据并不是一直不变的,需要根据具体情况进行调整。3.2.4 爆破孔的装药掏槽孔装药深度约为孔深的 0.80.9 倍,辅助孔深度约为底孔深度的 0.50.7 倍,底孔深度约为底孔宽度的 0.50.7 倍。矿山渣洞爆破时,每挖一个洞可加 10 000 发子弹。侧孔和顶板孔的孔深为 0.20.3 倍,光面爆破应采用空气间隔装药。实际施工过程需要结合岩体结构和试验爆破参数进行调整。3.2.5 包装长度炮泥是沙、粘土和水的混合物,比例为451。一般情况下,填充长度和孔径需要保持相应的比例,填充长度约为孔径的 1020 倍,填充长度至少为 500 mm。3.2.6 起爆顺序一般来说,掘进工作面的延期爆破设备主要是指利用孔内的一系列延期爆破雷管,按顺序逐步实现延期起爆。实践证明,毫秒延期爆破技术也能获得较好的、持久有效的爆破杀伤效果,比二次延期爆破具有更明显的优势。4 新技术工艺在矿山采掘中的应用现状4.1 掘进自动化技术的应用分析在整个综采自动化生产技术中,关键在于需要更加系统化、高度自动化的数据采集和分析综采工作面参数,并根据采集到的数据进行自动化生产和指令自动修正。因此,在矿山工作面自动化设计过程中,为了优先考虑机械化掘进工作面和巷道支护工程的平行施工,必须在机械化掘进作业中综合计算未来的巷道支护工程量,并按照巷道支护的技术要求进行矿层巷道掘进,为巷道顶板支护留出空间。同时,由于采矿工作面掘进过程中要严格配合,保证矿物运输的安全性和连续性,从而充分保证矿井生产任务的顺利进行,矿山掘进系统自动化系统技术的发展和关键仍在于尽快建立一套较为完善和先进的巷道自动化和控制系统,协调和保证掘进、支护安全和安全运输管理等的有序和有机协调,从而提高矿井整个采矿系统设备的综合运转和高效性。在传统的大型矿山采掘或开采作业中,矿山自动化系统技术应用相对较少,矿层采掘更多地依赖于井下人力的控制。在整个井下作业过程中,系统设备人员几乎没有发生任何事故,安全有效地避免了事故造成的生产损失和由此带来的环境污染,大大提高了产品的高安全性生产和环保性。自动化技术系统包括实时自动监控与指挥系统、中央控制系统、掘进控制系统、自动化设备检测与报警系统、故障综合分析诊断与报警应急指挥系统、环境监测系统、自动化施工作业监控系统、支护自动化系统和掘进工作面安全报警系统等的设计。实现了矿山掘进机械化生产工作面的连续生产和安全自动化生产。4.2 巷道支护新技术的研究与应用4.2.1 巷道棚巷道支护及施工技术虽然这种支撑结构技术多选择各种木结构、混凝土结构、金属材料等。作为隧道支护,其单一的隧道拱棚支护隧道支护结构施工方法无法同时对各种较低、复杂地层隧道结构达到良好、稳定的隧道支护结构效果,且将隧道岩面结构与隧道支护有效连接需要耗费大量的技术人力成本。4.2.2 巷道衬砌板碴巷道支护技术该掘进技术采用加气混凝土砌块作为主要支护材料,可在相对坚固安全的低矿层巷道断面大面积应用。4.2.3 u 型钢支架新技术这项新技术特别适用于大型深井巷道的围岩支护。如果矿井岩石结构破碎或严重破碎,可以选择将 u 型钢支护新技术与锚喷支护技术同时结合,以加强钢材对大型矿山巷道支护和井下工作面掘进的有效支护作用。4.2.4 组合锚杆巷道支护设计技术复合支护锚杆结构用于进一步加强工作面岩层支护结构体系的强度,提高巷道矿层结构对工作面岩层可能的变形破坏能力的预抗和应变控制能力。根据巷道工作面矿层围岩的实际应力变化,合理确定或选择复合支护的锚杆效果,充分发挥联合支护锚杆系统提供的矿层围岩复合支护系统的最大承载能力,防止工作面矿层巷道围岩可能发生的破坏和变形。51有色金属设计第 50 卷4.2.5 联合支护施工技术多种新型复合支护承载结构技术的综合运用,将锚杆系统结构与新型复合支护锚索系统相结合,提高了整体支护技术的综合施工效果,使新型复合锚杆结构技术能够直接有效地维持支护围岩的结构功能和良好、稳定、可靠的稳定结构。锚索系统还通过将复合支护的围岩应力与新型复合支护锚索系统的应力联系起来,显著改善了支护结构和承载结构的应力。4.3 灌浆锚索钻机的一般应用4.3.1 打锚索孔小直径麻花钻杆的风动手持钻、3 mm 钻头等,用来钻孔和打眼。4.3.2 用灌浆机锚索安装定位封孔先用锚索将每节 Z 360 中速树脂药卷推入井底,然后用风钻搅拌。定位 30 min 后,依次密封已预压胀好的软化橡胶管、塑料硬管、托盘、锁,使硬管两端分别只露出洞口 50 mm 和 80 mm部分,并穿过气动张紧器。4.3.3 搅拌制浆按照 11.5 的水灰比配制混合浆料,依次倒入专用的调浆桶中,然后注入最后一个调浆桶进行搅拌,再与浆料所需的适量清水混合。然后立即重新启动砂浆搅拌机,在搅拌砂浆桶的内腔中缓慢加入约 5.5R 的清水水泥浆或约 4.5R 的水泥,同时缓慢逐渐加入到水边,轻轻搅拌,直至均匀;投料至全部水泥的拌合量后,立即按总拌合水泥约 8%的比例依次加入约适量的 ACZ-I 灌浆添加剂,搅拌均匀静置 23 min 后再次搅拌,然后开始自动浇注,完成浆液的最终配制。4.3.4 强制停浆高压管道连接部位检查试验合格,满足确认的使用和安全保护条件之一后,启动高压灌浆泵继续灌浆。如果泵压没有达到本系统设定值要求的最低灌浆泵压上限(8 MPa),用户可以直接选择关闭低压灌浆泵系统,手动结束低压灌浆。5 矿山巷道掘进新技术工艺的未来发展与趋势5.1 矿山工作面掘进设备自动化技术应用与发展的新方向目前,矿山企业更倾向于与矿山不同领域的掘进设备技术进行有效集成,有机整合不同掘进设备的各种功能,应用现代计算机技术、网络信息技术、电气智能控制与检测技术、通信技术和新一代 PLC 电控技术,这可能成为未来世界矿山工作面机械化掘进技术的新发展趋势。利用计算机工作面控制箱和遥控系统,实现机器人对采矿工作面掘进生产全过程的多方位遥控调度和远程智能动态监控,进而完成井下设备工作面的智能自主跟踪定位监控和工作面的自动切割。5.2 掘进技术功能化的发展方向随着矿山掘进与锚杆一体化施工技术的深入发展,矿山掘进多功能一体化施工技术,矿山巷道掘进支护与锚杆掘进支护可以同时实现平行作业。未来可考虑生产设备自动故障检测维护、生产矿山环境自净改造等辅助功能。例如,通过在矿井掘进机中自动安装自动打锚系统、临时自动支护系统、通风除尘系统,提高了矿井掘进机的高效掘进和速度。在矿井掘进机底座的导轨上,还可以同时安装一台梁桥式皮带运输装载机和一台伸缩式皮带运输装载机,解决了传统矿井掘进机后混合机车上的装载机和皮带运输装载机的技术难题,使这一先进的装备技术完全易于实现,可以在各种地形复杂、井下采掘作业环境的井下采矿工作面生产中自由应用和操作。6 结 语为了防止地下采矿施工过程中掘进爆破巷道轮廓断裂,有必要结合工程的具体特点,分析断裂原因并采取相应的改进措施。爆破主要采用软爆破方法。采用不耦合装药方式,降低了炸药对孔壁的破坏,有效提高了爆破效果。此外,巷道掘进施工质量主要是提高施工精度,有效降低周围软岩荷载,合理设置炮孔直径,选择荷载结构,有效调整光面爆破参数,从而提高整体安全性。提高巷道掘进工程的施工水平,普及井巷掘进自动化技术应用,降低采矿成本。参考文献:1刘伟平.地下矿山工程井巷掘进爆破技术探讨J.科技与企业,2012(9):184.2吴迪,国永田.地下矿山工程井巷掘进爆破技术及实施要点分析J.世界有色金属,2018(7):207-208.3欧阳亦渺,陈荣铛,欧阳后热.地下矿山工程井巷掘进爆破技术及实施要点的思考J.中国设备工程,2018(22):153-154.61