非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法适用范围

《非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法》适用于非煤矿山建设，生产过程中利用凿岩台车进行开拓、采准、切割等平巷掘进施工。

非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法工艺原理

《非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法》的工艺原理叙述如下：

• 判定作业面可爆性原理

1.判定作业面岩体的完整性

根据《工程岩体分级标准》GB 50218-94，工程岩体的完整程度划分见表1和表2。

对于表1中完整和较完整的作业面，该工法称之为作业面完整；对于表1中较破碎和破碎的作业面，该工法称之为作业面破碎。

2.判定作业面岩石的坚硬程度

将凿岩台车的轴推力设置为7.5兆帕，以孔深3.5米为例，如果每孔的纯凿岩时间大于等于140秒，该岩石属“硬岩”；如果每孔纯凿岩时间小于140秒，该岩石属“软岩”。

3.确定作业面的可爆性

如果作业面完整，同时岩石属“硬岩”，那么该作业面属难爆作业面；否则，该作业面属易爆作业面。

• 倒三角掏槽原理

1.选择掏槽空孔数量

凿岩台车的钻孔深度为3~3.5米，根据表3，择2个空孔和3个空孔理论上均可。两大空孔掏槽方式见图1和图2。

将图1与图2比较，倒三角掏槽的补偿系数优于两大空孔掏槽。

另外掏槽方式中还有四空孔掏槽：一方面四空孔掏槽的补偿系数小于倒三角掏槽；另一方面四空孔多了一个大空孔，使凿岩时间变长，增加钻头的磨损，而且装药孔和四空孔之间容易发生穿孔现象。

综上所述，掏槽空孔的最佳数量为3个。

2.确定1段装药孔孔距

凿岩台车平巷掘进中空孔的直径为90毫米，装药孔的直径为48毫米。如图3所示，取1段装药孔与空孔的孔距为141毫米。

3.确定1段装药孔的位置

传统的三空孔掏槽方式中，1段装药孔位于三个空孔三角形外面，补偿系数小。而倒三角掏槽将1段装药孔移到三角形的内部，一方面空孔补偿系数大，另一方面爆破的力量从内向外掏槽效果非常好。

• 巷道成型爆破原理

围岩完整的作业面应用光面爆破技术，对于围岩破碎的作业面应用预裂爆破技术。

1.光面爆破技术

光面爆破效果取决于两方面：一方面是炮孔密集系数米，另一方面是爆炸能量。光面爆破要求炮孔间距小于抵抗线，即m<1，使应力波在两相邻炮孔间的传播距离小于应力波至临空面的传播距离，可使反射拉伸波从最小抵抗线方向折回之前造成贯穿裂缝，隔断反射拉伸波向围岩传播的可能，减少围岩破坏。该工法采用的密集系数m=0.75~0.90，效果较好。

减小药包直径，减少装药量，采用低密度和低爆速的炸药，以便控制炸药爆炸能量及其作用，降低爆炸冲击波的峰值压力，削弱它在岩石中引起的应力波强度，避免在炮孔周围产生压碎区，而使爆破作用集中到需要爆落的一侧岩石上，减弱对原岩体的破坏作用。该工法采用中32毫米小直径药卷，空气间隔装药。

2.预裂爆破技术

预裂爆破首先起爆周边眼，在其他炮眼未爆破之前先沿着开挖轮廓线预裂爆破出一条用以反射爆破地震应力波的裂缝。由于这个预裂面的存在，对后爆的掏槽眼、辅助眼的爆轰波能起反射和缓冲作用，减轻爆轰波对围岩的破坏影响，保持岩体的完整性，使爆破后的开挖面整齐规则。与光面爆破相比，可适当增大装药量。

非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法施工工艺

《非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法》的施工工艺流程及操作要点叙述如下：

• 工艺流程

工艺流程见图4。

• 操作要点

一、测量放线

在凿岩台车平巷掘进过程中，测量放线起着重要的作用。在工程开工之前，首先要校验导线点：测量人员用全站仪采用测回法观测，一个测回，一次对中，长度测量差不得大于边长的1/3000，导线最大相对闭合差不超过13000。导线点校验后，巷道开口和中心线用经纬仪标定，巷道腰线用水准仪标定。巷道每掘进10米，测量人员标定一次巷道中心线和腰线。

二、清理作业面

凿岩台车进入作业面之前，施工人员首先检撬顶板，确认安全后凿岩台车方可进入。凿岩台车进入后，首先用水清洗作业面，然后将作业面的浮碴清理，之后施工人员利用三角耙将岩碴耙走。经过清理作业面，施工人员可画孔位，凿岩台车可安全快捷、准确无误地钻孔。

三、在作业面上画孔位

作业面炮孔类型分三种：掏槽孔、辅助孔和周边孔。在这三种炮孔中，掏槽孔和周边孔尤为重要，前者决定进尺，后者决定巷道成型。所以，在凿岩台车钻孔前，必须将掏槽孔和周边孔的孔位按照爆破设计点到作业面上。而辅助孔不需点到作业面上，由台车工自己负责布置，这样既不影响爆破效果，又可节省时间，提高施工效率。

四、判定作业面的可爆性

根据表1和表2，施工人员首先判定作业面的完整性。然后凿岩台车施工掏槽孔的三个空孔（空孔包括小孔施工和扩孔，在此只是完成小孔施工）和1段装药孔。通过这4个孔的施工，施工人员获得每孔纯凿岩的平均时间t，如果t≥140秒，该岩石属“硬岩”，否则属“软岩”。如果作业面完整，岩石属“硬岩”，那么该作业面难爆，否则该作业面易爆。

五、钻孔

1.炮孔深度：合理的炮孔深度有助于提高掘进速度和炮眼利用率，截至2009年，普遍存在加大孔深以减少作业循环次数的趋势。掏槽孔、辅助孔和周边孔的孔深相同，均为3.5米。该工法没有将掏槽孔设计超深，在所有炮孔孔深相同的情况下，爆破后作业面平整，方便下一次凿岩台车钻孔。

2.炮孔角度：掏槽孔和辅助孔均平行于巷道中心线并保持水平；顶眼向上倾斜2°，腰眼向外倾斜2°，底眼向下倾斜3°

3.钻孔顺序：钻孔顺序是按照炮孔的重要性制定的。首先钻掏槽孔，之后是周边孔，最后钻辅助孔。

4.炮孔布置图：巷道断面以4.2米×3.7米为例，难爆作业面炮孔布置见图5，易爆作业面炮孔布置见图6，图中1~7为钻孔顺序。

六、装药

1.装药系数（表4）

2.炸药选择（表5）

注：对于难爆作业面和易爆作业面炸药选择相同；水胶炸药可用乳化炸药代替。

3.装药方式（表6）

注：孔口采用炮泥填塞，如果没有炮泥，可利用纸壳用水浸湿后填塞。

光面爆破和预裂爆破需将小药卷炸药、导爆索绑扎在竹竿上，竹竿长度3.5米，直径不超过10毫米，竹竿提前在地面加工好。

七、连线、起爆

1.连线：将作业面所有炮孔内的塑料导爆管分成两组，左面一组，右面一组，每组在孔外再连接2发0段的塑料导爆管，这样确保每发导爆管引爆的雷管数不超过20个。最后将4发0段的塑料导爆管与起爆雷管连接。在此过程中，起爆用的雷管与导爆管捆扎端的端头距离不小于15厘米，并用胶布将雷管与导爆管均匀捆扎牢固。

2.起爆：使用导爆管击发器引爆0段导爆管，0段导爆管引爆孔内的导爆管，孔内导爆管引爆炸药。

八、通风

爆破后，开动11千瓦的轴流风机进行压入式局部通风，结合主扇通风使炮烟尽快消散。

九、出碴

经通风吹散炮烟、等待时间超过15分钟，检查确认井下空气合格后，使用Toro301D出碴。

• 施工组织

采用连续工作制，每天3班，每班8小时。

施工人员（1个机组）：凿岩台车每台班4个人，其中1个操作工、2个爆破工、1个辅助工。铲车每台班1个司机。操作工和辅助工负责清理作业面、钻孔；爆破工负责领药、装药、爆破。

施工设备（1个机组）：1台凿岩台车配1台Toro301D铲运机。凿岩台车和铲运机每月保养时间为2天。考虑设备故障及其他原因，每台设备每月实际工作天数不低于24天。

对于独头作业面：每班确保1炮，并在当班完成出碴，每月掘进不少于200米。

对于多作业面：凿岩台车完成2炮掘进，铲车完成2个作业面的出碴，每月掘进不少于400米。

《非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法》所用的材料及设备明细如下：

• 主要施工材料

主要施工材料见表7。

主要施工设备

主要施工设备见表8。

参考资料：

《非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法》的工法特点是：

1.观察作业面完整情况、用凿岩台车每孔纯凿岩时间判定围岩的坚硬程度，从而判定该作业面属难爆还是易爆，该方法简单且操作性强，利于工人掌握。

2.针对难爆岩石炮效低的问题，应用了创新的倒三角掏槽方法，既利于工人操作又提高了炮孔利用率，可大大缩短工期。

3.针对围岩完整的作业面，应用了光面爆破技术；针对围岩破碎巷道成型难的作业面，应用了预裂爆破技术。降低了爆破对巷道围岩的破坏，减少了超挖量，降低了支护等级，节约了施工成本。

随着采矿业的发展和施工技术的不断提高，凿岩台车越来越多地应用于地下矿山的平巷掘进中。但截至2009年凿岩台车在地下矿山的应用情况并不理想，主要表现在凿岩台车的单循环进尺小，炮孔利用率只有75%-85%，严重影响了凿岩台车效率的发挥。

《非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法》的质量控制要求如下：

• 质量标准

凿岩台车平巷掘进的施工及验收执行《矿山井巷工程施工及验收规范》GBJ 213-90，其允许偏差按表9执行。

• 保证措施

1.建立该项目工程质量责任制，在公司技术质量部指导下负责各项质量管理工作。

2.严格执行设计标准和该工程招标文件所规定的施工技术标准，确保施工图设计、施工组织设计的有效实施。

3.定期召开施工调度、质量分析会议，负责质量整改措施和纠正措施的实施，抓好施工过程控制，使施工质量在受控状态下进行。

4.巷道拱部、墙部控制爆破的炮孔严格按照设计布置，并用油漆画点；药卷与导爆索、竹竿绑扎牢固，间隔装药，药卷均匀分布。

《非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法》的效益分析是：

1.该公司通过对掘进掏槽技术和控制爆破技术的理论研究和现场试验，成功地采用了创新的倒三角掏槽技术，解决了难爆作业面的掏槽进尺小、破碎工作面成型差的技术难题。

2.由于提高了炮孔利用率以及精心组织施工，单机组独头掘进月进尺不少于200米，单机组多作业面掘进月进尺不少于400米，使凿岩台车的效率得到了充分发挥，掘进台效提高20%以上。

3.通过判定作业面的可爆性，不仅提高了掘进效率，而且降低了单位掘进量的炸药消耗和设备、材料的损耗；通过应用控制爆破技术，减少了超挖量，降低了支护工作量；由于施工效率的提高，减少了凿岩台车和人员的投入，从而降低了施工成本。

4.2001年11月，谦比西项目部创造单机平巷掘进每月447.1米的成绩。

5.单位运用此工法的工程实例，仅就为建设单位早日投产的经济效益计算，已创造综合经济效益1000余万元，若计算该单位的设备、材料、人工成本的节约，创造的经济效益已达2000余万元。

注：施工费用以2009-2010年施工材料价格计算

采用《非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

1.坚决贯彻“安全第一，预防为主”的方针，以防为主，防管结合，专职管理和群众管理相结合，做到精心组织、文明施工，杜绝死亡、重伤和一级非伤亡事故。

2.公司总经理是安全管理的最高管理者，生产副总经理作为最高管理者代表，部署项目部安全管理工作和任命安全管理专职人员。

3.项目部建立了完善的施工安全保证体系，明确了各级人员的安全责任。

4.贯彻落实安全生产、安全例会等规章制度，做好技术交底，详细安全操作规程，加强三级安全教育。

5.爆破员持证上岗。

6.根据《矿山安全标志》GB 14161-2008，施工现场设立安全警示标识。

7.井下施工严格执行《金属非金属矿山安全规程》GB 16423-2006。

8.当凿岩台车去另一个工作面打眼时，原工作面设置良好的照明。

9.爆破作业与爆炸物品管理严格执行《爆破安全规程》GB 6722-2003。

10.井下工作面所用炸药、雷管应分别存放在加锁的专用爆破器材箱内，每次起爆时将爆破器材箱放置于警戒线以外的安全地点。

11.在危险区边界设置明显标志，派出岗哨，发布“预警信号”、“起爆信号''和“解除警报信号”。

12.优先采用有利于防止职业病和保护劳动者健康安全的新技术、新工艺、新材料，逐步替代危害员工健康安全的技术、工艺、材料及设备设施。

13.为所有员工参加工伤社会保险，为员工缴纳保险费。

14.为及时准确处理施工生产中可能发生的事故和紧急情况，制定事故应急救援预案，建立应急准备与响应网络，并设应急救援领导小组，在急救过程中采取“先人后物”的原则，依次进行。

《非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法》的应用实例如下：

• 实例1：中色建设非洲矿业有限公司赞比亚谦比西铜矿

公司于2001年1月中标承建了“赞比亚谦比西铜矿恢复生产建设——A标段工程”。2001年11月，公司以凿岩台车单机台平巷月掘进447.1米的成绩。该工程于2002年8月竣工。该工程采用凿岩台车掘进施工，应用了易于工人掌握的判断作业面可爆性方法、倒三角掏槽理论和巷道光爆成型技术。

• 实例2：昆钢集团大红山铁矿

公司于2004年1月中标承建了昆钢大红山铁矿III矿体30万吨/年采矿工程的采切工程。2004年5月，在岩石硬度系数14、掘进断面16~21平方米的多工作面平巷掘进中，取得了凿岩台车单机月进尺408.6米的成绩。该工程于2006年12月竣工。该工程采用凿岩台车掘进施工，应用了易于工人掌握的判断作业面可爆性方法、倒三角掏槽理论和巷道光爆成型技术。

• 实例3：首云矿业股份有限公司首云铁矿

首云矿业股份有限公司首云铁矿三标段主回风井及-16米中段开拓工程于2006年10月中标承建，该工程为双轨巷，全长1200米，巷道掘进断面16.28平方米，总工程量19536立方米，设计采用喷射混凝土支护。

该工程采用凿岩台车掘进施工，应用了易于工人掌握的判断作业面可爆性方法、倒三角掏槽理论和巷道光爆成型技术，断面控制成型好。经精心组织，安全、高效地提前完成，比计划工期提前了3个月。

《非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法》的环保措施如下：

1.成立施工现场环境管理领导小组，建立健全环境管理体系。

2.加强教育，让员工自觉形成环保意识，最大限度地减少施工中的粉尘、噪声和环境污染。

3.施工过程中产生的废弃物应及时分类清运，保持清洁。

4.优先选用先进的环保炸药，减少炸药爆炸后产生的有害成分。

5.对重要的环境因素采取控制措施，措施落实到人，保证施工现场的良好氛围。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《非煤矿山凿台车平巷快速掘进施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B

采用联合掘进机连续破碎岩石和出碴，一次形成巷道的机械化平巷特殊法掘进作业。与钻爆法相比较，平巷掘进机掘进的优点是：作业过程连续进行，掘进速度快，机械化程度高，劳动强度低，对围岩破坏小，安全性高，周壁光滑，不超挖、欠挖、巷道质量好。其缺点是： 机体庞大，掘进成本高，适应性差，不能掘弯道，仅用于软土地层和中硬岩层的掘进。

平巷掘进机械主要用于地下矿山、铁路、公路和水利工程等的平巷掘进工程。平巷掘进机械按掘进工艺方法分为循环掘进式和连续掘进式机械。循环掘进式机械经钻孔、爆破、出碴、支护等工序多次循环完成巷道掘进，各工序使用不同的机械。钻孔使用掘进钻车、钻装车;爆破使用装药器和装药车;出碴使用铲斗装载机、蟹爪装载机、立爪装载机、耙斗装载机、铲插装载机、振动装载机和地下铲运机、车箱式装运机、储槽振动装运机;支护使用松石撬落机、架棚机、锚杆钻装车、锚索钻装车、混凝土喷射机、混凝土浇灌机、旋喷注浆机，以及管线架设机等。连续掘进式机械可同时进行破岩、出碴和支护作业，连续钻进成巷，称为平巷钻进机。连续掘进式机械按破岩方式分为分断面式和全断面式的。分断面式机械主要有截盘式、悬臂式、摆轮式和冲击式四种。全断面式机械主要有支撑式和盾构式两种。

总的发展趋势是： 循环作业平巷掘进机械规格微型化和大型化，多功能化和自动化。连续作业平巷钻进机小型化，提高对岩层的适应性，扩大应用范围。

平巷特殊法掘进是指在软弱、破碎、膨胀性或富含水的岩(土)层中掘进巷道，为提高翻进机械化程度、安全性和工程质量所采用的各种特殊的平巷掘进方法。主要包括注浆法、平巷质构法掘进、平巷掘进机掘进和新奥法掘进等。它有别于传统的凿岩爆破施工方法，这些方法各有特点，各有不同的适用性 。

平巷掘进机掘进最早出现于19世纪50年代。限于当时的技术水平，难以解决切削刀具和驱动力等问题，所以一个世纪内平巷掘进机停滞不前，未推广应用。20世纪30年代，苏联、美国开始致力于联合掘进机的研制工作。60年代中期，中国开始研制和应用平巷掘进机，先后设计制造了十多种掘进机，钻进直径为2.5～5.5m，并创造了月掘进250m（钻进直径为2.6m、岩石抗压强度为121～246MPa）和日掘进20m（钻进直径为3.5m、岩石抗压强度为116.8MPa）的纪录。但在刃具材质、元件性能、机械结构和加工工艺、掘进定向、出碴和通风等方面仍存在许多问题，有待解决。