专利名称:岩巷掘进的方法
在采矿领域里的岩巷掘进中,大部分矿井使用的掘进法,是钻眼爆破破岩法,钻眼时的深度在3~4米之间,在破岩和支护时,要消耗很多的原材料,如料石、水泥、河沙、坑木等,同时在破岩时破碎的岩块,把已支护好的支架冲倒,这样劳动强度太高。
为节省原材料,进行一项技术改革在全岩石巷道中,把巷道断面设计成一个理想的圆形断面或半圆拱断面巷道(同时方形断面也可例入参考)如在完整的岩系中掘进,巷道免除支护,下面论证这个方案。
1、对矿山岩巷掘进地压理论的论证;2、在全岩巷道中,巷道断面与炮眼布局和深度的探索。
为了达到矿井安全高效,必须考虑矿山地压现象,在矿山地质中,一个值得注意的问题①开采深度;②地质构造应力。由于地壳的运动,地质构造中如断层破碎带、褶曲,坚固系数低的软岩中,存在着构造应力以及弹性能。
在《采煤概论》教材第七章中关于巷道地压的概念、水平巷道中的顶压和侧压的论著,有“新的自然平衡拱”等描述,这是站在巷道被爆后,围岩受到无规则的破坏的角度上进行研究的。通过多方面的观察,在岩石巷道中,有顶压和侧压的原因是巷道被爆后,围岩受到了无规则的破坏。
在炮眼深度3~4米时,由于炮眼方向的问题,巷道围岩的影响圈是相当大的,因此,那些破碎了的岩块把支架压断,而不是整个地质体生产的压力,但是也不能否认地质构造应力的存在,如地质疏散的破碎带、坚固系数低的软岩体中。
因此,在岩巷道掘进中,在过严重的破碎带和软岩体时,必须适当的加以支护。
在岩巷掘进中,围岩破坏了的情况是这样的,请看围岩被破坏特征巷道断面示意图(如图-1)。如果改变一下掘进技术,采用机械破岩,把巷道断面掘成一个圆形,此时巷道围岩没有遭到破坏(如图-2)。在完整的岩系中的巷道断面示意图。那么巷道的“顶压”和“侧压”只有在疏散塑性大的软岩体中,才有可能出现。
下面参照《井巷工程》教材第二章分析一下,在巷道围岩遭到了破坏时的地质构造应力分布情况(如图-3)。在距地表Z米的地质体a、b、c、d中,取考察点M,δθ是考察点M上的环向应力,δr是径向应力,trθ是剪切应力,p作用在围岩上的垂直压力,q作用在围岩上的水平压力,r为考点M距巷道中心径向距离,Ro为巷道半径,θ是考点M的幅角。
当q=p时,考察点M上,剪切应力为零,只存在环向应力δθ和径向应力δr。
当r=Ro时,考察点M上的径向应力为零,只存在环向应力δθ为2p。
在巷道围岩没而遭到破坏的情况下,考察点M移到了周边,并在周边形成了一个δθ=2p环向均匀的应力圈(如图-4)。
在有构造形迹,也就是有构造应力的地区,环向应力δθ=2p只能说明周边应力升高,关键是考察点M上没有径向力。
如果把单元体M移出来分析,则受力图(如图-5)。
它与岩块单向抗压试验相同,一般坚固系数大的岩层其岩块的抗压强度是大的,总的来说,巷道周边只有环向力的存在,如断面采取圆形或半圆拱形,也是一个很好的承载结构。用工程力学的观点,这个圆形断面恰似一桥拱,岩层的自重压力,基本在截面的上半圆,解决了应力分布的问题。
以上理论分析,在完整坚硬的岩系中掘进,其水平巷道和倾斜巷道在围岩没有遭到破坏的前提下,采取圆形断面巷道,免除支护是可以突破的。
二、巷道断面、炮眼布局和深度的探索岩巷掘进中,巷道断面的设计,应合理利用巷道围岩的承载结构,选择圆形或半圆拱形。
在岩巷掘进中,为使巷道围岩不遭破坏,采取机械破岩较为理想,但成本较高,也可采取光面爆破法破岩,在这个基础上再加一项技术改进。如果巷道断面是圆形或半圆拱形,首先在巷道周边也是周围打炮眼若干个,并且巷道周边炮眼不装炸药,目的是制造一条断面是圆形或半圆拱形的裂隙。巷道断面的中间是粉碎区。其炮眼布局的方向和深度等具体的数据,待选定爆破参数而定。这个爆破方法一定具备严格的技术程序。
权利要求
1.巷道围岩不遭破坏;
2.在坚硬的全岩石巷道中,巷道免除支护(疏散的、塑性大的软岩体例外);
3.采取巷道断面为圆形或半圆拱形;
4.在矿山岩巷掘进中,“顶压”和“侧压”的论述。如果巷道围岩不遭破坏,“顶压”和“侧压”的概念是不能成立的,只局限于疏散塑性大的软岩体中,才有可能出现。
5.在巷道周边,也是周围打炮眼若干,且炮眼不装炸药,目的是制造一条断面是圆形或半圆拱形的裂隙。
6.巷道的“顶压”和“侧压”来源于疏散,塑性大的软岩体。
全文摘要
本发明属采矿领域,矿山地压里的一个技术项目,在井巷工程中需要解决的技术难题,是矿山地压。本方法是揭示巷道的“顶压”和“侧压”,来源于疏散的、塑性大的软岩体。其主要技术特征是(1)巷道围岩不遭破坏;(2)在坚硬的全岩石巷道中,巷道免除支护(疏散的、塑性大的软岩体例外);(3)采取巷道断面为圆形或半圆拱形;(4)在巷道周边也是周围打炮眼若干,且炮眼不装炸药。目的是制造一条断面是圆形或半圆拱形的裂隙。具体数据看爆破参数而定。
文档编号E21C41/22GK101063408SQ200610077389
公开日2007年10月31日 申请日期2006年4月29日 优先权日2006年4月29日
发明者梁绍文 申请人:梁绍文