[发明专利]岩巷掘进的方法

说明书

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。