煤矿岩巷爆破参数优化与快速掘进技术研究_李亚伟.docx

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1、 中图分类号： TD236 论文编号： - 学科分类号： 440.30 密 级： t迁 安黴理工大学 硕 士 学 位 论 文 煤矿岩巷爆破参数优化与快速掘进技术研究 作者姓名： _ 李亚伟 专业名称： 建筑与土木工程 研究方向： _ 爆破工程 导师姓名： 雷 成 祥 正 高 工 导师单位： _ 安徽理工大学 答辩委员会主席： 庞建勇教授 论文答辩日期： 2014 年 S 月 22 日 安徽理工大学研究生处 2014 年 5 月 21 日 A Dissertation in Architecture and Civil Engineering Optimization of Blasting P

2、arameters and Research of Rapid Drivage Technology in Coal Mine Rock Roadway Candidate: LiYawei Supervisor: Lei Chengxiang School of Civil Engineering and Architecture Anhui University of Science and Technology No. 168, Shungeng Road, Huainan ,232001,P.R.CHTNA 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学 位论文是本人在导师指导下进行的研究工作

3、及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 安徽理工大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 安徽理工大学 有保留、使用学位论文的 规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 安徽 理工大学 。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 安徽理工大学 可以将学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可

4、以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用 本授权书） 近年来，煤炭开采技术得到迅猛发展，煤矿开采效率有了大幅度提升，但采 掘矛盾在矿井的建设和生产中日益凸显。由于岩巷的施工进度 普遍较慢，严重制 约了矿井的生产发展。提高岩巷的掘进效率，对加快矿井安全高效生产都有着非 常重要的意义。 目前，国内绝大部分岩巷掘进所采用的方法仍是钻眼爆破法。由于岩巷掘进 速度一直停留在较低的水平，使采掘接续紧张。主要存在以下几个方面的问题： 爆破循环进尺低，掏槽方式有待改进；巷道成型较差；劳动组织水平低等，严重 制约着煤矿企业的高效生产。 为了提高岩巷爆破循环进尺和改善爆破

5、效果，提出一种新的掏槽方法一一不 同阶微差掏槽。对原有爆破方案进行优化，采用不同阶微差掏槽和光面爆破技术 相结合。实践证明，不同阶微差爆破与光面爆破技术的结合，可以有效提高岩巷 的施工质量，从而达到快速掘进的目的，其理念归结起来就是 “ 进尺在于掏槽， 成型在于周边 ” 。据统计，优化爆破方案实施后平均炮眼利用率为 93.6%，同等炮 眼深度条件下每茬炮进尺比原来提高了 15.4%。 实现岩巷的快速掘进是一项系统性、综合性很强的技术，要实现巷道掘进的 安全高效，不仅取决于机械设备的现代化程度，还与巷道的打眼、爆破、支护、 出矸及劳动组织等密切相关。本文结合五沟煤矿 1033 机巷的实际情况，从

6、钻眼设 备、施工工艺、施工组织管理和进出货系统等方面对影响 岩巷高效掘进施工的因 素进行了分析和总结，切实有效的推动岩巷快速掘进技术的发展。 图 13 表 6 参 39 关键词：岩巷；钻爆法；不同阶微差掏槽方式；光面爆破；快速掘进 分类号：TD236 摘要 Abstract In recent years, technology of coal mining has been developed rapidly, coal mining efiticiency has been greatly improved, but the conflict of mining and drivaging

7、 in mine construction and production has become increasingly prominent. Due to widespread rock roadway construction progress is slow, severely restrict the development of production of the mine. To improve the efficiency of rock roadway excavation has a very important significance for accelerating t

8、he safe and efficient production of mine. At present, the most rock drivage method is still adopted by drilling and blasting method in the domestic. The rock drivage speed is kept at a low level, which made the mining continuing difficult. It mainly exist the following problems: low blasting dimensi

9、on, cut way needs to be improved; poor shape of roadway; low level of labor organization, etc. These factors severely restricts the efficient production of coal mining enterprises. In order to improve blasting dimension and effect in rock roadway, a new cutting method named different-depth milliseco

10、nd cutting pattern is proposed. The blasting plan has been optimized, using a combination of different depth millisecond cutting blast and smooth blasting. Practices show that using a combination of different depth millisecond cutting blast and smooth blasting can effectively improve the quality of

11、the construction of rock roadway, so as to achieve the purpose of rapid excavation. The idea can be attributed to “penetration lie in cutting, molding lie in the rim”. According to the statistics， the average utilization rate of shothole was 93.6%? The depth of same shothole than the original increa

12、sed by 15.4%. Rapid excavation in rock roadway is a systematic and comprehensive technology. To achieve safe and efficient rock drivage depends not only on the degree of modernization of machinery and equipment, but also closely related to drilling, blasting， supporting, gangue transporting and labo

13、r organization. In this paper， combined with the actual situation of 1033 roadway, the analysis and conclusion of the influence factor of rock tunnel drivage with high-efficiency are carried out from the drilling equipment, the construction craft， the construction organization and management, materi

14、al handling and gangue transportation system, and so on. It 摘要 effectively promote the development of rapid excavation technology in rock roadway. Figure 13 table 6 reference 39 KeyWords: Rock roadway; Drilling and blasting method; DifFerent-depth millisecond cutting pattern; Smooth blasting; Speedy

15、 drivage Chinese books catalog: TD236 -in- 目录 目录 . I Abstract . II 1 ife . 1 1.1 问题的提出 . 1 1.1.1 选题背景 . . 1 1 丄 2 研究意义 . 1 1-2 主要研究内容 . 2 1.3 国内外煤矿岩巷掘进技术发展 . 3 1.3.1 钻爆法发展现状 . 3 1.3.2 掘进机法发展现状 . 6 1.4 我国岩巷快速掘进技术 . 7 2 不同阶微差掏槽方式与爆破优化方案 . 9 2.1 不同阶微差掏槽方式的提出 . 9 2.1.1 常用掏槽方式 . 9 2.1.2 不同阶微差掏槽方式 . 10 2.

16、2 爆破参数设计 . 10 2.2.1 炮眼直径与深度 . 11 2.2.2 炮眼数目与眼间距 . 11 2.2.3 单位炸药消耗量 . 12 2.3 光爆参数设计 . 14 2.3.1 光面爆破机理 . 14 2.3.2 光爆参数设计 . 15 2.4 优化爆破方案 . 17 2.4.1 爆破参数与炮眼布置 . 17 2.4.2 技术要求 . 21 2.4.3 补充安全措施 . . 21 3 试验巷道岩石物理力学性质及曲线分析 . 24 - IV- 目录 3.1 岩石物理力学性质 . 25 3.2 试验曲线及分析 . 25 4 优化爆破方案实施 . 27 4.1 27 4.1.1 地质构造

17、. 27 4.1.2 巷道断面与支护设计 . 27 4.1.3 钻眼设备及爆破器材 . 30 4.1.4 巷道进尺情况 . 32 4.2 建议 . 32 4.3 实施前准备 . 32 4.4 爆破方案实施与效果 . 33 4.4.1 方案实施 . 33 4.4.2 实施效果 . 34 5 岩巷快速掘进技术 . 35 5.1 技术理念 . 35 5.2 技术要点 . 35 5.2.1 钻眼设备 . 36 5.2.2 爆破作业 . 38 5.2.3 施工方法与劳动组织 . 40 5.2.4 进料、出货系统 . 42 5.3 综合管理 . 46 5.3.1 爆破器材管理 . 46 5.3.2 设备维

18、护和管理 . 47 5.3.3 综合防尘 . 48 5.4 结语 . 49 6 结论与展望 . 50 6.1 结论 . 50 6.2 展望 . 51 轉文献 . 52 - V- 目录 W . 54 作者简介 . 55 - VI- 目录 Content Abstract(Chinese) . I Abstract . II 1 Introduction . 1 1.1 The issue raised . 1 1.1.1 The background of topic . 1 1.1.2 Research significance . 1 1.2 The main research conten

19、ts . 2 1.3 Development of rock roadway excavation at home and abroad 3 1.3.1 Development of drilling and blasting method . 3 1.3.2 Development of heading machine. 6 1.4 Rapid excavation technology of our country in rock roadway . 7 2 Different-depth millisecond cutting pattern and optimization schem

20、e of blasting . 9 2.1 Proposal for different-depth millisecond cutting pattern . 9 2.1.1 Common cutting patterns . 9 2.1.2 Different-depth millisecond cutting pattern . 10 2.2 Design of blasting parameters . 10 2.2.1 Diameter and depth of shotholes . 11 2.2.2 Number and spacing of shotholes . 11 2.2

21、.3 Consumption of unit explosives . 12 2.3 Design of smooth blasting parameters. 14 2.3.1 The mechanism of smooth blasting . 14 2.3.2 Design of smooth blasting parameters . 15 2.4 Optimization scheme of blasting . 17 2.4.1 Blasting parameters and arrangement of shotholes . 17 2.4.2 Technical require

22、ments . 21 2.4.3 Additional security measures . 21 - VII- 目录 3 Physical and mechanical properties testing of rock and curve analysis24 3.1 . Physical and mechanical properties testing of rock . 25 3.2 Curve analysis . 25 4 Optimization of blasting scheme implementation . 27 4.1 Spot investigation .

23、27 4.1.1 Geological structure. 27 4.1.2 Cross section and support design of roadway . 27 4.1.3 Drilling equipment and explosive materials . 30 4.1.4 Blasting footage. 32 4.2 Suggestions . 32 4.3 Preparation before implementation . 32 4.4 Implementation and effect of blasting scheme . 33 4.4.1 Implem

24、entation of the scheme . 33 4.4.2 The implementation effect . 34 5 Rapid excavation technology of roadway . 35 5.1 Technical ideas . 35 5.2 Technical points . 35 5.2.1 Drilling equipment . 36 5.2.2 Blasting operation . 38 5.2.3 The construction method and labor organization . 40 5.2.4 Material handl

25、ing and gangue transportation system . 42 5.3 Integrated management . 46 5.3.1 Explosive materials management . 46 5.3.2 Equipment maintenance and management . 47 5.3.3 Comprehensive dust prevention . 48 5.4 Summary . 49 6 Conclusions and prospect . 50 6.1 Conclusions . 50 6.2 Prospect . 51 -VIII- 目

26、录 References . 52 Acknowledgements . 54 About the Author . 55 - IX- 1 绪论 1 绪论 1.1 问题的提出 1.1.1 选题背景 五沟煤矿地处安徽省濉溪县五沟镇境内，其东北距宿州市约 35km， 北距淮 北市约50km。 它隶属于院北煤电集团有限责任公司，于 2004 年年底开始筹备， 2005 年 6 月开工建设，设计年生产能力 60 万 t， 服务年限 52 年。该矿井于 2008 年 9 月顺利通过矿井及选煤厂项目的竣工验收，正式由基建矿井跨入生产矿井行 列。 2009 年核定年生产能力 150 万t， 可采储量 743

27、5 万 t， 服务年限 38 年，累计 总投资额达 11.25 亿元。五沟煤矿所产煤种属于我国比较短缺、市场供应比较紧 张的炼焦和配焦用煤，是国家鼓励提倡的洁净环保的“ 绿色煤炭 ” ，市场销售前景 非常广阔，但矿井煤层赋存和地质条件偏复杂，且呈现出多样性，开采工程条件 属于中等。 五沟煤矿岩巷掘进施工过程中，存在炮眼利用 率和工效较低、破碎的岩石块 度较大且散乱、巷道周边成型较差等现象，岩巷施工无法实现快速掘进，严重影 响了矿井的生产接替，制约企业的进一步发展。 为解决上述问题，提高岩巷掘进效率，决定在五沟煤矿 1033 机巷进行岩巷爆 破参数优化与快速掘进技术的研究，结合 1033 机巷目

28、前的机具设备、施工方法和 劳动组织等方面，在现有的凿岩设备和施工技术条件下，对掏槽爆破、出矸等制 约岩巷快速掘进的关键工艺进行分析和研究，针对制约煤矿岩巷掘进速度的一些 问题，提出改进措施，以期达到实现岩巷快速掘进的目的，并形成具有五沟矿区 特色 的岩巷快速掘进技术。 1.1.2 研究意义 煤炭是我们生活中不可缺少的工业原料，它在我国的三大基础能源中占有非 常重要的位置。我国正处于全面建成小康社会、加快推进社会主义现代化建设的 进程中，经济和社会的发展对煤炭的需求快速增长， 2006 年，全国煤炭产量初步 统计为 23.25 亿 t， 据预测，2020 年将达到 2830 亿 t， 按目前生产

29、矿井和在建矿 井能力分析，考虑到关闭小煤窑的影响，仍存在较大供应缺口 1。因此，在未来 相当长的一段时期内，煤炭将一直支撑着我国经济和社会的持续快速发展。 近年来，煤炭开采技术得到 迅猛发展，同时采煤工艺也发生了巨大变化。综 采放顶煤等生产技术的应用，使煤矿开采效率得到大幅度地提升，由于普遍较慢 的岩巷施工进度，严重制约了矿井的生产发展，使得采掘矛盾在矿井的生产和发 展中日益凸显。 岩巷掘进的施工速度缓慢且费用较高，在矿井的建设和生产中一直占有重要 的位置。在新井建设中，岩巷施工工期约占总工期的 35% 50%;在生产矿井中则 占总工程量的 25%左右 2。因此，提高岩巷的掘进效率，对加快矿山

30、建设和实现 安全高效生产都有着非常重要的意义。 目前，钻眼爆破法仍是国内大部分岩巷掘进所采用的方法。由于钻爆法适应 性强，可应用于各类岩体中，掘进不同类型的岩巷工程，它在今后相当长的时期 内都将是岩巷掘进施工的主要方法，是其他方法不可替代的。 虽然钻爆法在前期取得了一定的进尺成绩，但远不能使煤矿采掘顺利衔接， 与当前煤矿的高效生产所需要的岩巷掘进速度还有一定的差距。目前，岩巷掘进 存在的问题主要包括以下几个方面：爆破炮眼利用率低，掏槽方式有待改进；爆 破效果较差，巷道超挖量大；工人劳动强度高，劳动组织水平较低等，严重制约 着煤矿企业的高效生产和进一步发展 。 现对岩巷爆破参数优化与快速掘进技术进行研究，积极探索适合本巷道的爆 破技术，以期提高掘进效率和爆破效果。采用先进的岩巷爆破技术和科学合理的 施工工艺，对于提高岩巷掘进效率、改善岩巷施工质量、保证正常的采掘比例具 有重要的实用价值和研究意义。 1.2 主要研究内容 结合五沟煤矿 1033 机巷的具体情况，对岩巷爆破参数优化与快速掘进技术进 行研究，主要内容如下： (1)试验巷道岩石物理力学性质 对试验巷道的岩石进行取样，通过室内试验测定岩石的颗粒密度、粘聚力、 内摩擦角、单轴抗压强度、三轴抗压强度、劈裂抗拉强度 、弹性模量、变形模量 等物理力学性质。分析岩