井巷彎道施工技術(shù)

楊澤光 陳守慶 蒙思球

(廣西華錫集團佛子礦業(yè)有限公司)

井巷彎道施工技術(shù)

楊澤光 陳守慶 蒙思球

(廣西華錫集團佛子礦業(yè)有限公司)

礦山彎道施工中，巷道中線的標(biāo)定工作既繁瑣又無法準(zhǔn)確掌控前進方向，經(jīng)常出現(xiàn)返工剎幫現(xiàn)象，工作效率較低。為此,引入“擺釬”施工法,即鉆機釬頭按掌子面炮孔布局定好后，通過擺動釬桿尾端的距離進行炮孔方位角的調(diào)整，使每相鄰兩茬炮孔有一個相對角度，最終實現(xiàn)彎道施工質(zhì)量的控制。

巷道彎道施工 “擺釬”施工法 質(zhì)量控制

1 巷道彎道弦線施工法

在礦山井巷工程中，彎道施工技術(shù)難度較大，為了精準(zhǔn)控制彎道施工質(zhì)量，一般將彎道中線(弧線)分為若干段，每段弧長對應(yīng)一條弦，施工時，以對應(yīng)的弦線作為巷道中線，每段弦都要用經(jīng)緯儀測量定線，直至彎道施工完成。

圖1 彎道弦線施工法示意

該方法弧線對應(yīng)的弦不宜過長(一般4～5 m)，弦過長則彎道不圓滑，要達(dá)到設(shè)計要求，就需要對巷道進行二次刷幫；過短則標(biāo)定放線工作量繁重。

2 彎道“擺釬”法施工

2.1 彎道“擺釬”法施工原理

為了減少標(biāo)定放線次數(shù)，同時保證彎道施工質(zhì)量，在彎道施工中引入“擺釬”施工法：鉆機釬頭按掌子面炮孔布好后，通過擺動釬桿尾端的距離，進行炮孔方位角的調(diào)整，使每相鄰兩茬炮孔有一個相對的轉(zhuǎn)角，最終實現(xiàn)彎道施工質(zhì)量控制。

彎道“ 擺釬”施工法的提出，源于曲線規(guī)尺制作原理[1]的逆過程，“擺釬”法施工原理如圖2所示。

圖2 彎道“擺釬”法施工原理

令b等于掘進鑿巖時炮孔有效進尺，則彎道AE掘進時，第1茬炮孔中線應(yīng)為弦線AB，以此類推，第2,3,4茬炮孔中線應(yīng)為弦BC、CD、DE。

以圖2為例，彎道AE施工的初始中線方位(弦AB的方位)在第一茬炮孔爆破后，第二茬炮孔的掘進中心線方位應(yīng)為弦BC。由幾何關(guān)系可知，BF為弦BC的反向延長線，且BF等于b，要想達(dá)到沿弦BC鉆孔的效果，只需將AB繞B點順時針擺動距離a至FB即可。由此可見，在彎道鑿巖時，如將鑿巖機釬桿近似的看做AB，只要給出彎道掘進初始方位及釬桿尾端擺動距離a，即可通過擺動釬桿尾端實現(xiàn)彎道快速準(zhǔn)確的施工，避免了大量繁瑣的測量標(biāo)定工作。

2.2 彎道“擺釬”施工法主要參數(shù)確定

2.2.1 鑿巖機釬尾擺動距離a

由于彎道施工的局限性，在彎道外幫邊眼施工中，釬桿尾端擺動距離a會受到巷道壁的限制，導(dǎo)致鉆孔無法施工或施工質(zhì)量差。根據(jù)淺孔鑿巖爆破(釬桿長度2.5 m，炮孔有效深度2.3 m)炮孔布局參數(shù)，a取值不超過20 cm時，不影響正常鑿巖施工。

2.2.2 炮孔有效進尺

根據(jù)圓弧的幾何特性，圓弧可以近視看作是由無限個短的弦組成的，由圖2可知，彎道施工中，每茬炮孔的有效進尺b越短，則彎道掘進效果越接近設(shè)計的圓弧。所以，彎道施工中應(yīng)盡量采用淺孔鑿巖鉆機，鑿巖機釬桿長度一般以2.5 m為宜，實際炮孔有效進尺b值約為2 m。

2.2.3 彎道轉(zhuǎn)彎半徑R

根據(jù)相似三角形原理，有：

R=b2/a .

(1)

從式(1)可知，釬尾擺動距離a值與炮孔有效進尺b及轉(zhuǎn)彎半徑R有關(guān)。考慮巷道掘進的經(jīng)濟性，彎道半徑R越小，彎道工程量越小，經(jīng)濟成本越低，所以在淺孔鑿巖炮孔有效進尺確定的條件下，同時又滿足列車組轉(zhuǎn)彎要求，彎道半徑R應(yīng)盡量取下限值。在本文既定的前提下，半徑R≥20 m，如有些礦山鑿巖掘進采用不同長度的釬桿，轉(zhuǎn)彎半徑可根據(jù)式(1)自行計算。

2.2.4 計算每茬炮轉(zhuǎn)角

如圖3所示，彎道沿弦線ABCD施工，當(dāng)彎道掘進至BC段時，方位要由AB變?yōu)锽C，即將弦AB繞B點順時針轉(zhuǎn)動∠ABF，∠ABF=α1。根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系可得α1：

(2)

α1作為彎道施工中施工人員檢查掘進方位角的主要依據(jù)。

圖3 轉(zhuǎn)角α1的幾何關(guān)系

圖3中，在彎道ABCD中，已知彎道初始方位(即AB方位)為αAB，弦AB與弦BC，弦BC與弦CD左夾角分別為β1、β2，當(dāng)β1(β2)大于180°時取正，小于180°時取負(fù)。根據(jù)方位角計算公式[2](觀測角為左角)，彎道掘進第N茬炮孔的方位角應(yīng)為：

α終=α初始±(n-1)α1.

(3)

在彎道施工過程中，施工員可以根據(jù)鑿巖掘進進度計算出彎道掌子面理論方位角，并借助羅盤測出彎道掌子面實際方位角，與理論值相比較，如兩者偏差較大，便可及時做出調(diào)整。

2.2.5 “擺釬”法施工要點

(1)為了降低施工誤差，確保彎道盡可能按設(shè)計圖紙要求施工，彎道掘進過程中需采用淺孔爆破，炮孔有效進尺不宜過深，一般取2 m左右為宜。

(2)“擺釬”法施工過程中，關(guān)鍵是釬尾擺動距離a，擺釬距離把握不好，施工方位就會出現(xiàn)偏差，達(dá)不到設(shè)計要求。所以在實際施工時，往往先要確定好釬尾擺動距離。比較簡單實用的辦法就是鉆孔開口前，在平巷底板沿(或平行)平巷中線，放置一根稍長的竹竿，用鋼尺量取釬尾到竹竿的平距，令其等于a，控制起來比較準(zhǔn)確。

(3)由于彎道外幫較內(nèi)幫長，因此要使巷道沿曲線前進，每茬炮的進尺外幫就比內(nèi)幫大，所以炮孔布置時，外幫眼要適當(dāng)加深，并相應(yīng)增加藥量，使得外幫尺寸大于內(nèi)幫，達(dá)到巷道沿曲線掘進的目的。

3 結(jié) 論

廣西佛子沖鉛鋅礦-20 m水平主運輸平巷曲線段施工(R=30 m)，采用了“擺釬”施工法，使用YT28型氣腿式鑿巖機、釬桿長度2.5 m，炮孔有效深度2.2～2.3 m，每茬炮爆破進尺約2.1 m，每兩茬炮孔相對轉(zhuǎn)角4°10′，釬尾擺動距離16 cm，定出初始方位線后按照上述方法施工，工作效率得到了很大幅度的提高，而且曲線段質(zhì)量控制較好，達(dá)到了設(shè)計要求。由此可見，采用“擺釬”施工法進行井巷彎道施工，與常規(guī)施工比較，工人操作簡單、方便，工作效率高。

[1] 淮南礦業(yè)學(xué)院編.井巷工程[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1980.

[2] 梁盛智，李章樹，石景釗.測量學(xué)[M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.

2015-06-11)

楊澤光(1986—),男,助理工程師,543100 廣西壯族自治區(qū)梧州市龍圩區(qū)廣平鎮(zhèn)佛子街。