凿岩爆破和岩层支护工程技术.pdf

“ “ “ “ 第二篇第二篇 凿岩爆破和岩层凿岩爆破和岩层 支护工程技术支护工程技术 第一章岩石的力学研究第一章岩石的力学研究 第一节概述第一节概述 采矿工程是在地壳表层中进行开挖的一种工程，它以安全并最大限度地采出有用矿采矿工程是在地壳表层中进行开挖的一种工程，它以安全并最大限度地采出有用矿 体为目标。采矿所开挖的空间，是一个由巷道、硐室和采场等构成的系统。为了保证在体为目标。采矿所开挖的空间，是一个由巷道、硐室和采场等构成的系统。为了保证在 这个系统中能够高效、安全、连续不断地作业，它要维护已经被开拍出来的空间。通常这个系统中能够高效、安全、连续不断地作业，它要维护已经被开拍出来的空间。通常 在岩石不好的地段，须给予适当的支护，以防止开挖空间发生垮坝和毁坏。部分矿体被在岩石不好的地段，须给予适当的支护，以防止开挖空间发生垮坝和毁坏。部分矿体被 采出之后，专门为它服务的巷道和采场随着失去了继续存在的意义，但是这部分被废弃采出之后，专门为它服务的巷道和采场随着失去了继续存在的意义，但是这部分被废弃 的开挖空间，仍然可能影响邻近作业区域甚至整个开挖系统的安全，因此在原则上仍须的开挖空间，仍然可能影响邻近作业区域甚至整个开挖系统的安全，因此在原则上仍须 予以处理和控制。予以处理和控制。 岩石力学是岩石和岩体力学性态理论及应用的科学，它是与岩石和岩体对所在物理岩石力学是岩石和岩体力学性态理论及应用的科学，它是与岩石和岩体对所在物理 环境中力场的反应有关的力学分支。研究地壳岩体因开挖而诱发的变形和破坏及其控制环境中力场的反应有关的力学分支。研究地壳岩体因开挖而诱发的变形和破坏及其控制 方法的学科属于岩石力学。采矿工程中一系列重要的设计及生产环节，诸如露天矿边坡方法的学科属于岩石力学。采矿工程中一系列重要的设计及生产环节，诸如露天矿边坡 设计及不稳定边坡的处理，地下矿开拓系统及开采顺序的确定，巷道、硐室及采矿场的设计及不稳定边坡的处理，地下矿开拓系统及开采顺序的确定，巷道、硐室及采矿场的 合理布局、支护方式及支护量的估算，采矿方法及其构成要素的选定，地层控制及空区合理布局、支护方式及支护量的估算，采矿方法及其构成要素的选定，地层控制及空区 处理，岩层移动及并下和地面对象的合理布局及保护性开采等等，都涉及岩石力学理论处理，岩层移动及并下和地面对象的合理布局及保护性开采等等，都涉及岩石力学理论 和实践问题。可以认为，岩石力学是现代采矿工程学的一门基础科学。和实践问题。可以认为，岩石力学是现代采矿工程学的一门基础科学。 开挖体围岩的变形和破坏无疑与开挖体的大小、几何形态、埋藏深度甚至开挖方式开挖体围岩的变形和破坏无疑与开挖体的大小、几何形态、埋藏深度甚至开挖方式 有关，然而也往往在更大程度上与围岩的岩体结构（断层及节理之类地质不连续面对岩有关，然而也往往在更大程度上与围岩的岩体结构（断层及节理之类地质不连续面对岩 体的切割） 、岩性及水文地质条件有关。事实说明，岩土工程中发生过的重大灾难事故，体的切割） 、岩性及水文地质条件有关。事实说明，岩土工程中发生过的重大灾难事故， 几乎总是由于不了解现场的重大地质缺陷而造成的。充分查明现场的地质条件是正确应几乎总是由于不了解现场的重大地质缺陷而造成的。充分查明现场的地质条件是正确应 用岩石力学原理解决实际问题不可缺少的前提。用岩石力学原理解决实际问题不可缺少的前提。 全面了解并正确评价了矿区工程及水文地质条件之后，就有可能对采矿设计及生产全面了解并正确评价了矿区工程及水文地质条件之后，就有可能对采矿设计及生产 中将要发生的岩石力学问题进行预测。结构控制的破坏和应力控制的破坏是岩体失稳的中将要发生的岩石力学问题进行预测。结构控制的破坏和应力控制的破坏是岩体失稳的 两种基本模式，结构控制的破坏模式可通过分析地质不连续面及开挖临空面对岩体的切两种基本模式，结构控制的破坏模式可通过分析地质不连续面及开挖临空面对岩体的切 割方式来加以识别。地质不连续面及临空面切割岩体而形成的潜在滑塌体的稳定性可通割方式来加以识别。地质不连续面及临空面切割岩体而形成的潜在滑塌体的稳定性可通 过极限平衡分析来加以估算；应力控制的破坏是否发生则需在作出了应力分析后才能得过极限平衡分析来加以估算；应力控制的破坏是否发生则需在作出了应力分析后才能得 出结论。岩石力学中遇到的应力分析问题大都是十分复杂的，但由于数值法的发展及电出结论。岩石力学中遇到的应力分析问题大都是十分复杂的，但由于数值法的发展及电 “ “ 第二篇凿岩爆破和岩层支护工程技术第二篇凿岩爆破和岩层支护工程技术 脑的普遍应用，求得问题的数值解如今也不十分困难。除计算解法之外，也可用物理模脑的普遍应用，求得问题的数值解如今也不十分困难。除计算解法之外，也可用物理模 拟法来解决岩石力学问题。设计正确的简单物理模拟可帮助人们了解问题的主要力学机拟法来解决岩石力学问题。设计正确的简单物理模拟可帮助人们了解问题的主要力学机 制，如果要通过模拟来了解问题的细节，则制作模型需要高度的技巧。制，如果要通过模拟来了解问题的细节，则制作模型需要高度的技巧。 力学计算中所用的多种参数，需通过室内或现场岩石力学性能试验加以测定，测得力学计算中所用的多种参数，需通过室内或现场岩石力学性能试验加以测定，测得 的参数若不能反映真实岩体，则计算结果也难以正确。事实上，对于岩体这种复杂的对的参数若不能反映真实岩体，则计算结果也难以正确。事实上，对于岩体这种复杂的对 象，用唯一确定的参数来描述其性能可能局限性很大，因此，对于重要的课题，常需进象，用唯一确定的参数来描述其性能可能局限性很大，因此，对于重要的课题，常需进 行对参数的灵敏度分析，以了解答案变化的情况及变动的范围，为决策提供更多的信行对参数的灵敏度分析，以了解答案变化的情况及变动的范围，为决策提供更多的信 息。息。 采矿开挖是一种长期不断的开挖，开挖范围不断扩大和延深，新问题可能层出不采矿开挖是一种长期不断的开挖，开挖范围不断扩大和延深，新问题可能层出不 穷。因此，长期地监测岩体的动态是十分重要和必要的。长期监测所积累起来的资料，穷。因此，长期地监测岩体的动态是十分重要和必要的。长期监测所积累起来的资料， 对于指导当前的施工、处理工程难题、检验理论的正确性、规划今后的岩石力学工程都对于指导当前的施工、处理工程难题、检验理论的正确性、规划今后的岩石力学工程都 是最可靠的依据。本章将对岩石力学的基本概念和一般性原理作简要说明。至于岩石力是最可靠的依据。本章将对岩石力学的基本概念和一般性原理作简要说明。至于岩石力 学在一些重耍的采矿设计和生产方面的应用则在其它有关章节专门讨论。学在一些重耍的采矿设计和生产方面的应用则在其它有关章节专门讨论。 第二节岩石的示性指标第二节岩石的示性指标 岩石种类很多，其物理力学性能变化的范围很宽，为满足岩体工程的需要，常通过岩石种类很多，其物理力学性能变化的范围很宽，为满足岩体工程的需要，常通过 试验来了解它们的性能。其主要的力学指标示于本章试验来了解它们的性能。其主要的力学指标示于本章 “ “ 和和 “ “ ，本节仅对物理性指，本节仅对物理性指 标和使甩简易试验方法测得的一些示性指标加以介绍。标和使甩简易试验方法测得的一些示性指标加以介绍。 一、比重和密度一、比重和密度 岩石的比重是试样固体部分的质量与其同体积岩石的比重是试样固体部分的质量与其同体积 蒸馏水质量的比值。岩石的比重蒸馏水质量的比值。岩石的比重 用比重瓶法测定。试样需经粉碎并通过孔径为用比重瓶法测定。试样需经粉碎并通过孔径为 ; 岩石天然含水率， 岩石天然含水率， 。钻孔。钻孔 “ “ 第二篇凿岩爆破和岩层支护工程技术第二篇凿岩爆破和岩层支护工程技术 深度深度 “ “ ，在钻孔同时吹出岩粉。，在钻孔同时吹出岩粉。 微型钻的钻速和牙轮钻的钻速关系，见本章微型钻的钻速和牙轮钻的钻速关系，见本章 “ /“ , -;--3 0- ;- 3/3;-;-- 推进方式推进方式 气马达气马达 链条式链条式 双油缸双油缸 链条式链条式 双油缸双油缸 链条式链条式 气马达气马达 链条式链条式 双油缸双油缸 链条式链条式 双油缸双油缸 链条式链条式 气马达气马达 链条式链条式 双油缸双油缸 链条式链条式 推进力 （推进力 （AA）） - 3/B//B- 3/B//B ; - 3,B;- 3,B;- 3-- 3,B;- 3- ,0- ; ,0 - 3;，， ,3B/;,3B/ //B;;B; -/;- 容压机容量容压机容量 （ （7 7 , ,D7EF D7EF）） ;0B;B;B3/B0;3;0B;B;B3/B0;3 供气压力供气压力 （（“G6“G6）） -B/0;BBB--B/0;BBB- 行走方式行走方式 履带履带 ， 分传， 分传 履带， 分传履带， 分传 （轮胎）（轮胎） 轮胎轮胎 履带，履带， 分传分传 履带轮胎轮胎履带轮胎轮胎 履带，履带， 分传分传 履带，履带， 分传分传 原动机功率原动机功率 （（HH）） ;3/;3/33/;3/3--;-- I -- I 30--I 30-- 0-- 0-- 3-3-3-3- I ;--,;-- I 3---I 3--- 333- I333- I ,--,-- I 3;;--I 3;;-- 333- I333- I ;3;-I 3;3;- ;3- I;3- I ,;-,;- I 3;/-I 3;/- 运输时运输时 3;--3;-- I -- I -,;- I ,,;-I ,,;- 钻机重量 （钻机重量 （5 5））,-;; ;,0B;;-;B;3/,,-;; ;,0B;;-;B;3/, 制治厂家英格索兰德制治厂家英格索兰德JBB*BGBK4;）机械传动）机械传动 转速 （转速 （D/3EFD/3EF）） 7 7； ； 9 9； ； ； ； 7 5 7 5 5 . 5 . 5 . 5 . 5 4 5 4 5 0 5 0 5 4 5 5 4 5 回转扭矩 （回转扭矩 （G G 3 3））44，， 4747，， .0.4..4.0.4..4 加 压 系 统 加 压 系 统 工作压力 （工作压力 （;;）间断加压）间断加压 给进力 （给进力 （GG）） 5 .7704 5 .7704 给进进度 （给进进度 （3H3EF3H3EF）） 5 7 5 4 5 4 5 4. 5 7 5 4 5 4 5 4. 空程返回速度空程返回速度 （（3/3EF3/3EF）） 5 9 5 4 5 4 5 0.. 5 9 5 4 5 4 5 0.. 钻 杆 钻 杆 直径 （直径 （3333））7077 07； ； 74. 5 90774. 5 9 07； ； . 5 . 5 长度 （长度 （3333））..；； 47074707 “ “ 矿业工程师实务全书矿业工程师实务全书 续表续表 名称及单位名称及单位““ （（ ,89; ,））’6,7’6,7 （（89; ,89; ,））4 6 ,7,7 6 ,34 6 ,7,7 6 ,3 其它最大深度其它最大深度 ,*2,*2最大深度最大深度 “2“2最大深度最大深度 22最大深最大深 4242备有潜孔备有潜孔 动 力 动 力 驱 动 油 泵 驱 动 油 泵 型式型式 电力拖动油泵电力拖动油泵 和回转机构和回转机构 柴油机柴油机 .9.9 074074，，70743’,;3时） ，时） ， 10*,*110*,*1气马达，气马达， 1 0 4,/3’,;3时） ，时） ， 104,/3’,*2;3时） ，时） ， 最大推进力 （最大推进力 （6 6））23’,;3） 时，） 时， 1,11,1 气成达驱动，气成达驱动， 1,11,1手动油泵，手动油泵， 1,1;31,1;3 工作油压 （工作油压 （;3;3））2,3 ’,/2 回围成达功率 （回围成达功率 （77）） 气马达传动 （气马达传动 （’,;3 ’ 钻具类型钻具类型’’’’型潜孔冲击器型潜孔冲击器BC/“ ;/ 型露天凿岩钻车型露天凿岩钻车 该型钻车是联邦德国生产的一种现代化全液压露天钻车。该型钻车是联邦德国生产的一种现代化全液压露天钻车。 该钻车的主要特点是该钻车的主要特点是 （（* *）钻车采用燃油驱动或电力驱动两种方式。）钻车采用燃油驱动或电力驱动两种方式。 （（. .）包括凿岩机在内所有机构都由油马达带动或者是以压力油驱动，堪称全液压）包括凿岩机在内所有机构都由油马达带动或者是以压力油驱动，堪称全液压 “ “ 矿业工程师实务全书矿业工程师实务全书 式。式。 （（ ）钻车配备冲击能量较大的）钻车配备冲击能量较大的 ““ 型液压凿岩机，其冲击能量、冲击频率均可型液压凿岩机，其冲击能量、冲击频率均可 调，能够按岩石状况选择最优的凿岩机工作参数。调，能够按岩石状况选择最优的凿岩机工作参数。 （（ ）推进器和钻臂工作方位角几乎达到任意可选的状态，最大限度地满足凿岩工艺）推进器和钻臂工作方位角几乎达到任意可选的状态，最大限度地满足凿岩工艺 要求。要求。 此外，天水风动工具厂从瑞典引进了此外，天水风动工具厂从瑞典引进了 重量重量 气动凿岩机的重量与其用途、结构、型式及功率有关。手持式和气腿式凿岩机靠人气动凿岩机的重量与其用途、结构、型式及功率有关。手持式和气腿式凿岩机靠人 力扶持与搬移，要求重量轻，一般为力扶持与搬移，要求重量轻，一般为 3- 3-，其单位功率重量约为，其单位功率重量约为 9 , “39 ,-9 , “39 ,- ，导轨式凿朵的重量无特殊要求，轻的，导轨式凿朵的重量无特殊要求，轻的 3 6-3 6-，重的可达，重的可达 “A “-“A “