井巷弯道施工技术

杨泽光 陈守庆 蒙思球

(广西华锡集团佛子矿业有限公司)

井巷弯道施工技术

杨泽光 陈守庆 蒙思球

(广西华锡集团佛子矿业有限公司)

矿山弯道施工中，巷道中线的标定工作既繁琐又无法准确掌控前进方向，经常出现返工刹帮现象，工作效率较低。为此,引入“摆钎”施工法,即钻机钎头按掌子面炮孔布局定好后，通过摆动钎杆尾端的距离进行炮孔方位角的调整，使每相邻两茬炮孔有一个相对角度，最终实现弯道施工质量的控制。

巷道弯道施工 “摆钎”施工法 质量控制

1 巷道弯道弦线施工法

在矿山井巷工程中，弯道施工技术难度较大，为了精准控制弯道施工质量，一般将弯道中线(弧线)分为若干段，每段弧长对应一条弦，施工时，以对应的弦线作为巷道中线，每段弦都要用经纬仪测量定线，直至弯道施工完成。

图1 弯道弦线施工法示意

该方法弧线对应的弦不宜过长(一般4～5 m)，弦过长则弯道不圆滑，要达到设计要求，就需要对巷道进行二次刷帮；过短则标定放线工作量繁重。

2 弯道“摆钎”法施工

2.1 弯道“摆钎”法施工原理

为了减少标定放线次数，同时保证弯道施工质量，在弯道施工中引入“摆钎”施工法：钻机钎头按掌子面炮孔布好后，通过摆动钎杆尾端的距离，进行炮孔方位角的调整，使每相邻两茬炮孔有一个相对的转角，最终实现弯道施工质量控制。

弯道“ 摆钎”施工法的提出，源于曲线规尺制作原理[1]的逆过程，“摆钎”法施工原理如图2所示。

图2 弯道“摆钎”法施工原理

令b等于掘进凿岩时炮孔有效进尺，则弯道AE掘进时，第1茬炮孔中线应为弦线AB，以此类推，第2,3,4茬炮孔中线应为弦BC、CD、DE。

以图2为例，弯道AE施工的初始中线方位(弦AB的方位)在第一茬炮孔爆破后，第二茬炮孔的掘进中心线方位应为弦BC。由几何关系可知，BF为弦BC的反向延长线，且BF等于b，要想达到沿弦BC钻孔的效果，只需将AB绕B点顺时针摆动距离a至FB即可。由此可见，在弯道凿岩时，如将凿岩机钎杆近似的看做AB，只要给出弯道掘进初始方位及钎杆尾端摆动距离a，即可通过摆动钎杆尾端实现弯道快速准确的施工，避免了大量繁琐的测量标定工作。

2.2 弯道“摆钎”施工法主要参数确定

2.2.1 凿岩机钎尾摆动距离a

由于弯道施工的局限性，在弯道外帮边眼施工中，钎杆尾端摆动距离a会受到巷道壁的限制，导致钻孔无法施工或施工质量差。根据浅孔凿岩爆破(钎杆长度2.5 m，炮孔有效深度2.3 m)炮孔布局参数，a取值不超过20 cm时，不影响正常凿岩施工。

2.2.2 炮孔有效进尺

根据圆弧的几何特性，圆弧可以近视看作是由无限个短的弦组成的，由图2可知，弯道施工中，每茬炮孔的有效进尺b越短，则弯道掘进效果越接近设计的圆弧。所以，弯道施工中应尽量采用浅孔凿岩钻机，凿岩机钎杆长度一般以2.5 m为宜，实际炮孔有效进尺b值约为2 m。

2.2.3 弯道转弯半径R

根据相似三角形原理，有：

R=b2/a .

(1)

从式(1)可知，钎尾摆动距离a值与炮孔有效进尺b及转弯半径R有关。考虑巷道掘进的经济性，弯道半径R越小，弯道工程量越小，经济成本越低，所以在浅孔凿岩炮孔有效进尺确定的条件下，同时又满足列车组转弯要求，弯道半径R应尽量取下限值。在本文既定的前提下，半径R≥20 m，如有些矿山凿岩掘进采用不同长度的钎杆，转弯半径可根据式(1)自行计算。

2.2.4 计算每茬炮转角

如图3所示，弯道沿弦线ABCD施工，当弯道掘进至BC段时，方位要由AB变为BC，即将弦AB绕B点顺时针转动∠ABF，∠ABF=α1。根据三角函数关系可得α1：

(2)

α1作为弯道施工中施工人员检查掘进方位角的主要依据。

图3 转角α1的几何关系

图3中，在弯道ABCD中，已知弯道初始方位(即AB方位)为αAB，弦AB与弦BC，弦BC与弦CD左夹角分别为β1、β2，当β1(β2)大于180°时取正，小于180°时取负。根据方位角计算公式[2](观测角为左角)，弯道掘进第N茬炮孔的方位角应为：

α终=α初始±(n-1)α1.

(3)

在弯道施工过程中，施工员可以根据凿岩掘进进度计算出弯道掌子面理论方位角，并借助罗盘测出弯道掌子面实际方位角，与理论值相比较，如两者偏差较大，便可及时做出调整。

2.2.5 “摆钎”法施工要点

(1)为了降低施工误差，确保弯道尽可能按设计图纸要求施工，弯道掘进过程中需采用浅孔爆破，炮孔有效进尺不宜过深，一般取2 m左右为宜。

(2)“摆钎”法施工过程中，关键是钎尾摆动距离a，摆钎距离把握不好，施工方位就会出现偏差，达不到设计要求。所以在实际施工时，往往先要确定好钎尾摆动距离。比较简单实用的办法就是钻孔开口前，在平巷底板沿(或平行)平巷中线，放置一根稍长的竹竿，用钢尺量取钎尾到竹竿的平距，令其等于a，控制起来比较准确。

(3)由于弯道外帮较内帮长，因此要使巷道沿曲线前进，每茬炮的进尺外帮就比内帮大，所以炮孔布置时，外帮眼要适当加深，并相应增加药量，使得外帮尺寸大于内帮，达到巷道沿曲线掘进的目的。

3 结 论

广西佛子冲铅锌矿-20 m水平主运输平巷曲线段施工(R=30 m)，采用了“摆钎”施工法，使用YT28型气腿式凿岩机、钎杆长度2.5 m，炮孔有效深度2.2～2.3 m，每茬炮爆破进尺约2.1 m，每两茬炮孔相对转角4°10′，钎尾摆动距离16 cm，定出初始方位线后按照上述方法施工，工作效率得到了很大幅度的提高，而且曲线段质量控制较好，达到了设计要求。由此可见，采用“摆钎”施工法进行井巷弯道施工，与常规施工比较，工人操作简单、方便，工作效率高。

[1] 淮南矿业学院编.井巷工程[M]. 北京：煤炭工业出版社，1980.

[2] 梁盛智，李章树，石景钊.测量学[M]. 重庆：重庆大学出版社，2002.

2015-06-11)

杨泽光(1986—),男,助理工程师,543100 广西壮族自治区梧州市龙圩区广平镇佛子街。