岩巷掘进方法 【技术领域】
本发明涉及一种岩巷掘进技术，尤其涉及一种控制爆破技术与掘进机掘进技术相结合的岩巷掘进方法。
技术背景
目前在矿山岩石巷道施工中，一般有岩巷掘进机掘进和钻爆法两种方法，主要是采用钻爆法。两种方法的掘进效率都不高，月进难以突破100m。
目前在岩石巷道施工中，钻爆法掘进占90％以上。钻爆法用凿岩机凿岩，利用炸药实现瞬间爆破，具有破岩速度快的特点，这是钻爆法发展至今仍占主要比重的重要因素。主要工艺是钻眼、装药、爆破，爆破前人员和设备撤离到安全的地方，爆破后将炮烟和有害气体排出，人员和设备要进入掘进工作面装岩、运输矸石和支护工作。主要凿岩设备有手持风动凿岩机、液压钻车打眼，主要装岩设备有耙斗式、铲斗式、蟹爪式、侧卸式装岩机，多为耙斗装岩机。
钻爆法存在的主要问题是：
首先是，掘进速度低。钻爆法虽然可以获得较高的破岩速度，但由于受爆破的影响和作业空间的制约，造成工艺不合理，机械化程度低，工人劳动强度大，难以实现同时和连续性的掘进，限制掘进速度，一般月进速度100米左右。
其次是，巷道质量差，安全性低。钻爆法对围岩破坏严重、空顶时间长，有的在空顶条件下作业，人身安全得不到确切的保障。粉尘、设备施工噪音对作业人员的影响大，掘进工作面爆破后产生的粉尘严重影响作业人员身体健康，难以实现安全、高效生产的目的。
目前在岩石巷道的掘进机掘进法施工中，由于岩巷掘进机的机械化及自动化水平得到了很大提高，掘进机可以开挖不同的地质条件下各种形状的巷道，掘进机的类型也越来越多，具有安全性高，围岩破坏小，劳动强度低的特点。
但是，岩巷掘进机破切较硬岩层时，单位比能耗大，动力消耗和掘进费用比钻爆法高10多倍，且破岩速度慢，掘进速度受到限制，掘进机截齿损耗严重、机器笨重、设备故障率高、可靠性和适应性较差。尤其在高强度、高研磨性的岩层中掘进，不仅效率很低，而且消耗的电能与掘进材料的费用相当高。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种高效、安全、成本低的岩巷掘进方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的岩巷掘进方法，包括步骤：
A、采用定向爆破技术，首先在靠近岩巷周边部位布置多个预裂炮孔及导向孔，然后向预裂炮孔内装入适量炸药，进行定向爆破，形成预裂缝；
B、采用松动爆破技术，首先在岩巷的岩石工作面上布置多个松动炮孔，然后根据岩石特性，向松动炮孔内装入适量炸药，进行松动爆破将预裂缝内的岩石破碎；
C、采用掘进机开挖巷道的松动岩石。
所述的步骤A中，所述预裂炮孔之间的间距为：300mm～1000mm，每间隔一个或多个预裂炮孔可布置一个导向孔；
预裂炮孔内炸药单耗为：0.60～1.20kg/m3，所述炸药单耗指单位体积的岩石需要的炸药量。
所述的步骤B中，所述松动炮孔间的间距为800mm～2000mm，所述松动炮孔距预裂炮孔的距离为700mm～1200mm；松动炮孔内炸药单耗为0.30～1.00kg/m3。
所述的松动炮孔包括深松动炮孔和浅松动炮孔，且每间隔一个或多个深松动炮孔布置一个浅松动炮孔和/或导向孔，所述浅松动炮孔的炮孔深度小于等于深松动炮孔深度的二分之一。
所述松动炮孔的装药方式为：深松动炮孔局部连续装药；或者，
深松动炮孔连续装药，且浅松动炮孔间断装药；或者，
深松动炮孔局部连续装药，且浅松动炮孔间断装药；或者，
深松动炮孔局部连续装药，且浅松动炮孔连续装药。
所述的预裂炮孔和/或松动炮孔的直径为30～100mm，孔深为1000～20000mm。
所述的松动炮孔的直径为30～45mm，孔深为1000～2500mm。
所述的松动炮孔的直径为40～100mm，孔深为2500～20000mm。
所述步骤A与步骤B同步进行，起爆时顺序起爆，且预裂炮孔先于松动炮孔起爆。
所述的步骤C中，所述的掘进机包括升降臂，升降臂的前端设有切割头，切割头可切割岩石，所述的升降臂可上下、左右摆动，带动且割头以任意的轨迹运动。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的岩巷掘进方法，由于首先在靠近岩巷周边采用定向爆破形成预裂缝，然后采用松动爆破方法破碎岩石，最后用岩巷掘进机开挖已破碎的岩石。采用掘进机掘进与控制爆破相结合，大大减小了对围岩的破坏、增加了安全性，并且提高了掘进速度、降低了成本，是一种高效、安全、成本低的岩巷掘进方法。
适用于对各种岩石进行掘进，尤其适用于具有较高硬度的矿井岩石巷道的掘进。
【附图说明】
图1为本发明在需掘进的岩巷靠近周边部位布置预裂炮孔的示意图；
图2为本发明在需掘进的岩巷工作面布置预裂炮孔及松动炮孔的具体实施例一的炮孔布置示意图；
图3为本发明在需掘进的岩巷工作面布置预裂炮孔及松动炮孔的具体实施例二的炮孔布置示意图；
图4为本发明进行定向爆破时预裂炮孔装药结构示意图；
图5为本发明进行松动爆破时松动炮孔装药结构示意图。
【具体实施方式】
本发明岩石巷道掘进方法较佳的具体实施方式是：
如图1所示，首先采用定向爆破技术，在靠近岩巷周边部位布置多个预裂炮孔及导向孔，然后向预裂炮孔内装入适量炸药，进行定向爆破，形成预裂缝；
然后采用松动爆破技术，在岩巷的岩石工作面上布置多个松动炮孔，然后根据岩石特性，向松动炮孔内装入适量炸药，进行松动爆破将预裂缝内的岩石破碎；
最后采用掘进机开挖巷道松动的岩石。
定向爆破与松动爆破都属于控制爆破。
运用定向爆破技术在岩石巷道的周边形成预裂缝。定向爆破过程中，所述预裂炮孔之间的间距最好为：300mm～1200mm，可以为300、400、500、800、900、1000、1200mm等优选尺寸，根据需要也可以为其它的尺寸，且每间隔一个或多个预裂炮孔布置一个导向孔，导向孔布置的数量和位置是根据岩石的硬度及爆破的方向确定的。
布好孔后，向预裂炮孔内装入炸药，导向孔内不装炸药，预裂炮孔内炸药单耗为：0.60～1.20kg/m3，可以为0.60、1.0、1.20kg/m3等优选药量，所述炸药单耗指单位体积的岩石需要的炸药量。
如图4所示，装药时采用定向断裂的聚能药卷或不藕合装药结构实施预裂爆破，在靠近岩巷周边形成预裂缝，采用聚能药卷爆破时的炸药单耗取较大值。聚能药卷是具有控制炸药爆轰能量释放方向的装药结构；不藕合装药指预裂炮孔装药采用预留空气柱或药径比炮孔直径小的装药结构。
对于孔深5000以上的定向爆破，周边预裂炮孔最好采用聚能药卷实施定向断裂爆破；
对于人工装药，预裂炮孔采用不藕合装药实施预裂爆破，预裂炮孔间距为300～800mm；
对于采用井下装药机的深孔爆破，周边预裂炮孔采用聚能药卷爆破，预裂炮孔间距为600～1200mm。预裂炮孔距岩巷轮廓的距离为400～600mm。
松动爆破的方式有多种，可以根据需要进行选择。
在布置松动炮孔时，可以布置深松动炮孔和浅松动炮孔，每间隔一个或多个深松动炮孔可布置一个浅松动炮孔，所述浅松动炮孔的炮孔深度小于等于深松动炮孔深度的二分之一；也可以只布置深松动炮孔，每间隔一个或多个深松动炮孔可布置一个导向孔；也可以同时布置深松动炮孔、浅松动炮孔和导向孔，相互间隔布置。
在需掘进的巷道岩石上布置多个松动炮孔，根据岩性在工作面布置多个或少量导向孔，较破碎岩石也可以不布置导向孔。松动炮孔内根据松动爆破设计装入适量炸药，采用松动爆破将岩石破碎，尽量避免岩石抛掷，导向孔不装炸药。
松动炮孔间距为800mm～2000mm，松动炮孔距预裂炮孔距离700mm～1200mm。具体尺寸依据岩性软硬和破碎程度确定，较破碎岩石的炮孔间距取大值。松动炮孔内炸药单耗为0.30～1.00kg/m3，具体药量依据岩性和断面大小确定，较破碎岩石的炸药单耗取小值。
如图5所示，根据岩巷深孔松动爆破的特点，可以分为三种实施方案：①深孔连续装药与浅孔联合爆破方案；②深孔局部连续装药爆破方案；③深孔局部连续装药与浅孔联合爆破方案。其中浅孔装药的方式，也可以采用连续装药或间断装药的方式。一般在深孔松动爆破时可采用相同炮孔深度或深、浅松动炮孔相结合布置。深、浅松动炮孔的浅松动炮孔的炮孔深度为小于等于深松动炮孔的二分之一，可间隔1个或多个以上深松动炮孔。
定向爆破与松动爆破是在严格控制药量的情况下进行，尽量避免形成岩石抛掷爆破。可以降低烟尘和有害气体，改善作业环境，实行就地爆破，设备不撤离工作地点，避免爆破停止作业影响连续化掘进。
以上预裂炮孔及松动炮孔的直径一般为为30～100mm，孔深一般为1000～20000mm。其中，
在松动爆破中，炮孔深度1000～2500mm为中深孔松动爆破，可采用气腿式凿岩机，炮孔直径最好为30～45mm；
炮孔深度2500～20000mm为深孔松动爆破，炮孔的直径最好为40～60mm。
其中，炮孔深度5000～20000mm为超深孔松动爆破，采用风动或液压深孔钻机钻孔，炮孔的直径最好为40～100mm，装药最好采用装药机装药。
以上的定向爆破和松动爆破根据需要可以分次进行；也可以同步进行，起爆时顺序起爆，预裂炮孔先于松动炮孔起爆，即同步钻眼、同步装药，起爆时利用延期雷管的时间差，顺序起爆。
松动爆破完成后，就可以采用掘进机开挖巷道松动的岩石。所述的掘进机包括升降臂，升降臂的前端设有切割头，切割头可切割岩石，所述的升降臂可上下、左右摆动，带动且割头以任意的轨迹运动。
岩巷掘进机技术和设备选型无特殊要求，可以采用部分断面悬臂式掘进机，工作原理基本相同，液压、电控、装运、行走方式大同小异，切割方式有纵轴切割和横轴切割2种。通过升降臂上下、水平摆动，配合切割头旋转，最好呈“S”形运动轨迹，完成一个断面的切割，能切割任意形状的巷道断面。
岩巷掘进机作业线主要由主机与后配套设备组成，实现集约化功能，进一步发挥其效能，提高劳动生产率。主机把岩石切割破落下来，转运机构把破碎的矸石转运至机器尾部，由后配套转载机、运输机、梭车、矿车或皮带运输机运走。岩巷掘进机的切割臂可以上下、左右自由摆动，切割出的表面精确、平整，便于支护。履带式行走机构使机器调动灵活，便于转弯、爬坡，对复杂地质条件适应性强。
对于后路矸石运输困难的矿井，可在井下建立矸石仓，将矸石暂时贮存在矸石仓中。
本发明结合钻爆法和掘进机掘进法的优点，采用控制爆破技术和岩巷掘进机，基本实现连续化岩巷掘进，比目前钻爆法、掘进机掘进法的掘进速度均提高2倍以上，正常月掘进速度在200米以上。且提高了巷道质量，采用巷道周边定向控制爆破技术和岩巷掘进机掘进，巷道周边成型好，巷道的不平整度小，减少通风阻力。
另外，定向爆破、松动控制爆破技术极大减少了爆破对围岩的破坏，降低了巷道围岩的支护难度和支护成本。且大大减少了有害气体和粉尘的影响，极大地降低了工人的劳动强度，改善了作业环境，保障了工人的身体健康。
采用松动控制爆破技术为岩巷掘进机掘进中硬以上岩石提供了技术保证，解决了掘进机在中硬岩石掘进时，能耗增大、截齿损耗严重、效率低的问题。
尤其适用于斜井和岩石平巷，适用于各种岩石巷道断面、各种支护方式。
控制爆破的一个具体实施例，如图2所示，炮孔深度一致，无导向孔，深孔局部连续装药爆破方案，包括内容：
(1)炮孔深度：松动爆破的炮孔深度2000～20000mm。
(2)炮孔间距：人工装药，预裂炮孔采用不藕合装药实施预裂爆破，预裂炮孔间距为500～800mm；对于采用井下装药机的深孔预裂爆破，周边预裂炮孔可以采用聚能药卷实施定向断裂爆破，预裂炮孔间距为700～1200mm。预裂炮孔距岩巷轮廓为400～600mm。
松动炮孔间距为800mm～2000mm，松动炮孔距预裂炮孔距离700mm～1200mm。
(3)装药量：预裂炮孔内炸药单耗为0.60～1.20kg/m3，聚能药卷爆破的炸药单耗取较大值。松动炮孔内炸药单耗为0.30～1.00kg/m3，具体药量依据岩性和断面大小确定，较破碎岩石的炸药单耗取小值。
(4)装药结构：人工装药，预裂炮孔采用不藕合装药实施预裂爆破；对于采用井下装药机的深孔定向爆破，周边预裂炮孔采用聚能药卷装药结构实施定向断裂爆破。预裂炮孔及松动炮孔沿炮孔深度轴向布置多个药卷组，每个药卷组布置一个雷管起爆，或采用导爆索连接轴向不同位置的装药。在保证孔口范围岩石松动的要求下尽量减少孔顶位置段药卷组的装药量。
(5)炸药和雷管选择：各种类的炸药依据岩巷条件确定。雷管选用8#电雷管，雷管脚线长度比视炮孔深度确定，单孔使用多个1～3段雷管，孔底部使用低段雷管，依据药卷组数而定，每组药卷一个雷管。
(6)起爆方式：药卷组采用反向起爆(孔底先起爆)或正向起爆(孔顶先起爆)，在允许采用反向起爆的矿井尽量采用反向起爆。
(7)堵塞方法：每组炸药卷之间必须密接严实，外口封填长度不小于0.4m的水炮泥，水炮泥外用粘土炮泥填满捣实，并保证粘土炮泥的封堵长度不小于600mm。
(8)岩巷掘进机作业线：使用适合岩石特点的掘进机，主要由主机与后配套设备组成，实现集约化功能，进一步发挥其效能，提高劳动生产率。对于后路矸石运输困难的矿井，可在井下建立矸石仓，将矸石暂时贮存在矸石仓中。
另一个具体实施例，如图3所示，深松动炮孔与浅松动炮孔间隔布置，深松动炮孔局部连续装药与浅松动炮孔联合爆破方案，无导向孔，包括主要内容：
(1)炮孔深度：深松动炮孔的深度10000mm；浅松动炮孔的深度2000mm。
(2)炮孔间距：人工装药，预裂炮孔采用不藕合装药实施预裂爆破，预裂炮孔间距为500~800mm；对于采用井下装药机的深孔预裂爆破，周边预裂炮孔采用聚能药卷实施定向断裂爆破，预裂炮孔间距为700~1200mm。预裂炮孔距岩巷轮廓为400～600mm。
松动炮孔间距为1000mm～1500mm，松动炮孔距预裂炮孔距离700mm～1200mm。
(3)装药量：预裂炮孔内炸药单耗为0.50～1.20kg/m3，聚能药卷爆破的炸药单耗取较大值。深松动炮孔内炸药单耗为0.30～1.00kg/m3；浅松动炮孔内炸药单耗为0.30～0.70kg/m3，具体药量依据岩性和断面大小确定，较破碎岩石的炸药单耗取小值。
深松动炮孔装药长度为深松动炮孔长二分之一。浅松动炮孔装药长度为浅松动炮孔长三分之一，分为两个药包组。
(4)装药结构：人工装药，预裂炮孔采用不藕合装药实施预裂爆破；对于采用井下装药机的深孔定向爆破，周边预裂炮孔采用聚能药卷装药结构实施定向断裂爆破。
深松动炮孔沿炮孔深度轴向采用连续装药，布置一个雷管起爆。浅松动炮孔装药采用不连续装药，在保证孔口范围岩石松动的要求下尽量减少孔顶位置段药卷组的装药量。
(5)炸药和雷管选择：各种类的炸药依据岩巷条件确定。雷管选用8#电雷管，雷管脚线长度视炮孔深度确定。
(6)起爆方式：采用反向起爆或正向起爆，在允许采用反向起爆的矿井尽量采用反向起爆。
(7)堵塞方法：每组炸药卷之间必须密接严实，外口封填长度不小于0.4m的水炮泥，水炮泥外靠近孔口用粘土炮泥填满捣实，并保证深松动炮孔粘土炮泥的封堵长度不小于800mm、浅松动炮孔粘土炮泥的封堵长度不小于600mm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。