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1、2023/4/231第一节 岩石的性质与分级井巷掘进是煤矿生产一项经常而重要的工作。不论开掘何种井巷，其主要工作都是破岩和支护。破岩和支护的主要对象是各种不同的岩石，其物理力学性质各异。因而，了解岩石的性质，对于合理的确定破岩方法和支护方式，选用适当的凿岩机械、爆破器材和掘进机械，以及正确确定工作定额，具有重要的意义。第1页/共22页2023/4/232第一节 岩石的性质与分级一般认为：岩块是从地壳岩层中切取出来的小块体；岩体是指地下工程周围较大范围内的自然地质体；岩石则是不分岩块和岩体的泛称。“坚固性系数f”：表示岩石破坏的难易程度。式中：岩石的单轴抗压强度，。第2页/共22页2023/4/
2、233表6-1 岩石强度分级表级别级别坚固性程度坚固性程度岩石岩石坚固性系数坚固性系数f fI I最坚固的岩石最坚固的岩石最坚固、最致密的石英岩及玄武岩，其它最坚固、最致密的石英岩及玄武岩，其它最坚固的岩石最坚固的岩石2020II II很坚固的岩石很坚固的岩石很坚固的花岗岩类：石英斑岩，很坚固的很坚固的花岗岩类：石英斑岩，很坚固的花岗岩，硅质片岩；坚固程度较花岗岩，硅质片岩；坚固程度较I I级岩石稍级岩石稍差的石英岩；最坚固的砂岩及石灰岩差的石英岩；最坚固的砂岩及石灰岩1515IIIIII坚固的岩石坚固的岩石致密的花岗岩及花岗岩类岩石，很坚固的致密的花岗岩及花岗岩类岩石，很坚固的砂岩及石灰岩，
3、石英质矿脉，坚固的砾岩，砂岩及石灰岩，石英质矿脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石很坚固的铁矿石1010IIIaIIIa坚固的岩石坚固的岩石坚固的石灰岩，不坚固的花岗岩，坚固的坚固的石灰岩，不坚固的花岗岩，坚固的砂岩，坚固的大理岩，白云岩，黄铁矿砂岩，坚固的大理岩，白云岩，黄铁矿8 8IVIV相当坚固的岩石相当坚固的岩石一般的砂岩，铁矿石一般的砂岩，铁矿石6 6IVaIVa相当坚固的岩石相当坚固的岩石砂质页岩，泥质砂岩砂质页岩，泥质砂岩5 5V V坚固性中等的岩石坚固性中等的岩石坚固的页岩，不坚固的砂岩及石灰岩，软坚固的页岩，不坚固的砂岩及石灰岩，软的砾岩的砾岩4 4VaVa坚固性中等的岩石坚固性中
4、等的岩石各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩，各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩，3 3VIVI相当软的岩石相当软的岩石软的页岩，很软的石灰岩，白垩，岩盐，软的页岩，很软的石灰岩，白垩，岩盐，石膏，冻土，无烟煤，普通泥灰岩，破碎石膏，冻土，无烟煤，普通泥灰岩，破碎的砂岩，胶结的卵石及粗沙砾，多石块的的砂岩，胶结的卵石及粗沙砾，多石块的土土2 2VIaVIa相当软的岩石相当软的岩石碎石土，破碎的页岩，结块的卵石及碎石，碎石土，破碎的页岩，结块的卵石及碎石，坚硬的烟煤，硬化的粘土坚硬的烟煤，硬化的粘土1.51.5VIIVII软岩软岩致密的粘土，软的烟煤，坚固的表土层致密的粘土，软的烟煤，坚固的表土层1.01
5、.0VIIaVIIa软岩软岩微砂质粘土，黄土，细砾石微砂质粘土，黄土，细砾石0.80.8VIIIVIII土质岩石土质岩石腐植土，泥煤，微砂质粘土，湿砂腐植土，泥煤，微砂质粘土，湿砂0.60.6IXIX松散岩石松散岩石砂，细砾，松土，采下的煤砂，细砾，松土，采下的煤0.50.5X X流沙状岩石流沙状岩石流砂，沼泽土壤，包含水的黄土既包含水流砂，沼泽土壤，包含水的黄土既包含水的土壤的土壤0.30.3第3页/共22页2023/4/234第二节 钻眼工作井巷施工首先要破碎岩石，常用的破岩方法有机械破岩和爆破破岩两种。进行爆破破岩，就是要在采掘的煤岩中用钻研工具钻凿炮眼，其深度一般不超过34m，直径35
6、75mm。然后在炮眼中安放一定数量的炸药，炮眼口直至炸药间的一段炮眼放置以不燃的惰性物质（一般为粘土与砂子混合物）做得炮泥，再用一定的方法是炸药在炮眼内起爆，从而产生巨大压力使煤和岩石从其整体中分离出来，并破碎成便于装运的块度。因此，钻眼爆破可分为两项主要工作：钻眼工作和爆破工作。第4页/共22页2023/4/235第二节 钻眼工作一、钻眼机械钻眼（又称凿岩）机具按能源分，有电动、风动、液压、内燃四种。按破岩机理来分，有冲击式、旋转式两种。1电钻用旋转式钻眼法破岩，用电力为动力。煤矿常用的有煤电钻和岩石电钻。第5页/共22页2023/4/236第二节 钻眼工作2、风钻矿山一般常用的风钻有：手持
7、式、气腿式、伸缩式和导轨式几种。3全液压钻机液压凿岩机是以液压为动力的凿岩机，它和风动凿岩机一样，也由冲击机构、转钎机构及排粉系统等组成。YT-23型风钻外形 第6页/共22页2023/4/237第7页/共22页2023/4/238第二节 钻眼工作4掘进凿岩台车目前最广泛采用的掘进凿岩台车，是在可自行的车体上，安立钻臂，钻臂上端安设推进器。凿岩机在推进器的导轨上，因推进机械的作用而前后移动，完成钻进和退钻的动作。钻臂可上下、左右摆动，以便将凿岩机安置在所需钻眼的位置。台车行走机构有轨轮、履带及轮胎三种形式。国产台车目前以轨轮式为主。第8页/共22页2023/4/239CGJ220.2型掘进凿岩
8、台车 第9页/共22页2023/4/2310第二节 钻眼工作二、钻眼工具1、凿岩机钎子：钎头的形状较多，但最常用的是一字形和十字形钎头。2、电钻钻具组合钎子 活动钎头 煤电钻钻具 第10页/共22页2023/4/2311第三节 爆破工作一、炮眼的种类和作用岩石与空气相接触的表面称为自由面。药包中心到自由面的垂直距离叫最小抵抗线。不同最小抵抗线时的集中药包爆破现象 第11页/共22页2023/4/2312第三节 爆破工作掏槽眼：首先爆炸的炮眼，其作用在于增加自由面。辅助眼：在掏槽眼的外围，除崩落岩石外，还能扩大所掏的槽，提高周边眼的爆破效果。周边眼：靠近巷道的周边，其作用在于使巷道获得一定的形状
9、和规格。炮采工作面常用的炮眼布置图（演示）第12页/共22页2023/4/2313第三节 爆破工作二、矿用炸药 炸药是一种固体或液体的化合物或混合物。当这种物质受到一定的外界能量作用时(遇热、机械冲撞力、其它炸药爆炸的影响)，就能迅速分解，同时产生大量的气体和热量。在炸药迅速分解的过程中，由于气体的膨胀作用对周围介质产生突然的冲击压力，致使介质破坏，同时发生巨大的音响和振动，这种现象称为爆炸。爆炸与燃烧的区别：爆炸与燃烧的共同点均是散发气体和热量，但燃烧的反应速度很慢，所以热量不能聚积，气体产生随即溢散。爆炸则反应速度很快，每秒钟达几百乃至几千米，而且产生很高的温度(15004500)和大量的
10、气体。第13页/共22页2023/4/2314第三节 爆破工作 1硝甘炸药 硝甘炸药的优点是爆炸力强，并具有良好的抗水性，所以特别适用于爆破含水较多的坚硬岩石或矿石。例如多在开凿水量较大的井筒时使用。硝甘炸药的缺点是敏感性很强，受到撞击或摩擦就可能引起爆炸。而且还易于冻结、失效和出现汗渍。2硝铵炸药 硝铵炸药是我国煤矿中广泛采用的炸药。它的主要成分是硝酸铵(NH4NO3)，此外，还含有三硝基甲苯(TNT)、锯末及炭粉等。适用于有瓦斯和煤尘爆炸危险矿井中的硝铵炸药称为安全炸药。在爆炸时它产生短而温度较低的火焰，可避免引起瓦斯或煤尘爆炸。第14页/共22页2023/4/2315第三节 爆破工作三、
11、起爆器材起爆器材就是供给炸药能量使其爆炸的器材。起爆器材在煤矿中包括导爆索、雷管及发爆器。1导爆索 导爆索(又称导爆线)是用来传递爆炸波，并直接引爆炸药的。但它本身需要雷管引爆。2雷管 雷管是用来起爆炸药和导爆索的。它是最常用的起爆器材。雷管呈圆柱形，管壳用纸、铜和铝制成，内盛起爆炸药，直径为68mm，长约4050mm。国产毫秒延期电雷管各段的微差时间从25ms到300ms，最大延期可达2000ms。段数可达20段。第15页/共22页2023/4/2316第三节 爆破工作3发爆器 发爆器是电雷管起爆的电源，目前我国矿山中普遍得到推广使用的是电容式发爆器。根据是否防爆，发爆器可分为防爆型及非防爆
12、型两种。在有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井中，必须使用防爆型发爆器。第16页/共22页2023/4/2317第三节 爆破工作四、装药1炮眼装药量的计算 每爆破一次的炸药总消耗量(Q)，根据下式计算：Q=qV kg 式中：q每爆破1m岩石所需之炸药消耗量，kg/m3；V岩石爆破量m3。每个炮眼的平均炸药消耗量(r)：r=Q/N,kg/个式中：N炮眼数目，个。第17页/共22页2023/4/2318第三节 爆破工作2装填方法楔形掏槽两边炮眼的角度对称，装药量也要一致，否则，爆破力量偏向一边，易打倒支架。周边眼最好多些，装药量则少些，这样，有利于巷道轮廓面的规整和围岩的稳定。起爆药卷在炮眼里的位置应靠近眼
13、口，作为最外面一个(或第二个)药卷，使雷管有聚能穴的一端朝向眼底，并堵上炮泥。煤矿安全规程规定：封泥应用水炮泥，也可用不燃性的、可塑性的松散材料制成，如砂子、粘土和砂子混合物等。禁止使用块状材料或可燃性材料作封泥。无封泥的炮眼，严禁放炮。封泥多用粘塑性好的砂、土混合而成；也有用水炮泥的(塑料套装水)。水炮泥既起堵孔的作用，又起消尘和减少有害气体的作用。第18页/共22页2023/4/2319第三节 爆破工作3联线方式 井巷掘进爆破中，可有三种雷管联线方式，即串联、并联和混联(串并联及并串联)。采用串联时，联线简单，而且通过每个雷管的电流相等，故串联法在煤矿的巷道掘进爆破中使用最广，缺点是只要一
14、个雷管断路则整个串联组拒爆。并联方法可靠，但所需起爆电流较大。在井下大爆破中，一般炮孔的数目都比较多，因此多采用混联。第19页/共22页2023/4/2320第三节 爆破工作五、毫秒爆破利用毫秒雷管或其它设备控制放炮的顺序，使每段之间只有几十毫秒的间隔，叫做毫秒爆破或微差爆破。第20页/共22页2023/4/2321思考题1岩石分级的目的是什么？举出两种常用的岩石分级方法，并说明其特点？2炮眼的种类和作用？矿用炸药的种类和特点？简述钻眼爆破常用的起爆器材及其工作原理？什么是毫秒爆破？其爆破效果有何特点？分析光面爆破的机理？第21页/共22页2023/4/23河南理工大学采煤概论22感谢您的观看！第22页/共22页