《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》是金誠信礦業建設集團有限公司、中國有色金屬工業第十四冶金建設公司完成的建築類施工工法，完成人是王先成、劉文成、譚金勝、趙守昌、賈計。適用於非煤礦山建設，生產過程中利用鑿岩台車進行開拓、采準、切割等平巷掘進施工。
《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》主要的工法特點是方法簡單且操作性強，利於工人掌握；針對圍岩完整的作業面，套用了光面爆破技術；針對圍岩破碎巷道成型難的作業面，套用了預裂爆破技術，降低了爆破對巷道圍岩的破壞，減少了超挖量，降低了支護等級，節約了施工成本。
2011年9月，《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法
- 工法編號：GJEJGF314-2010
- 完成單位：金誠信礦業建設集團有限公司、中國有色金屬工業第十四冶金建設公司
- 主要完成人：王先成、劉文成、譚金勝、趙守昌、賈計
- 套用實例：中色建設非洲礦業有限公司尚比亞謙比西銅礦
- 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
隨著採礦業的發展和施工技術的不斷提高，鑿岩台車越來越多地套用於地下礦山的平巷掘進中。但截至2009年鑿岩台車在地下礦山的套用情況並不理想，主要表現在鑿岩台車的單循環進尺小，炮孔利用率只有75%-85%，嚴重影響了鑿岩台車效率的發揮。
工法特點
《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》的工法特點是：
1.觀察作業面完整情況、用鑿岩台車每孔純鑿岩時間判定圍岩的堅硬程度，從而判定該作業面屬難爆還是易爆，該方法簡單且操作性強，利於工人掌握。
2.針對難爆岩石炮效低的問題，套用了創新的倒三角掏槽方法，既利於工人操作又提高了炮孔利用率，可大大縮短工期。
3.針對圍岩完整的作業面，套用了光面爆破技術；針對圍岩破碎巷道成型難的作業面，套用了預裂爆破技術。降低了爆破對巷道圍岩的破壞，減少了超挖量，降低了支護等級，節約了施工成本。
操作原理
適用範圍
《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》適用於非煤礦山建設，生產過程中利用鑿岩台車進行開拓、采準、切割等平巷掘進施工。
工藝原理
《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》的工藝原理敘述如下：
- 判定作業面可爆性原理
1.判定作業面岩體的完整性
根據《工程岩體分級標準》GB 50218-94，工程岩體的完整程度劃分見表1和表2。
名稱 | 結構面發育程度 | 結構面的結合程度 | |
組數 | 平均間距（米） | ||
完整 | 1~2 | >1.0 | 結合好、結合一般 |
較完整 | 1~2 | >1.0 | 結合差 |
2~3 | 1.0~0.4 | 結合好、結合一般 | |
較破碎 | 2~3 | 1.0~0.4 | 結合差 |
≥3 | 0.4~0.2 | 結合好、結合一般 | |
破碎 | ≥3 | 0.4~0.2 | 結合差 |
≤0.2 | 結合一般、結合差 | ||
名稱 | 結構面特徵 |
結合好 | 張開度小於1毫米，無充填物 |
張開度1~3毫米，矽質或鐵質膠結；張開度大於3毫米，結構面粗糙，矽質膠結 | |
結合一般 | 張開度1~3毫米，鈣質或泥質膠結；張開度大於3毫米，結構面粗糙，鐵質或鈣質膠結 |
結合差 | 張開度1~3毫米，結構面平直，為泥質或泥質和鈣質膠結；張開度大於3毫米，泥質或岩屑充填 |
對於表1中完整和較完整的作業面，該工法稱之為作業面完整；對於表1中較破碎和破碎的作業面，該工法稱之為作業面破碎。
2.判定作業面岩石的堅硬程度
將鑿岩台車的軸推力設定為7.5兆帕，以孔深3.5米為例，如果每孔的純鑿岩時間大於等於140秒，該岩石屬“硬岩”；如果每孔純鑿岩時間小於140秒，該岩石屬“軟岩”。
3.確定作業面的可爆性
如果作業面完整，同時岩石屬“硬岩”，那么該作業面屬難爆作業面；否則，該作業面屬易爆作業面。
- 倒三角掏槽原理
1.選擇掏槽空孔數量
鑿岩台車的鑽孔深度為3~3.5米，根據表3，擇2個空孔和3個空孔理論上均可。兩大空孔掏槽方式見圖1和圖2。
序號 | 炮孔深度（米） | 空孔數質最小值 |
1 | 小於3米 | 1 |
2 | 3~3.5米 | 2 |
3 | 3.5~5米 | 3 |
將圖1與圖2比較，倒三角掏槽的補償係數優於兩大空孔掏槽。
另外掏槽方式中還有四空孔掏槽：一方面四空孔掏槽的補償係數小於倒三角掏槽；另一方面四空孔多了一個大空孔，使鑿岩時間變長，增加鑽頭的磨損，而且裝藥孔和四空孔之間容易發生穿孔現象。
綜上所述，掏槽空孔的最佳數量為3個。
2.確定1段裝藥孔孔距
鑿岩台車平巷掘進中空孔的直徑為90毫米，裝藥孔的直徑為48毫米。如圖3所示，取1段裝藥孔與空孔的孔距為141毫米。
圖3 孔距與空孔直徑的關係
3.確定1段裝藥孔的位置
傳統的三空孔掏槽方式中，1段裝藥孔位於三個空孔三角形外面，補償係數小。而倒三角掏槽將1段裝藥孔移到三角形的內部，一方面空孔補償係數大，另一方面爆破的力量從內向外掏槽效果非常好。
- 巷道成型爆破原理
圍岩完整的作業面套用光面爆破技術，對於圍岩破碎的作業面套用預裂爆破技術。
1.光面爆破技術
光面爆破效果取決於兩方面：一方面是炮孔密集係數米，另一方面是爆炸能量。光面爆破要求炮孔間距小於抵抗線，即m<1，使應力波在兩相鄰炮孔間的傳播距離小於應力波至臨空面的傳播距離，可使反射拉伸波從最小抵抗線方向折回之前造成貫穿裂縫，隔斷反射拉伸波向圍岩傳播的可能，減少圍岩破壞。該工法採用的密集係數m=0.75~0.90，效果較好。
減小藥包直徑，減少裝藥量，採用低密度和低爆速的炸藥，以便控制炸藥爆炸能量及其作用，降低爆炸衝擊波的峰值壓力，削弱它在岩石中引起的應力波強度，避免在炮孔周圍產生壓碎區，而使爆破作用集中到需要爆落的一側岩石上，減弱對原岩體的破壞作用。該工法採用中32毫米小直徑藥卷，空氣間隔裝藥。
2.預裂爆破技術
預裂爆破首先起爆周邊眼，在其他炮眼未爆破之前先沿著開挖輪廓線預裂爆破出一條用以反射爆破地震應力波的裂縫。由於這個預裂面的存在，對後爆的掏槽眼、輔助眼的爆轟波能起反射和緩衝作用，減輕爆轟波對圍岩的破壞影響，保持岩體的完整性，使爆破後的開挖面整齊規則。與光面爆破相比，可適當增大裝藥量。
施工工藝
《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》的施工工藝流程及操作要點敘述如下：
- 工藝流程
工藝流程見圖4。
圖4 非煤礦山鑿岩台車平巷掘進施工工藝流程圖
- 操作要點
一、測量放線
在鑿岩台車平巷掘進過程中，測量放線起著重要的作用。在工程開工之前，首先要校驗導線點：測量人員用全站儀採用測回法觀測，一個測回，一次對中，長度測量差不得大於邊長的1/3000，導線最大相對閉合差不超過13000。導線點校驗後，巷道開口和中心線用經緯儀標定，巷道腰線用水準儀標定。巷道每掘進10米，測量人員標定一次巷道中心線和腰線。
二、清理作業面
鑿岩台車進入作業面之前，施工人員首先檢撬頂板，確認安全後鑿岩台車方可進入。鑿岩台車進入後，首先用水清洗作業面，然後將作業面的浮碴清理，之後施工人員利用三角耙將岩碴耙走。經過清理作業面，施工人員可畫孔位，鑿岩台車可安全快捷、準確無誤地鑽孔。
三、在作業面上畫孔位
作業面炮孔類型分三種：掏槽孔、輔助孔和周邊孔。在這三種炮孔中，掏槽孔和周邊孔尤為重要，前者決定進尺，後者決定巷道成型。所以，在鑿岩台車鑽孔前，必須將掏槽孔和周邊孔的孔位按照爆破設計點到作業面上。而輔助孔不需點到作業面上，由台車工自己負責布置，這樣既不影響爆破效果，又可節省時間，提高施工效率。
四、判定作業面的可爆性
根據表1和表2，施工人員首先判定作業面的完整性。然後鑿岩台車施工掏槽孔的三個空孔（空孔包括小孔施工和擴孔，在此只是完成小孔施工）和1段裝藥孔。通過這4個孔的施工，施工人員獲得每孔純鑿岩的平均時間t，如果t≥140秒，該岩石屬“硬岩”，否則屬“軟岩”。如果作業面完整，岩石屬“硬岩”，那么該作業面難爆，否則該作業面易爆。
五、鑽孔
1.炮孔深度：合理的炮孔深度有助於提高掘進速度和炮眼利用率，截至2009年，普遍存在加大孔深以減少作業循環次數的趨勢。掏槽孔、輔助孔和周邊孔的孔深相同，均為3.5米。該工法沒有將掏槽孔設計超深，在所有炮孔孔深相同的情況下，爆破後作業面平整，方便下一次鑿岩台車鑽孔。
2.炮孔角度：掏槽孔和輔助孔均平行於巷道中心線並保持水平；頂眼向上傾斜2°，腰眼向外傾斜2°，底眼向下傾斜3°
3.鑽孔順序：鑽孔順序是按照炮孔的重要性制定的。首先鑽掏槽孔，之後是周邊孔，最後鑽輔助孔。
4.炮孔布置圖：巷道斷面以4.2米×3.7米為例，難爆作業面炮孔布置見圖5，易爆作業面炮孔布置見圖6，圖中1~7為鑽孔順序。
六、裝藥
1.裝藥係數（表4）
作業面可爆性 | 掏槽孔 | 第一圈輔助孔 | 第二、三圈輔助孔 | 頂眼、腰眼 | 底眼 |
難爆 | 0.90 | 0.75 | 0.70 | 0.55 | 0.8 |
易爆 | 0.85 | 0.70 | 0.60 | 0.50 | 0.75 |
2.炸藥選擇（表5）
掏槽孔 | 輔助孔 | 頂眼、腰眼 | 底眼 |
ф40毫米水膠炸藥 | ф36平方毫米號岩石炸藥 | ф32平方毫米號岩石炸藥 | ф40毫米水膠炸藥 |
註：對於難爆作業面和易爆作業面炸藥選擇相同；水膠炸藥可用乳化炸藥代替。
3.裝藥方式（表6）
名稱 | 掏槽孔 | 輔助孔 | 頂眼、腰眼 | 底眼 |
裝藥結構 | 連續裝藥 | 連續裝藥 | 空氣間隔裝藥 | 連續裝藥 |
起爆方式 | 雙雷管孔底起爆 | 單雷管孔底起爆 | 單雷管導爆索孔底起爆 | 雙雷管孔底起爆 |
註：孔口採用炮泥填塞，如果沒有炮泥，可利用紙殼用水浸濕後填塞。
光面爆破和預裂爆破需將小藥卷炸藥、導爆索綁紮在竹竿上，竹竿長度3.5米，直徑不超過10毫米，竹竿提前在地面加工好。
七、連線、起爆
1.連線：將作業面所有炮孔內的塑膠導爆管分成兩組，左面一組，右面一組，每組在孔外再連線2發0段的塑膠導爆管，這樣確保每發導爆管引爆的雷管數不超過20個。最後將4發0段的塑膠導爆管與起爆雷管連線。在此過程中，起爆用的雷管與導爆管綑紮端的端頭距離不小於15厘米，並用膠布將雷管與導爆管均勻綑紮牢固。
2.起爆：使用導爆管擊發器引爆0段導爆管，0段導爆管引爆孔內的導爆管，孔內導爆管引爆炸藥。
八、通風
爆破後，開動11千瓦的軸流風機進行壓入式局部通風，結合主扇通風使炮煙儘快消散。
九、出碴
經通風吹散炮煙、等待時間超過15分鐘，檢查確認井下空氣合格後，使用Toro301D出碴。
- 施工組織
採用連續工作制，每天3班，每班8小時。
施工人員（1個機組）：鑿岩台車每台班4個人，其中1個操作工、2個爆破工、1個輔助工。鏟車每台班1個司機。操作工和輔助工負責清理作業面、鑽孔；爆破工負責領藥、裝藥、爆破。
施工設備（1個機組）：1台鑿岩台車配1台Toro301D鏟運機。鑿岩台車和鏟運機每月保養時間為2天。考慮設備故障及其他原因，每台設備每月實際工作天數不低於24天。
對於獨頭作業面：每班確保1炮，並在當班完成出碴，每月掘進不少於200米。
對於多作業面：鑿岩台車完成2炮掘進，鏟車完成2個作業面的出碴，每月掘進不少於400米。
材料設備
《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》所用的材料及設備明細如下：
- 主要施工材料
主要施工材料見表7。
序號 | 材料名稱 | 規格型號 | 備註 |
1 | 水膠炸藥 | ф40毫米x330毫米 | 用於掏槽孔、底眼 |
2 | 2號岩石炸藥 | ф36毫米x200毫米 | 用於輔助孔 |
3 | 2號岩石炸藥 | ф32毫米x200毫米 | 用於頂眼、腰眼 |
4 | 導爆索 | ∕ | 用於控制爆破 |
5 | 非電塑膠導爆管 | 半秒 | ∕ |
主要施工設備
主要施工設備見表8。
序號 | 設備名稱 | 規格、型號 | 數量 | 備註 |
1 | 鑿岩台車 | Boomer 281 | 1 | ∕ |
2 | 鏟裝機 | Toro301D | 1 | ∕ |
3 | 導爆管擊發器 | ∕ | 1 | 用於起爆導爆管 |
4 | 局扇 | 11千瓦 | 2 | 用於局部通風 |
5 | 全站儀 | 拓撲康2秒機 | 1 | 用於測量導線點 |
6 | 經緯儀 | TDJ2 | 1 | 巷道開口和中心線測量 |
7 | 水準儀 | FA-32 | 1 | 巷道腰線測量 |
8 | 雷射指向儀 | JDY-1 | 1 | 用於巷道對中 |
參考資料：
質量控制
《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》的質量控制要求如下：
- 質量標準
鑿岩台車平巷掘進的施工及驗收執行《礦山井巷工程施工及驗收規範》GBJ 213-90，其允許偏差按表9執行。
項目 | 允許偏差（毫米） | 檢查頻率 | 檢測方法 | |
巷道起點標高 | 100 | ∕ | 全站儀 | |
硐室淨寬半徑 | 主要運輸巷道 | 0~150 | 每10米一次 | 鋼捲尺 |
其他巷道 | -50~+15 | 每10米一次 | ||
巷道淨高 | 腰線上 | -30~+150 | 每10米—次 | 鋼捲尺 |
腰線下 | -30~+150 | 每10米一次 | ||
註：巷道底板應平整，局部凸凹深度不應超過設計規定100毫米；巷道輪廓線應留下60%以上的眼痕。 | ||||
- 保證措施
1.建立該項目工程質量責任制，在公司技術質量部指導下負責各項質量管理工作。
2.嚴格執行設計標準和該工程招標檔案所規定的施工技術標準，確保施工圖設計、施工組織設計的有效實施。
3.定期召開施工調度、質量分析會議，負責質量整改措施和糾正措施的實施，抓好施工過程控制，使施工質量在受控狀態下進行。
4.巷道拱部、牆部控制爆破的炮孔嚴格按照設計布置，並用油漆畫點；藥卷與導爆索、竹竿綁紮牢固，間隔裝藥，藥卷均勻分布。
安全措施
採用《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1.堅決貫徹“安全第一，預防為主”的方針，以防為主，防管結合，專職管理和民眾管理相結合，做到精心組織、文明施工，杜絕死亡、重傷和一級非傷亡事故。
2.公司總經理是安全管理的最高管理者，生產副總經理作為最高管理者代表，部署項目部安全管理工作和任命安全管理專職人員。
3.項目部建立了完善的施工安全保證體系，明確了各級人員的安全責任。
4.貫徹落實安全生產、安全例會等規章制度，做好技術交底，詳細安全操作規程，加強三級安全教育。
5.爆破員持證上崗。
6.根據《礦山安全標誌》GB 14161-2008，施工現場設立安全警示標識。
7.井下施工嚴格執行《金屬非金屬礦山安全規程》GB 16423-2006。
8.當鑿岩台車去另一個工作面打眼時，原工作面設定良好的照明。
9.爆破作業與爆炸物品管理嚴格執行《爆破安全規程》GB 6722-2003。
10.井下工作面所用炸藥、雷管應分別存放在加鎖的專用爆破器材箱內，每次起爆時將爆破器材箱放置於警戒線以外的安全地點。
11.在危險區邊界設定明顯標誌，派出崗哨，發布“預警信號”、“起爆信號”和“解除警報信號”。
12.優先採用有利於防止職業病和保護勞動者健康安全的新技術、新工藝、新材料，逐步替代危害員工健康安全的技術、工藝、材料及設備設施。
13.為所有員工參加工傷社會保險，為員工繳納保險費。
14.為及時準確處理施工生產中可能發生的事故和緊急情況，制定事故應急救援預案，建立應急準備與回響網路，並設應急救援領導小組，在急救過程中採取“先人後物”的原則，依次進行。
環保措施
《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》的環保措施如下：
1.成立施工現場環境管理領導小組，建立健全環境管理體系。
2.加強教育，讓員工自覺形成環保意識，最大限度地減少施工中的粉塵、噪聲和環境污染。
3.施工過程中產生的廢棄物應及時分類清運，保持清潔。
4.優先選用先進的環保炸藥，減少炸藥爆炸後產生的有害成分。
5.對重要的環境因素採取控制措施，措施落實到人，保證施工現場的良好氛圍。
效益分析
《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》的效益分析是：
1.該公司通過對掘進掏槽技術和控制爆破技術的理論研究和現場試驗，成功地採用了創新的倒三角掏槽技術，解決了難爆作業面的掏槽進尺小、破碎工作面成型差的技術難題。
2.由於提高了炮孔利用率以及精心組織施工，單機組獨頭掘進月進尺不少於200米，單機組多作業面掘進月進尺不少於400米，使鑿岩台車的效率得到了充分發揮，掘進台效提高20%以上。
3.通過判定作業面的可爆性，不僅提高了掘進效率，而且降低了單位掘進量的炸藥消耗和設備、材料的損耗；通過套用控制爆破技術，減少了超挖量，降低了支護工作量；由於施工效率的提高，減少了鑿岩台車和人員的投入，從而降低了施工成本。
4.2001年11月，謙比西項目部創造單機平巷掘進每月447.1米的成績。
5.單位運用此工法的工程實例，僅就為建設單位早日投產的經濟效益計算，已創造綜合經濟效益1000餘萬元，若計算該單位的設備、材料、人工成本的節約，創造的經濟效益已達2000餘萬元。
註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算
套用實例
《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》的套用實例如下：
- 實例1：中色建設非洲礦業有限公司尚比亞謙比西銅礦
公司於2001年1月中標承建了“尚比亞謙比西銅礦恢復生產建設——A標段工程”。2001年11月，公司以鑿岩台車單機台平巷月掘進447.1米的成績。該工程於2002年8月竣工。該工程採用鑿岩台車掘進施工，套用了易於工人掌握的判斷作業面可爆性方法、倒三角掏槽理論和巷道光爆成型技術。
- 實例2：昆鋼集團大紅山鐵礦
公司於2004年1月中標承建了昆鋼大紅山鐵礦III礦體30萬噸/年採礦工程的采切工程。2004年5月，在岩石硬度係數14、掘進斷面16~21平方米的多工作面平巷掘進中，取得了鑿岩台車單機月進尺408.6米的成績。該工程於2006年12月竣工。該工程採用鑿岩台車掘進施工，套用了易於工人掌握的判斷作業面可爆性方法、倒三角掏槽理論和巷道光爆成型技術。
- 實例3：首雲礦業股份有限公司首雲鐵礦
首雲礦業股份有限公司首雲鐵礦三標段主迴風井及-16米中段開拓工程於2006年10月中標承建，該工程為雙軌巷，全長1200米，巷道掘進斷面16.28平方米，總工程量19536立方米，設計採用噴射混凝土支護。
該工程採用鑿岩台車掘進施工，套用了易於工人掌握的判斷作業面可爆性方法、倒三角掏槽理論和巷道光爆成型技術，斷面控制成型好。經精心組織，安全、高效地提前完成，比計畫工期提前了3個月。
榮譽表彰
2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《非煤礦山鑿台車平巷快速掘進施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。
