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文檔簡介
礦山安全第六章地下礦山開采安全技術(shù)
金屬非金屬地下礦山是指開采金屬礦石、放射性礦石以及作為化工原料、建筑材料、輔助材料及其他非金屬礦物(煤炭除外)的地下礦山。地下開采是通過地表向下掘進一系列通達(dá)礦體的井巷來開采礦石的方法,具有投資少、適應(yīng)性強、占地面積小等優(yōu)點。地下開采是一個復(fù)雜的生產(chǎn)過程,必須綜合利用地質(zhì)、開拓、掘進、運輸、提升、通風(fēng)、爆破、動力、安全技術(shù)及組織管理等科學(xué)技術(shù)。第一節(jié)地下開采概述一、開采范圍與開采順序
(一)礦區(qū)、礦田和井田劃歸一個公司或礦務(wù)局開采的礦床叫礦區(qū),劃歸一個礦山開采的礦床或其一部分叫礦田,劃歸一個礦井(坑口)開采的礦床或其一部分叫井田。一個礦區(qū)可包括一個或幾個礦田,一個礦田可包括一個或幾個井田。礦區(qū)、礦田和井田絕大多數(shù)是按自然賦存條件劃分的。生產(chǎn)中往往將一個大礦體或比較鄰近的若干礦體劃為一個井田進行獨立開采。一般認(rèn)為井田的走向長度500~800m,深度500~600m,開采較為經(jīng)濟合理。(二)階段和采區(qū)在井田范圍內(nèi)開采傾斜和急傾斜礦床時,每隔一定的垂直高度要掘進與礦床走向一致的主要運輸平巷,將井田沿垂直方向劃分為一個個的礦段,這種礦段稱為階段或中段。階段的長度等于井田邊界沿走向的長度,階段高度等于上下兩個相鄰階段平巷間的垂直距離。緩傾斜礦床的階段高度通常為20~30m,急傾斜礦床的階段高度通常為50~60m,也有高達(dá)80~120m的。
階段高度主要取決于礦體的賦存條件和使用的采礦方法。合理的階段高度應(yīng)在保證安全的前提下,使開采每噸礦石的總費用最小,新階段的準(zhǔn)備時間最短。在階段范圍內(nèi),沿礦體走向把階段劃分成若干采區(qū)或礦塊。它是進行采礦工作的基本單元,一般都有采區(qū)運輸、通風(fēng)、聯(lián)絡(luò)等通道,可獨立地完成全部回采工作。采區(qū)的范圍是:沿傾斜方向以上下兩個階段平巷為界,沿走向以采區(qū)天井為界(有時以間柱中心線或假想的垂直分界線為界),采區(qū)的大小用采區(qū)長度、采區(qū)高度及采區(qū)的寬度尺寸表示。
(三)開采順序井田中階段的開采順序一般是由上而下,先采上部階段,后采下部階段,稱為下行開采。在某些特殊條件下也可采用由下往上的回采順序,即上行開采。在階段中,各采區(qū)沿走向的開采順序是以主井或主平硐為標(biāo)準(zhǔn)的。主井或主平硐位于階段的中部或附近時,則主并或主平硐把階段劃分為兩翼,兩翼可同時回采,也可以一翼采完后再采另一翼。前者稱為雙翼回采,后者稱為單翼回采。主井或主平硐位于階段的端部時,整個階段均在主井或主平硐的一側(cè),此時階段的回采稱為側(cè)翼回采。在階段的每翼中,采區(qū)沿走向的開采順序是由主井或主平銅向井田邊界方向回采,稱為前進式回采;由井田邊界向主井或主平硐方向回采,稱為后退式回采。初期向井田邊界前進式回采,當(dāng)階段采準(zhǔn)完成后,又從井田邊界開始后退式回采時,稱為聯(lián)合式回采。當(dāng)開采相鄰較近的礦體時,特別是開采平行礦脈群時,應(yīng)先開采上盤的礦體,后開采下盤的礦體。當(dāng)把采區(qū)劃分為若于礦房和礦柱后,先采礦房,后采礦柱,稱為二步驟開采。而采區(qū)不劃分礦房、礦柱時,階段以采區(qū)為單位一次采完,稱步驟開采。二、開采步驟
地下礦山開采的主要步驟如下。
1.開拓工作指從地面掘進一系列井巷達(dá)到礦床,使礦床連通地面,形成行人、運輸、通風(fēng)、排水、供電、供風(fēng)、供水等系統(tǒng)。
2.采準(zhǔn)工作指在已開拓完畢的礦床里,掘進采準(zhǔn)巷道,將階段劃分成礦塊作為回采的獨立單元,并在礦塊內(nèi)創(chuàng)造行人、鑿巖、放礦、通風(fēng)等條件。采準(zhǔn)系數(shù)是指每一千噸礦塊采出礦石總量所需掘進的采準(zhǔn)、切割巷道米數(shù)。
3.切割工作指在已采準(zhǔn)完畢的礦塊內(nèi),為大規(guī)?;夭傻V石開辟自由面和自由空間。
4.回采工作包括落礦、運搬和地壓管理等三項主要作業(yè)。(1)落礦是以切割空間為自由面,用鑿巖爆破方法崩落礦石。一般根據(jù)礦床的賦存條件、所采用的采礦方法及鑿巖設(shè)備,選用淺孔、中深孔、深孔和藥室等落礦方法。(2)礦石運搬是指在礦塊內(nèi)把崩下的礦石運搬到階段運輸巷道,并裝入礦車。運搬方法主要有重力運搬和機械運搬(電耙、裝運機、汽車等)。(3)地壓管理是指在回采過程中或礦石采出后,為保證開采工作的安全,對采場、礦柱、巷道及上下盤圍巖所發(fā)生的變形、破壞、崩落等地壓現(xiàn)象采取必要的技術(shù)措施,控制地壓和管理地壓,消除地壓所造成的不良影響。三、地下開采礦山安全生產(chǎn)的基本條件(1)地下開采礦山的井口和平硐及其主要構(gòu)筑物的位置應(yīng)不受巖移、滑坡、滾石、地表塌陷、山洪暴發(fā)和雪崩的威脅。井口標(biāo)高應(yīng)在歷年最高洪水位1~3m以上。(2)主要井巷的位置應(yīng)布置在穩(wěn)定的巖層中,避免布置在含水層、斷層和受斷層破壞的巖層中,特別是在巖溶發(fā)育的地層的流砂中。若難以避開時,應(yīng)由專門設(shè)計,并報主管部門批準(zhǔn)。(3)每個生產(chǎn)礦井,必須有兩個獨立的能上下人的直達(dá)地表的安全出口,兩個出口之間的距離不能小于30m;各個生產(chǎn)中段(水平)和各個采場必須要使兩個能上下人的安全出口與直達(dá)地表的安全出口相通。礦山兩個通往地面的安全出口中,如有一個出口不適于人員通行時,應(yīng)停止坑內(nèi)采掘工作,直至修復(fù)或設(shè)置新出口時為止。(4)采礦方法和開采順序合理,并符合安全規(guī)程的要求。(5)選用適應(yīng)頂板特點的支護型式和器材,井下巷道斷面的寬度和高度應(yīng)滿足生產(chǎn)和行人的要求。(6)礦井有完整、合理的通風(fēng)系統(tǒng),采用機械通風(fēng);新礦井、新水平(區(qū)段)、新采區(qū)的開采應(yīng)按設(shè)計的要求形成通風(fēng)系統(tǒng),井下通風(fēng)構(gòu)(6)礦井有完整、合理的通風(fēng)系統(tǒng),采用機械通風(fēng);新礦井、新水平(區(qū)段)、新采區(qū)的開采應(yīng)按設(shè)計的要求形成通風(fēng)系統(tǒng),井下通風(fēng)構(gòu)筑物、設(shè)備設(shè)施的設(shè)置和質(zhì)量以及通風(fēng)的風(fēng)質(zhì)、風(fēng)量、風(fēng)速要符合礦山安全規(guī)程的要求。(7)礦井開采的防排水、防塵供水、供電、照明安全可靠,對開采中產(chǎn)生的噪聲、振動、有毒有害物質(zhì)等有預(yù)防措施。(8)提升運輸系統(tǒng)的安全保護和信號裝置齊全可靠,其設(shè)備的選擇、安裝、試運轉(zhuǎn)要符合安全要求;按規(guī)定選擇電氣設(shè)備、儀器儀表,其安裝和保護裝置符合要求并安全可靠。(9)尾礦和排土場的設(shè)置符合安全規(guī)程的要求。(l0)有自燃傾向的礦井需安裝完善的防滅火系統(tǒng),消防器材、材料配置及數(shù)量要符合要求。(11)按規(guī)定建立礦山救護組織,配備救護器材,制定了事故應(yīng)急救援預(yù)案。(l2)安全生產(chǎn)規(guī)章制度健全,按要求設(shè)置安全管理機構(gòu),配置安全管理人員,對特種作業(yè)人員按規(guī)定進行教育培訓(xùn)與考核,持證上崗。第二節(jié)井巷工程安全技術(shù)一、礦床開拓及安全要求為了開發(fā)地下礦床,首先需要從地表向地下掘進一系列井巷通達(dá)礦體,使地表與礦床之間形成完整的運輸、提升、通風(fēng)、排水、行人、供電、供水等生產(chǎn)系統(tǒng),這些井巷的開掘工作稱為礦床開拓。為開拓礦床而掘進的井巷稱開拓井巷,所有的開拓井巷在空間的布置體系就構(gòu)成了該礦床的開拓系統(tǒng)。開拓井巷分為主要開拓井巷和輔助開拓井巷。凡屬主要運輸、提升礦石和礦內(nèi)通風(fēng)的井巷,均為主要開拓井巷;采礦時僅起輔助作用的井巷稱為輔助井巷,如通風(fēng)并、充填巷道、專用安全出口、水泵站積水倉等。(一)礦床開拓方法根據(jù)主要開拓巷道形式的不同,礦床開拓可分為:平硐、豎井、斜井、斜坡道和聯(lián)合開拓五大類。按井巷與礦床的相對位置可分為:下盤開拓、上盤開拓和側(cè)翼開拓。礦床開拓方法分類見表6-1。開拓方法井巷型式典型開拓方案單一開拓法平硐開拓平硐沿脈走向平硐開拓、垂直走向上盤平硐開拓、垂直走向下盤平硐開拓斜井開拓斜井脈內(nèi)斜井開拓、上盤斜井開拓、側(cè)翼斜井開拓豎井開拓豎井豎井分區(qū)式開拓、豎井階段分區(qū)式開拓斜坡道開拓斜坡道直線式斜坡道開拓、螺旋式斜坡道開拓、折返式斜坡道開拓聯(lián)合開拓法平硐與井筒聯(lián)合開拓平硐與豎井或斜井,平硐與盲豎井或盲斜井平硐與豎井開拓、平硐與斜井開拓、平硐與盲豎井開拓、平硐與盲斜井開拓明井和盲井聯(lián)合開拓明豎井或明豎井與盲豎井或盲斜井明豎井與盲豎井開拓、明豎井與盲豎井開拓、明斜井與盲豎井開拓、明斜井與盲斜井開拓平硐、井筒與斜坡道聯(lián)合開拓平硐、豎井、斜井與斜坡道平硐與斜坡道開拓、豎井與斜坡道開拓、斜井與斜坡道開拓表6-1礦床開拓方法分類表
(二)平硐開拓
平硐開拓適用于開采賦存于侵蝕基準(zhǔn)面以上山體內(nèi)的礦體,具有建設(shè)速度快、簡便經(jīng)濟、安全可靠和管理方便等特點。根據(jù)平硐與礦體的相對位置,平硐開拓有沿礦體走向(沿脈)布置和垂直礦體走向(穿脈)布置兩種方案。一般布置在下盤圍巖,主平硐長度較短和工業(yè)場地開闊的地方。平硐是行人、設(shè)備材料運輸、礦渣運輸和管線排水等設(shè)施的通道,同時還是礦井通風(fēng)的主要巷道。因此,平硐必須設(shè)有人行道、排水溝、躲避硐室和各種管線鋪設(shè)的空間,以滿足安全和實現(xiàn)多種功能的需要。主平硐運輸可以是有軌的,也可以是無軌的,有軌運輸又分為單軌和雙軌兩種。無軌運輸一般均用單車道布置,其中設(shè)有錯車場。平硐運輸坡度為3~4‰重車下坡。
平硐開拓時應(yīng)注意的安全問題主要有:(1)當(dāng)?shù)V石有黏結(jié)性或圍巖不穩(wěn)固時,礦石可采用豎井、斜井下放或用無軌自行設(shè)備經(jīng)斜坡道直接將礦石運往地表。(2)主平硐排水溝的通過能力,應(yīng)保證平硐水平以下礦床開采時,水泵在20小時內(nèi)正常排出一晝夜涌水量。主平硐水溝坡度一般為3~5‰。
(3)平硐人行道,有效凈高不得小于1.9m,有效寬度應(yīng)滿足:人力運輸?shù)南锏啦恍∮?.7m;機車運輸?shù)南锏啦恍∮?.8m;無軌運輸?shù)南锏啦恍∮?.2m;帶式輸送機運輸?shù)南锏啦恍∮?.0m。(4)平硐出口位置不受山坡滾石、山崩和雪崩等危害;其出口標(biāo)高應(yīng)在歷年最高洪水位1m以上,以免被洪水淹沒;同時也應(yīng)稍高于貯礦倉卸礦口的地面水平。(三)豎井開拓當(dāng)?shù)V體埋藏在地表以下傾角大于45°或傾角小于45°而埋藏較深的礦體,常采用堅井開拓。當(dāng)開采深度超過800m,年產(chǎn)量80萬噸以上時,無論礦床傾角如何,應(yīng)優(yōu)先考慮豎井開拓。按豎井與礦體的相對位置,豎井開拓可分為下盤豎井、上盤豎井、側(cè)翼豎井和穿過礦體(礦脈)豎井四種布置方案。豎井按提升容器可分罐籠井、箕斗井和混合井;按用途可分主井和副井。豎井開拓時應(yīng)該注意的安全問題主要有:(1)主副井盡可能布置在礦體厚度大部分的中央下盤,且盡量集中布置,不占用或少占用農(nóng)田。井口標(biāo)高應(yīng)高出當(dāng)?shù)貧v史最高洪水位1m以上。在中央或主副井之間布置破碎系統(tǒng)時,主副井間距應(yīng)在50~100m之間。應(yīng)避免壓礦,并布置在開采后地表移動區(qū)之外20m遠(yuǎn)的地方。(2)提升豎井作為安全出口時,必須設(shè)有提升設(shè)備和梯子間。梯子和梯子間平臺等構(gòu)件,要有足夠的強度并要考慮防銹蝕措施。梯子間的設(shè)置,必須符合《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》的規(guī)定。(3)位于地震區(qū)的豎井出口,當(dāng)井深超過300m時,每隔200m左右應(yīng)在井筒附近設(shè)一休息室(硐),并與梯子間平臺相通。當(dāng)設(shè)計地震烈度為8~9度時,處于表土段的井筒直至基巖內(nèi)5m,必須用雙層鋼筋混凝土作井頸;靠近井口的各種預(yù)留硐口(壓氣管硐、水管硐、通訊硐)應(yīng)盡量錯開布置,避免在同一水平截面或豎直面內(nèi)將井壁削弱過多,必要時井壁需進行加固。(4)井筒有淋水時,馬頭門以上l~2m處須設(shè)集水圈。(5)深井地溫隨深度的增加而增加,必須采取降溫措施,井筒斷面應(yīng)考慮制冷管道的敷設(shè)和增加備用管道的位置。
(四)斜井開拓斜井開拓適用于開采傾斜或緩傾斜礦體,特別是埋藏較淺的傾角為20°~40°的層狀礦體。該法具有施工簡便、投產(chǎn)快、工程量少和投資小等優(yōu)點,在中、小型礦山應(yīng)用較為廣泛。斜井井筒的傾角根據(jù)礦體產(chǎn)狀、礦山規(guī)模和使用的提升設(shè)備確定,一般不大于45°。按斜井和礦體的相對位置,通常有脈內(nèi)斜井開拓、下盤脈外斜井開拓、側(cè)翼斜井開拓三種開拓方式。斜井開拓時的安全要求主要有:(1)下盤斜井必須與礦體保持一定的距離,其距離應(yīng)根據(jù)礦體下盤變化確定,一般應(yīng)大于15m。脈內(nèi)斜井必須在井筒兩側(cè)留保安礦柱8~15m。(2)斜井傾角大于或等于12°時,斜井一側(cè)須設(shè)人行臺階;傾角大于15°時,應(yīng)加設(shè)扶手;大于30°時,應(yīng)設(shè)梯子。斜井人行道必須符合下列規(guī)定:人行道的有效寬度不小于正1.0m;人行道的有效凈高不小于1.9m;運輸物料的斜井,人行道與車道之間,應(yīng)設(shè)堅固的隔墻。(3)礦車組斜井井筒一般應(yīng)取同一角度,中途不宜變坡;特殊情況下斜井下段傾角可大于上段傾角2°~3°。(五)斜坡道開拓斜坡道開拓是采用無軌運輸方式的開拓方法。采場與地表通過斜坡道直接連通,礦石、礦渣可用無軌運輸設(shè)備直接由采場運至地面,人員、材料和設(shè)備等可通過斜坡道上下運輸,十分方便,從而簡化了采礦工序。目前國內(nèi)不少小礦山采用拖拉機和農(nóng)用汽車運輸鐵礦石時,一般也采用簡易的斜坡道開拓。斜坡道的寬度和高度根據(jù)運輸設(shè)備確定,一般多為3m*3m~4m*5.5m。坡度一般為10%~15%。其運輸路線布置有直線、折返和螺旋式三種,一般直線式和折返式斜坡道使用較多。斜坡道開拓的一般安全要求有:
(1)斜坡道須設(shè)錯車道和信號閉鎖裝置;錯車道的長度和寬度應(yīng)視行駛設(shè)備尺寸而定。(2)斜坡道斷面應(yīng)根據(jù)無軌設(shè)備的外形尺寸和運行速度、斜坡道用途、支護形式、風(fēng)水管和電纜等布置方式確定,并應(yīng)符合下列規(guī)定:①人行道寬度不應(yīng)小于1.2m。②無軌設(shè)備與支護之間的間隙不應(yīng)小于0.6m。③無軌設(shè)備頂部至巷道頂板的距離不應(yīng)小于0.6m。(3)斜坡道坡度應(yīng)根據(jù)采用的運輸設(shè)備類型、運輸量、運輸距離和服務(wù)年限經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定;用于運輸?shù)V石時,其坡度不大于12%;運輸材料設(shè)備時,其坡度不得大于20%。
4)斜坡道的彎道半徑應(yīng)根據(jù)運輸設(shè)備類型和技術(shù)規(guī)格、道路條件、行車速度及路面結(jié)構(gòu)確定,一般應(yīng)符合下列規(guī)定:①通行大型無軌設(shè)備的斜坡道干線的彎道半徑不小于20m,中間聯(lián)絡(luò)道或盤區(qū)斜坡道的彎道半徑不小于15m。②通行中小型無軌設(shè)備的斜坡道的彎道半徑不小于10m。(5)斜坡道路面結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)其服務(wù)年限、運輸設(shè)備的載重量、行車速度和密度合理確定,一般采用混凝土路面。(6)斜坡道應(yīng)設(shè)置排水溝,并需定期清理,以保證水流暢通。(六)聯(lián)合開拓用上述任意兩種或兩種以上的方法對礦床進行開拓稱為聯(lián)合開拓法。它取決于礦體賦存條件、地形特征、勘探程度、開采深度、機械化程度等因素。常用的聯(lián)合開拓法有:平硐豎井(明井或暗井)、平硐斜井(明井或暗井)、斜坡道豎井、斜坡道斜井、平硐斜坡道以及平硐、豎井或斜井與斜坡道聯(lián)合開拓等。
二、立井(豎井)掘進及安全要求
(一)立井(豎井)掘進立井(豎井)掘進的主要工序包括鑿巖、爆破、出矸(渣)、清底、提升、運輸和防治水等。鑿巖爆破作業(yè)是立井(豎井)掘進的主要工序之一,約占整個循環(huán)時間25%左右,因此為了縮短鑿巖爆破時間,提高爆破效率,必須正確選取鑿巖機具和爆破器材,確定合理的爆破參數(shù)、出渣裝巖工作是掘進循環(huán)中最繁重的工作,約占循環(huán)時間的50%~60%左右。因此,正確選用高效的裝巖機具,減少勞動強度、縮短裝巖時間,是實現(xiàn)快速施工的根本保證。在施工中也要妥善處理井內(nèi)涌水,達(dá)到加快立井的施工速度的目的。井筒向下掘進一定深度后,應(yīng)及時進行永久支護工作。為了保證施工安全,在掘進過程中往往還要采用臨時支護,以維護巖幫,確保工作面的安全。常用的臨時支護形式有井圈背板臨時支護、錨噴臨時支護、金屬掩護筒支護等,常用的永久支護形式有現(xiàn)澆混凝土支護和噴射混凝土支護。
(二)立井(豎井)施工安全要求立井(豎井)施工因其工藝的復(fù)雜性和工作環(huán)境的特殊性,必須采取切實可行的安全保護措施和設(shè)置必要的安全設(shè)施,這樣才能保證施工的順利進行。
1.安全設(shè)施要求(1)立井(豎井)施工,至少需要兩套獨立的上下人員、直達(dá)地面的提升裝置。安全梯電動穩(wěn)車應(yīng)具有手搖裝置,以備斷電時用于提升井下人員。(2)立井(豎井)施工初期,井內(nèi)應(yīng)設(shè)梯子,深度超過15m時,應(yīng)采用卷揚機提升人員。(3)井口必須裝置嚴(yán)密可靠的井口蓋和能自動啟閉的井蓋門,卸渣裝置必須嚴(yán)密,不許漏渣,防止發(fā)生井內(nèi)墜物傷人事故。(4)立井(豎井)施工應(yīng)采用雙層吊盤作業(yè),以確保井內(nèi)作業(yè)人員的安全。為保證井筒延深時的施工安全,在提升天輪間頂部的上方應(yīng)設(shè)保護蓋。(5)井筒內(nèi)每個作業(yè)點都要設(shè)有獨立的聲光信號系統(tǒng)和通訊裝置,從吊盤和掘進工作面發(fā)出的信號,要有明顯的區(qū)別,并指定專人負(fù)責(zé),所有信號經(jīng)井口信號室轉(zhuǎn)發(fā)。(6)井筒延深5~10m后安裝封口平臺,天輪平臺距離封口平臺的垂高,不得小于15m,翻矸平臺應(yīng)高于封口平臺5m。
2.安全保護措施(1)加強職工安全知識教育和培訓(xùn),特種作業(yè)人員必須持證上崗。(2)井口應(yīng)配置醒目的安全標(biāo)志牌,實行安全警告制度。(3)卷揚機安全防護裝置,吊桶提升速度、提升物料對信號工的安全要求,都應(yīng)嚴(yán)格遵守礦山安全規(guī)程。完善安全回路閉鎖,防止吊桶沖撞安全門。(4)由專人負(fù)責(zé)定期對運轉(zhuǎn)設(shè)備、井內(nèi)提升、懸吊設(shè)施檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時匯報處理,并做好詳細(xì)記錄。(5)對卷揚機、空壓機、爆破器材存放點和井內(nèi)高空作業(yè)等危險源點實行監(jiān)控管理。(6)井內(nèi)高空作業(yè)(大于2m),工作人員必須系牢安全帶,謹(jǐn)防發(fā)生人員與物體的墜落事件,并采取可靠的防墜措施。(7)經(jīng)常監(jiān)測井筒內(nèi)的雜散電流,當(dāng)超過30mA時,必須采取安全可靠的防雜散電流措施。(8)在含水層的上下接觸地帶及地質(zhì)條件變化地帶、可疑地帶掘進,要加強探水。探水作業(yè)嚴(yán)格遵守技術(shù)規(guī)程和安全規(guī)程要求。當(dāng)掘進面發(fā)現(xiàn)有異狀水流和氣體或發(fā)生水叫、淋水異常、底板涌水增大等情況,應(yīng)立即停止作業(yè),進行分析處理,確認(rèn)安全后方可恢復(fù)施工。
(9)拆除延深井筒預(yù)留的巖柱保護蓋,應(yīng)以不大于4m2的小斷面,從下向上先與大井貫通;全面拆除巖柱,宜自上而下進行。三、平巷(硐)掘進及安全要求在井巷工程中,平巷(硐)工程所占的比重一般要達(dá)到80%以上,工期也要超過建井工期的55%。因此,加快平巷(硐)施工速度,是縮短建設(shè)工期的重要手段之一,平巷(硐)施工主要包括掘進和支護兩大環(huán)節(jié)。
(一)平巷(硐)掘進及支護平巷(硐)掘進方法有普通鉆眼爆破法、聯(lián)合掘進機掘進法、風(fēng)鎬挖掘法和水力沖破法等。鉆眼爆破法掘進是最常用的方法,其主要工序包括鑿巖、爆破、裝巖、轉(zhuǎn)載、運輸和調(diào)車等。為了保持巷道的穩(wěn)定性,防止圍巖發(fā)生垮落或過大變形,巷道掘進后一般都要進行支護。巷道支護按用途分為臨時支護和永久支護兩類。常用的臨時支護有棚式臨時支護、錨桿臨時支護、噴混凝土臨時支護。常用的永久支護有噴混凝土支護、澆混凝土支護和噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護等。
(二)平巷(硐室)施工安全要求平巷(硐室)施工,必須嚴(yán)格按設(shè)計和《礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范》(GBJ213一79)施工;在施工前必須編制施工組織設(shè)計,在流砂、淤泥、砂礫等不穩(wěn)固的含水表土層中施工時,必須編制專門的安全技術(shù)設(shè)計。
1.頂板管理(1)平巷(硐)施工過程中,要設(shè)專人管理頂幫巖石,防止片幫冒頂傷人。(2)鉆眼前要檢查并處理頂幫的浮石,在不太穩(wěn)固巖石中巷道停工時,臨時支護應(yīng)架至工作面,以確保復(fù)工時頂板不致發(fā)生冒落。(3)在不穩(wěn)固巖層中施工,進行永久支護前應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場需要,及時做好臨時支護,確保作業(yè)人員人身安全。(4)爆破后,應(yīng)對巷道周邊巖石進行詳細(xì)檢查,浮石撬凈后方可開始作業(yè)。
2.爆破安全管理(1)平巷(硐)爆破時,應(yīng)先通知在附近工作面作業(yè)人員,待全部撤離至安全區(qū)后,才能進行爆破,并要在所有的路口設(shè)崗,以加強警戒。
(2)在處理瞎炮時,應(yīng)在爆破20min后再允許人員進人現(xiàn)場處理。處理時應(yīng)將藥卷輕輕掏出,或在距瞎炮300m處另打炮眼爆破,引爆瞎炮,嚴(yán)禁套老眼施工。(3)加強爆破器材管理,禁止使用失效及不符合有關(guān)要求或國家標(biāo)準(zhǔn)的爆破器材。
3.通風(fēng)防塵管理掘進爆破后,通風(fēng)時間不得小于15min,待工作面炮煙排凈后,作業(yè)人員方可進人工作面作業(yè),作業(yè)前必須灑水降塵。獨頭巷道掘進應(yīng)采用混合式局部通風(fēng),即用兩臺局扇通風(fēng),一臺壓風(fēng),一臺排風(fēng)。風(fēng)簡要按設(shè)計規(guī)定安裝到位,對損壞者要及時更換。
4.供電管理(1)建立危險源點分級管理制度,危險源點處必須懸掛安全警示牌。(2)保護電源與供電線路要確保工作正常。(3)嚴(yán)禁攜帶照明電進行裝藥爆破。
5.施工組織管理(1)開挖平巷(硐)時,要編制施工組織設(shè)計,并應(yīng)在施工過程中貫徹執(zhí)行。(2)采用鉆爆法貫通巷道時,當(dāng)兩個互相貫通的工作面之間的距離只剩下15m時,只允許從一個工作面掘進貫通,并在雙方通向工作面的安全地點設(shè)立爆破警戒線。(3)噴混凝土作業(yè)時,嚴(yán)格按照安全操作規(guī)程作業(yè),處理噴管堵塞時,應(yīng)將噴槍對準(zhǔn)前下方,并避開行人和其他操作人員。四、斜井(巷)掘進及安全要求
(一)斜井(巷)掘進及支護斜井(巷)傾角小于20°~30°,其施工方法與平巷類似,但在斜井(巷)施工中,除考慮裝巖、運輸、支護和排水的特點外,必須妥善處理表土層的掘砌工作,還應(yīng)預(yù)防跑車事故發(fā)生。斜井(巷)掘進施工由表土施工和基巖施工兩部分組成。斜井井口段(又稱井頸)多建在表土上及風(fēng)化巖層中,井口段的長度視表土層的厚薄和斜井的傾角而定,通常延伸到基巖內(nèi)3~5m。常用的斜井(巷)永久支護有整體混凝土支護和噴射混凝土支護,臨時支護可采用棚式支架支護和噴射混凝土支護。
(二)斜井(巷)施工安全要求(1)斜井(巷)井口施工,應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計執(zhí)行,及時進行支護和砌筑擋墻。(2)必須設(shè)置防跑車裝置;在斜井(巷)井口應(yīng)設(shè)逆止阻車器或安全擋車板;井內(nèi)應(yīng)設(shè)兩道擋車器,即在井筒中上部設(shè)置一道固定式擋車器,在工作面上方20~40m處設(shè)置一道可移動式擋車器。井內(nèi)擋車器常用鋼絲繩擋車器、型鋼擋車器和鋼絲繩擋車簾等。(3)由下向上掘進30°以上的斜巷時,必須將溜礦(巖)道與人行道隔開。(4)斜井內(nèi)人行道一側(cè),每隔30~50m設(shè)一躲避碉;人行道應(yīng)設(shè)扶手、梯子和信號裝置。(5)掘進巷道與上部巷道貫通時,應(yīng)設(shè)有安全保護措施。(6)在有軌運輸?shù)男本ㄏ铮┲惺┕?,為了防止軌道下滑,可在井筒底板每?0~50m設(shè)一混凝土防滑底架,將鋼軌固定其上。(7)在含水層的上下接觸帶及地質(zhì)條件變化地帶、可疑地帶掘進,應(yīng)認(rèn)真實行防突水措施,防止工作面突水事件發(fā)生。五、天井、溜井掘進及安全要求
(一)天井、溜井掘進及支護在礦山掘進工程施工中,天井及溜井的施工難度最大。這是因為:一是獨頭掘進,通風(fēng)、檢、撬工作面浮石困難;二是作業(yè)條件差,勞動強度大;三是由于天、溜井需要與上階段巷道貫通,施工質(zhì)量要求高。因此,在天、溜井施工中,除普通法掘進天、溜井外,一些礦山應(yīng)用“吊罐法”、“爬罐法”、“鉆井法”和“深孔爆破法”等掘進方法。溜井的井壁易受礦石的沖擊、磨損及二次破碎等損害,需要對其進行加固和補強加固等。溜井破損較嚴(yán)重的地方主要是倒礦口和放礦口,磨損嚴(yán)重的地方是井筒。根據(jù)磨損程度可采用鋼纖維混凝土加固,放礦口可采用錳鋼板加固,通過礦量不大的溜井也可以采用混凝土或石料砌筑加固。在巖石不穩(wěn)固或破碎帶中掘進天井,一般可采用木框法支護或噴錨支護。
(二)天井、溜井施工安全技術(shù)要求天井、溜井施工,必須嚴(yán)格按照設(shè)計和《礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范》(GBJ213一79)進行施工,礦山必須編制天、溜井施工設(shè)計和施工組織設(shè)計圖。
1.普通法、吊罐法和爬罐法施工的安全要求普通法、吊罐法和爬罐法掘進天、溜井時,作業(yè)人員要進人井內(nèi),應(yīng)注意以下事項:(1)每次爆破后,必須加強局部通風(fēng),半小時后方可允許人員進人井內(nèi)。(2)首先要檢、撬浮石,而且要保證兩人作業(yè),一人照明,一人檢撬。(3)井壁破碎或不穩(wěn)固時,應(yīng)支橫撐柱或安裝錨桿維護。(4)鑿巖平臺要安裝穩(wěn)固,出渣間和人行間的隔板要嚴(yán)密結(jié)實,防止渣石掉入人行間。每隔6~8m設(shè)一平臺,內(nèi)設(shè)人行梯子。(5)用吊罐法施工時,嚴(yán)防發(fā)生“翻罐”和“蹲罐”事故;鑿巖時吊罐要架牢,防止擺動。爬罐法施工時,導(dǎo)軌要固定牢靠,并防止爆破崩壞或崩松導(dǎo)軌,而發(fā)生吊罐事故。(6)必須設(shè)立信號聯(lián)絡(luò)裝置??刹捎秒娾?、燈光和電話或復(fù)式信號系統(tǒng),保持罐內(nèi)人員與絞車司機之間的聯(lián)系,確保罐籠提升、下降時的安全。(7)應(yīng)選用安全系數(shù)k>13的粗鋼絲繩、提升能力大的慢速絞車,電動機要有過電流保護裝置。
2.鉆井法施工的安全要求(1)采用“上擴法”時,巖渣可以自重下落,操作人員應(yīng)采取防護措施以避免落石傷人的事故的發(fā)生。(2)采用“下擴法”時,巖渣由導(dǎo)孔排出,下面操作地點粉塵大,墜石容易傷人。要加強通風(fēng)和降塵措施,并采取防止落石傷人的安全措施。(3)設(shè)專人負(fù)責(zé)定期對鉆井設(shè)備進行檢查和維護工作,確保設(shè)備在運轉(zhuǎn)時的正常進行。
3.深孔爆破成井法施工的安全要求(1)中心孔一定要按設(shè)計施工,確保一次成井。(2)作業(yè)人員不準(zhǔn)站在中心孔下方,防止中心孔內(nèi)掉石傷人事故的發(fā)生。(3)盲天井施工時,為保證一次爆破達(dá)到設(shè)計高度,一般掏槽孔要超深l.5~2m,輔助孔超深1.0~l.5m,周邊孔超深0.5~1.0m;并且要防止發(fā)生炮孔擠死或堵塞。六、井巷維護為了保證礦井正常生產(chǎn),對已破壞的巷道應(yīng)及時修復(fù),使其處于良好狀態(tài)。巷道的修復(fù)工作應(yīng)根據(jù)支護結(jié)構(gòu)、工作條件、支護破壞程度等情況采取不同的措施。下面介紹砌混凝土、噴混凝土、架棚等巷道的修復(fù)方法。
(一)砌混凝土巷道的修復(fù)
1.局部加固法局部加固法主要適用于料石砌旋或混凝土砌旋的巷道修復(fù)。若巷道拱頂受到局部地壓作用而產(chǎn)生縱向或橫向裂縫,旋體仍能起支撐作用,且仍能滿足使用要求時,可采取噴射混凝土或內(nèi)套拱形槽鋼支架來處理,噴層厚度一般20~30mm。經(jīng)過一段時間,若旋體又產(chǎn)生裂縫可重復(fù)噴射。若旋體拱頂均產(chǎn)生裂縫,并且有失穩(wěn)的危險,可用鋼軌作骨架,在兩架鋼軌間鋪設(shè)模板,在模板內(nèi)澆灌約為700mm厚混凝土,進行整體加固。如果重要硐室處于松軟巖層中,地壓顯現(xiàn)很大,旋體破壞變形嚴(yán)重,采用加固方法難以奏效時,此時應(yīng)考慮其他加固方案。
2.砌旋巷道返修
返修巷道必須由外向里分段進行,其施工方法和新掘巷道基本相同。值得注意的是,前方待返修的5~10m巷道必須用木棚或拱形金屬支架進行加固,以防止在拆除舊旋體時發(fā)生冒頂事故。此外,返修段巷道一旦開挖后,應(yīng)及時支護,支護過程接頂必須嚴(yán)格。
(二)錨噴巷道的修復(fù)若噴層開裂,局部出現(xiàn)剝落現(xiàn)象,而錨體仍能有效地發(fā)揮作用,此時只要挖掉破壞的噴層,在原有噴層上再噴一層混凝土即可。若圍巖及噴層破碎嚴(yán)重,除打錨桿加固外,還應(yīng)掛設(shè)金屬網(wǎng);壓力特別大時,還要增設(shè)鋼筋架,以增加錨噴支護的剛度。處于斷層破碎帶的巷道,可考慮注漿團結(jié)圍巖,然后用錨噴網(wǎng)或砌混凝土方式加以修復(fù)。
(三)棚式支架巷道的修復(fù)在棚式支架巷道中,若只有一根棚腿折斷。先在折斷棚腿的頂梁支上撐柱,并將頂梁抬高20~50mm,撤出折斷的棚腿,修整側(cè)幫松脫圍巖,然后換上新的棚腿,背好背板即可;若一架棚子的兩根棚腿均被壓壞,而棚梁完好無損,此時可采用兩根臨時支柱支撐頂梁,撤出兩側(cè)壓壞的棚腿,然后分別更換棚腿即可;若連續(xù)有2~3架支架的棚腿都在巷道一側(cè)折斷,此時可在壓壞棚腿的一側(cè)用抬棚將棚梁托起,然后更換被折斷的棚腿。若支架頂梁被壓壞,且頂梁上部有浮石,則應(yīng)在折斷的頂梁前后安設(shè)中間棚子,控制頂部巖石,防止發(fā)生冒落事故,然后再更換壓壞的頂梁。
第三節(jié)采礦方法與安全技術(shù)一、采礦方法的分類及其適用條件根據(jù)回采時地壓的管理方法不同,將金屬非金屬地下礦山的采礦方法劃分為三大類,即空場采礦法、充填采礦法和崩落采礦法。(1)空場采礦法將礦塊劃分為礦房和礦柱,分兩步回采,即先采礦房后采礦柱,以圍巖本身的強度及礦柱來支撐采空區(qū)的頂板。因此,礦體和圍巖穩(wěn)固是其應(yīng)用的基本條件。(2)充填采礦法分兩步回采,第一步回采時,隨回采工作面的推進,用充填材料填充采空區(qū),防止礦巖冒落。因此,不論礦巖是否穩(wěn)固,均可以采用。(3)崩落采礦法為一步回采,隨回采工作面的推進,同時崩落圍巖并充滿采空區(qū),達(dá)到控制和管理地壓的目的。圍巖不穩(wěn)固也可以采用。不同的采礦方法除滿足其基本條件外,還依據(jù)礦體的產(chǎn)狀和開采技術(shù)條件,派生出各種不同的采礦方法,詳見表6-2。此外,溶浸采礦法在金屬礦山,如鈾礦、金礦和銅礦有比較廣泛的應(yīng)用,在鋅、錫和鎳礦中也有應(yīng)用。表6-2地下礦山采礦方法的分類及其使用條件二、關(guān)于采礦方法的一般安全規(guī)定(1)地質(zhì)資料比較齊全,賦存條件基本清楚的中型礦山,應(yīng)有采礦方法設(shè)計圖,作為施工依據(jù)。產(chǎn)狀、賦存條件缺乏的礦體,必須在開拓、采準(zhǔn)過程中,及時進行補充勘探,做出塊段或礦塊的采礦方法設(shè)計圖。(2)采礦方法必須根據(jù)礦體的賦存條件、圍巖穩(wěn)定情況、設(shè)備能力等因素謹(jǐn)慎選擇。厚度大或傾角緩的礦體,采用留礦法時,應(yīng)合理地布置底部結(jié)構(gòu),防止底板留礦。沒有足夠符合要求的木材時,不應(yīng)采用橫撐支柱法等耗用大量木材的采礦方法。(3)每個采場都要有兩個出口,并上下連通。安全出口的支護必須堅固,并設(shè)有梯子。(4)在上下相鄰的兩個中段,沿傾斜上下對應(yīng)布置的采場使用空場法、留礦法回采時,禁止同時回采,只有上部礦房結(jié)束后,才能回采下面采場。(5)采用全面采礦法時,回采過程中應(yīng)周密檢查頂板。根據(jù)頂板穩(wěn)定情況,留出合適的礦柱。
(6)采用橫撐支柱采礦法時,橫撐支護材料應(yīng)有足夠強度。要搭好平臺后才準(zhǔn)進行鑿巖作業(yè)。禁止人員在橫撐上行走。采區(qū)寬度(礦體厚度)不得超過3m。(7)礦柱必須合理地回收。設(shè)計回采礦房時,必須同時設(shè)計回采礦柱。本中段回采礦房結(jié)束后,應(yīng)及時回采上一中段的礦柱。(8)回采過程中,必須保證礦柱的穩(wěn)定性及運輸、通風(fēng)等巷道的完好,不允許在礦柱內(nèi)掘進,有損其穩(wěn)定性的井巷。回采礦房至礦柱附近時,應(yīng)嚴(yán)格控制鑿巖質(zhì)量和一次爆炸藥量,技術(shù)人員要及時給出回采界限,嚴(yán)禁超采超挖。(9)地壓活動頻繁、強度大的礦井,應(yīng)有專管地壓的人員。地壓人員對全礦各地段進行日常監(jiān)察,發(fā)現(xiàn)險情(如支護歪斜、破損、頂板和兩幫開裂等),應(yīng)及時報告,通知有關(guān)人員,并分析原因,進行處理。個別地壓活動頻繁、頂板破碎、有冒落可能的采場,應(yīng)由有經(jīng)驗的人員,每班進行檢查,指導(dǎo)鑿巖方式,避免發(fā)生大冒落。發(fā)現(xiàn)冒落預(yù)兆,應(yīng)立即由有經(jīng)驗的人員每班進行檢查,指導(dǎo)鑿巖方式,避免發(fā)生大冒落事故。發(fā)現(xiàn)冒落預(yù)兆,應(yīng)立即撤出全部人員。
(10)采空區(qū)應(yīng)及時處理。采空區(qū)體積及潛在危險大小采取不同的處理辦法。體積大,一旦塌落會造成下部整個采場或整個礦井毀滅性災(zāi)害的,應(yīng)采用充填法或采用強制崩落的方法及時有效地進行處理。體積不大或遠(yuǎn)離主要礦體的孤立采空區(qū),可采用密閉方法進行處理。密閉墻的強度應(yīng)滿足能夠抵御塌落時所產(chǎn)生的沖擊波的沖擊。(11)在漏斗放礦時,放礦工應(yīng)和采場搬運工取得聯(lián)系,不宜同時往溜并倒礦,以免礦石流沖出傷人。三、空場采礦法及安全要求空場采礦法適用于礦巖中等以上穩(wěn)固、礦巖接觸面較明顯、形態(tài)較穩(wěn)定的礦體。其特點是將礦體沿走向劃分成礦房和礦柱,分兩步驟回采;礦房回采時,采空區(qū)頂板主要依靠礦巖自身的穩(wěn)固性和礦(巖)柱來支撐;礦房回采完畢后,有計劃地回采礦柱或不采礦柱,并及時處理采空區(qū)??請霾傻V法的優(yōu)點是成本低,生產(chǎn)能力和勞動生產(chǎn)率高。缺點是采空區(qū)留下大量礦柱,且回采困難,采空區(qū)需處理??請霾傻V法可分為分層(單層)空場法、分段空場法和階段空場法(階段礦房法)。分層空場法又可分為全面采礦法、房柱采礦法和留礦采礦法。
空場采礦法的安全要求主要有:(1)加強頂板管理。頂板管理主要是對頂板的監(jiān)測控制,是應(yīng)用各種手段和方法,對井下采礦過程中所形成的空間、圍巖、頂板的觀察和測定,分析掌握其變形、位移等的變化情況和規(guī)律,獲得其大冒落前的各種征兆,以便制定相應(yīng)的防范措施,保證作業(yè)人員和設(shè)備的安全。(2)根據(jù)礦山地質(zhì)條件,巖石力學(xué)參數(shù)以及大量監(jiān)測數(shù)據(jù)的規(guī)律和經(jīng)驗,選擇修正礦塊的結(jié)構(gòu)參數(shù)、回采順序、爆破方式等控制地壓活動,降低冒落的危害。(3)根據(jù)采場結(jié)構(gòu)、面積大小,結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造,破碎帶的位置、走向,礦石的品位高低等因素,在礦巖中選留合理形狀的礦柱和巖柱,以控制地壓活動,保護頂板。在礦柱中,必須保證礦柱和巖柱的尺寸、形狀和直立度,應(yīng)設(shè)有專人檢查和管理,以保證其在整個利用期間的穩(wěn)定性。(4)在礦房回采過程中,不得破壞頂板;采用中深孔或深孔爆破時,應(yīng)嚴(yán)格控制炮孔的方位和深度,不許穿透暫不回采的礦柱。(5)及時回采礦柱和處理采空區(qū)。
(6)采用分段采礦法時,除回采、運輸、充填和通風(fēng)用的巷道外,禁止在采場頂柱內(nèi)開掘其他巷道;上下中段的礦房和礦柱,應(yīng)盡量相對應(yīng),規(guī)格應(yīng)盡量相同。(7)采用淺孔留礦法采礦時,應(yīng)遵守下列規(guī)定:①在開采第一分層前,應(yīng)將下部漏斗和喇叭口擴充完畢,并充滿礦石;②每個漏斗都應(yīng)均勻放礦,發(fā)現(xiàn)懸空應(yīng)停止其上部作業(yè),經(jīng)妥善處理懸空后方準(zhǔn)繼續(xù)作業(yè);③放礦人員和采場內(nèi)的人員要密切聯(lián)系,在放礦影響范圍內(nèi)不準(zhǔn)上下同時作業(yè);④每回采一分層的放礦量,應(yīng)控制在保證鑿巖工作面安全操作所需高度,作業(yè)高度一般應(yīng)控制在2m左右。(8)加強礦山安全管理工作,健全各項規(guī)章制度,對人員、財產(chǎn)、設(shè)備進行合理分配。四、充填采礦法及安全要求充填采礦法是隨著回采工作面的推進,用充填料對采空區(qū)進行充填的采礦方法。充填是該法回采過程中必不可少的工序,其作用是及時處理采空區(qū),控制地壓,并為回采工作創(chuàng)造方便和安全條件。礦房采空后,一次性充填采空區(qū),以控制采空區(qū)圍巖變形破壞,使相鄰礦柱及礦房得以順利回采,稱為嗣后充填。
充填采礦法適用地表需要保護,礦石經(jīng)濟價值高,上部或相鄰礦體暫不開采,礦石或圍巖具有自燃性和開采技術(shù)條件復(fù)雜的礦床;適用于開采任何厚度、任何傾角,礦石和圍巖從穩(wěn)固到極不穩(wěn)固,以及形態(tài)復(fù)雜的礦體。充填采礦法分為干式充填采礦法、水砂充填采礦法和膠結(jié)充填采礦法。
充填采礦法的安全要求主要有:(1)采場必須保持兩個出口,并設(shè)有照明設(shè)備。順路行人井、溜礦井、泄水井(水砂充填用)和通風(fēng)井都應(yīng)保持暢通。(2)水砂充填料的最大粒徑不大于管徑的1/4,膠結(jié)充填料的最大粒徑不大于管徑的1/5。(3)上向分層充填采場,必須先施工充填井及其聯(lián)絡(luò)道,然后施工底部結(jié)構(gòu)及拉底巷道,以便盡快形成良好的通風(fēng)條件。當(dāng)采用脈內(nèi)布置溜礦井和順路行人井時,嚴(yán)禁整個分層一次爆破落礦。(4)采場鑿巖時,炮眼布置要均勻,沿頂板構(gòu)成拱形。裝藥要適當(dāng),以控制礦石塊度。(5)每一分層回采后要及時充填,確保充填質(zhì)量。最后一個分層回采完后應(yīng)接頂嚴(yán)密。
(6)禁止人員在充填井下方停留和通行。充填時,各工序間應(yīng)有通訊聯(lián)系。(7)順路人行井、溜礦井應(yīng)有可靠的防上充填料泄漏的背墊材料,以防止堵塞以及形成懸空;采場下部巷道以及水溝堆積的充填料應(yīng)及時清理。(8)下向膠結(jié)充填的采場,兩幫底角的礦石要清理干凈。(9)用組合式鋼筒作順路天井(行人、濾水、放礦)時,鋼筒組裝作業(yè)前應(yīng)在井口懸掛安全網(wǎng)。(l0)采用人工間柱上向分層充填法采礦,相鄰采場應(yīng)超前一定距離。(l1)采場放礦要設(shè)格篩,防止人員墜落和堵塞。人行井、溜礦井、泄水井充填井應(yīng)錯開布置。(12)干式充填,每個作業(yè)點均應(yīng)有良好的通風(fēng)、除塵措施,并加強個體防護。(13)禁止在采場內(nèi)同時進行鑿巖和處理浮石。五、崩落采礦法及安全要求崩落采礦法是隨著礦石的采出,有計劃地強制或自然崩落礦體上盤圍巖充填采空區(qū)的采礦方法。在回采過程中,不需要劃分礦房和礦柱,而是以礦塊為單元,按一定的順序進行連續(xù)回采。崩落采礦法適用于地表允許崩落,礦體上部無較大的水體和流砂,礦石價值中等以下,不會結(jié)塊,品位不高,并允許有一定損失和貧化的中厚和厚礦體。尤其是對上盤圍巖能大塊自然冒落和礦體中等穩(wěn)固的礦體最為理想。崩落采礦法主要有壁式崩落法、無底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法和階段崩落法。
(一)壁式崩落采礦法的安全要求(1)應(yīng)在設(shè)計中規(guī)定懸頂、控頂、放頂距離和放頂?shù)陌踩胧?。?)放頂前要進行全面檢查,以確保出口暢通、照明良好和設(shè)備安全。(3)放頂時,禁止人員在放頂區(qū)附近的巷道中停留。(4)在密集支柱中,每隔3~5m要有一個寬度不小于0.8m的安全出口。密集支柱受壓過大時,必須及時采取加固措施。
(5)放頂若未達(dá)到預(yù)期效果,應(yīng)進行周密設(shè)計,方可進行二次放頂。(6)放頂后應(yīng)及時封閉落頂區(qū),禁止人員入內(nèi)。(7)多層礦體分層回采時,必須待上層頂板巖石崩落并穩(wěn)定后,才允許回采下部礦層。(8)相鄰兩個中段同時回采時,上中段回采工作面應(yīng)比下中段工作面超前一個工作面斜長的距離,且不得小于20m。(9)撤柱后不能自行冒落的頂板,應(yīng)在密集支柱外0.5m處,向放頂區(qū)重新鑿巖爆破,強制崩落。(l)機械撤柱及人工撤柱,應(yīng)自下而上、由遠(yuǎn)而近進行。礦體傾角小于10°的,撤柱順序不限。
(二)有底柱分段崩落采礦法和階段崩落法的安全要求(1)采場電耙道應(yīng)有獨立的進、回風(fēng)道;電耙的耙運方向,應(yīng)與風(fēng)流方向相反。(2)電耙道間的聯(lián)絡(luò)道,應(yīng)設(shè)在入風(fēng)側(cè),并在電耙絞車的側(cè)翼或后方。(3)電耙道位于礦溜井口旁,必須有寬度不小于0.8m的人行道。
(4)未修復(fù)的電耙道,不準(zhǔn)出礦。(5)采用擠壓爆破時,應(yīng)對補償空間和放礦量進行控制,以免造成懸拱。(6)拉底空間應(yīng)形成厚度不小于3~4m的松散墊層。(7)采場頂部應(yīng)有厚度不小于崩落層高度的覆蓋巖層;若采場頂板不能自行冒落,應(yīng)及時強制崩落,或用充填料予以充填。(三)無底柱分段崩落采礦法的安全要求(1)回采工作面的上方,應(yīng)有大于分段高度的覆蓋巖層,以保證回采工作的安全。若上盤不能自行冒落或冒落的巖石量達(dá)不到所規(guī)定的厚度,必須及時進行強制放頂,使覆蓋巖層厚度達(dá)到分段高度的2倍左右。(2)上下兩個分段同時回采時,上分段應(yīng)超前于下分段,超過前距離應(yīng)使上分段位于下分段回采工作面的錯動范圍之外,且不得小于20m。(3)各分段聯(lián)絡(luò)道應(yīng)有足夠的新鮮風(fēng)流。(4)各分段回采完畢,應(yīng)及時封閉本分段的溜井口。
(四)分層崩落法的安全要求(1)每個分層進路寬度不得超過3m,分層高度不得超過3.5m。
(2)上下分層同時回采時,必須保持上分層(在水平方向上)超前相鄰下分層15m以上。(3)崩落假頂時,禁止人員在相鄰的進路內(nèi)停留。(4)假頂降落受阻時,禁止繼續(xù)開采分層。頂板降落產(chǎn)生空洞時,禁止在相鄰進路或下部分層巷道內(nèi)作業(yè)。(5)崩落頂板時,禁止用砍伐法撤出支柱,開采第一分層時,禁止撤出支柱。(6)頂板不能及時自然崩落的緩傾斜礦體,應(yīng)進行強制放頂。(7)鑿巖、裝藥、出礦等作業(yè),應(yīng)在支護區(qū)域內(nèi)進行。(8)采區(qū)采完后,應(yīng)在天井口鋪設(shè),加強假頂。(9)采礦應(yīng)從礦塊一側(cè)向天井方向進行,以免造成通風(fēng)不良的獨頭工作面。當(dāng)采掘接近天井時,分層沿脈(穿脈)必須在分層內(nèi)與另一天井相通。(l0)清理工作面,必須從出口開始向崩落區(qū)進行。六、礦柱回采的安全要求(1)回采頂柱和間柱,應(yīng)預(yù)先檢查運輸巷道的穩(wěn)定情況,必要時應(yīng)采取加固措施。
(2)采用膠結(jié)充填采礦法時,須待膠結(jié)充填體達(dá)到要求強度,方可進行礦柱回采。(3)回采未充填的相鄰兩個礦房的間柱時,禁止在礦柱內(nèi)開鑿巷道。(4)所有頂柱和間柱的回采準(zhǔn)備工作,須在礦房回采結(jié)束前做好(嗣后膠結(jié)充填采空區(qū)除外)。(5)除裝藥和爆破工作人員外,禁止無關(guān)人員進入未充填的礦房頂柱內(nèi)的巷道和礦柱回采區(qū)。(6)采用大爆破方式強制崩落大量礦柱時,在爆破沖擊波和地震波及影響半徑范圍內(nèi)的巷道、設(shè)備及設(shè)施,均應(yīng)采取安全措施;未達(dá)到預(yù)期崩落效果的,應(yīng)進行補充崩落設(shè)計。七、殘余采礦的安全要求
(1)開采范圍應(yīng)由原經(jīng)營單位規(guī)定,轉(zhuǎn)讓采礦權(quán)的單位,必須周密考慮所轉(zhuǎn)讓區(qū)域會不會對現(xiàn)有的通風(fēng)、運輸、給排水等系統(tǒng)造成干擾及引起資源糾紛,不得不負(fù)責(zé)任地轉(zhuǎn)讓采礦權(quán)。接受單位不得越界開采。(2)轉(zhuǎn)讓采礦權(quán)的單位,有權(quán)利和義務(wù)依據(jù)轉(zhuǎn)讓區(qū)域具體條件對接受單位(或個人)的開采能力進行檢查,不具備開采能力的不準(zhǔn)轉(zhuǎn)讓。轉(zhuǎn)讓單位應(yīng)向接受者提供有關(guān)的地質(zhì)、采礦資料和安全生產(chǎn)注意事項。地質(zhì)資料中,應(yīng)交代清楚有水的空區(qū)溶洞的位置。(3)在廢棄時間較長的礦井或中段進行殘采時,應(yīng)首先熟悉原來各系統(tǒng)的布置情況,對已破壞的井巷、切室進行修復(fù),確保通道的安全和必要的通風(fēng)條件。(4)廢棄采場中的支護材料,封閉溜礦口、漏斗、人行井口的鋼材、木材以及井巷中原來冒頂區(qū)下偽木垛,嚴(yán)禁隨便挪用或搬動。發(fā)現(xiàn)上述支護材料已有腐爛、破損,應(yīng)加固或更換。(5)進人廢舊采場進行殘采前,必須對采場井巷及支護的穩(wěn)定性、空氣條件作認(rèn)真檢查,處理不安全因素后,方準(zhǔn)進行正常的采礦生產(chǎn)。(6)在老空區(qū)內(nèi)或礦柱上采礦,應(yīng)嚴(yán)格控制一次爆破用量,以避免爆破引起大規(guī)模冒落災(zāi)害。(7)個體戶集中采礦的地段,放炮時必須通知左鄰右舍,防止放冷炮傷害他人。宜規(guī)定統(tǒng)一的放炮時間,但應(yīng)避免各作業(yè)面同時起爆,形成大規(guī)模爆破。各作業(yè)面應(yīng)順序爆破。(8)補充探礦、采礦井巷時,應(yīng)避開有水的老空區(qū)或溶洞。第四節(jié)礦山地壓管理一、地壓的概念礦床開采過程中,地壓顯現(xiàn)往往給采礦工作帶來巨大災(zāi)難,它不僅危害生產(chǎn)安全,而且會使礦山局部停產(chǎn),甚至毀滅整個礦山。
(一)地壓的定義地壓是泛指在巖體中存在的力,它既包含原巖對圍巖的作用力,圍巖間的相互作用力,又包含圍巖對支護體的作用力。地壓的大小,不僅與巖體的應(yīng)力狀態(tài)、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)有關(guān),還與工程性質(zhì)、支護類型及支護時間等因素有關(guān)。地壓會引起圍巖及支護體的變形、移動和破壞,稱為地壓現(xiàn)象。在脆性巖體中,可能發(fā)生冒頂、片幫等圍巖的破壞現(xiàn)象;在塑性巖體中,表現(xiàn)為巷道頂板下沉、兩幫突出、底板鼓起等現(xiàn)象。當(dāng)圍巖中的應(yīng)力不超過其彈性極限時,地壓可全部由圍巖來承擔(dān),井巷可以不加支護而能在一定時期內(nèi)維持穩(wěn)定。當(dāng)圍巖中的應(yīng)力超過了圍巖強度極限時,為了維護井巷斷面形狀,并保持其穩(wěn)定,必須采取支護,這時的地壓是由圍巖和支護體共同承受。可見,作用在支護體上的壓力僅是地壓的一部分。
(二)地壓的分類地壓的顯現(xiàn)使巖體產(chǎn)生變形和各種不同形式的破壞。為了便于分析各種不同性質(zhì)的地壓,按其表現(xiàn)形式,將地壓分為變形地壓、散體地壓(亦稱松動地壓)、沖擊地壓、膨脹地壓四類。變形地壓是指在大范圍內(nèi)巖體因變形、位移受到支護體的抑制而產(chǎn)生的地壓;散體地壓(亦稱松動地壓)是在一定范圍內(nèi),滑移或塌落的巖體以重力的形式直接作用于支護體上的壓力;沖擊地壓又稱巖爆,它是在圍巖積累了大量的彈性變形能之后,突然釋放出來時所產(chǎn)生的壓力;膨脹地壓是由于巷道圍巖膨脹而產(chǎn)生的壓力。由于地壓理論的發(fā)展,更新了某些傳統(tǒng)的地壓舊概念,糾正了過去對地壓認(rèn)識的片面性。例如,人們利用支架支承地壓就存在片面性,認(rèn)為支架越堅固、強度越高,就越能保證井巷的安全,其實作用在支架上的壓力并不是常量,而且隨支架本身的性能及支架的架設(shè)時間等而變化,在許多情況下,采用承載能力較低的可縮性支架,更能保證井巷的安全。又如,以往常常視井巷圍巖為載荷,只單純地利用人工支護結(jié)構(gòu)去支承圍巖壓力。實際上,圍巖本身也具有較大的承載能力,充分利用圍巖的承載能力,可以節(jié)省大量的支架材料。二、井巷地區(qū)及其維護(一)井巷地壓特征由于巷道開挖后改變了巖體的初始應(yīng)力狀態(tài),圍巖產(chǎn)生應(yīng)力重新分布。設(shè)巷道開挖前巖體中某一點的原巖應(yīng)力為δ0,開挖后該點的次生應(yīng)力變?yōu)棣?,它們的比值K=δ/δ0稱為應(yīng)力集中系數(shù),它表示巷道開挖前后應(yīng)力的變化情況。若K>1,說明巷道開挖后次生應(yīng)力增大了;反之,若K<1,說明巷道開挖后次生應(yīng)力減小了。巷道圍巖應(yīng)力變化的范圍稱為采動影響范圍。實驗分析和理論研究證明,采動影響范圍只限于巷道周圍不大的區(qū)域以內(nèi)。由巷道中心至影響范圍的邊線距離稱為采動影響半徑R影,其大小為R影=(3~5)D(D為巷道半徑),習(xí)慣上將此范圍內(nèi)的巖體稱為圍巖,將該范圍以外的巖體成為原巖。在圍巖區(qū)域內(nèi)形成的新應(yīng)力場稱為次生應(yīng)力場。在采動影響范圍以外的巖體仍可視為原巖應(yīng)力狀態(tài),它們不受采動的影響。圍巖的次生應(yīng)力狀態(tài)與巷道的橫斷面形狀及尺寸有關(guān)。斷面為曲線形的巷道,相對來說圍巖的應(yīng)力變化比較均勻,而斷面為折線形的巷道,則會在角隅處出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中。巷道開挖后若及時支護,既可以阻止圍巖變形的發(fā)展,又可以影響圍巖的應(yīng)力分布狀態(tài)。
(二)井巷維護井巷破壞的原因主要是圍巖應(yīng)力超過了巖體的強度,因此,井巷維護的基本原則是提高圍巖強度,降低圍巖應(yīng)力,改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài),以便充分利用圍巖的自身抗力去支撐井巷地壓。
井巷的維護應(yīng)遵循的主要原則如下。
(1)合理選擇井巷的位置在生產(chǎn)條件允許下,盡可能選在地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較好,沒有軟弱夾層的巖體中;盡量避免回采的影響;主要巷道應(yīng)布置在崩落帶以外,并保持一定距離。(2)采用合理的施工工藝在井巷施工中,應(yīng)快速掘進,盡量采用光面爆破、預(yù)裂爆破等先進的爆破技術(shù),以減少爆破對圍巖的震動和破壞,保持圍巖體的完整性。應(yīng)積極采用錨噴支護,以提高圍巖巖體強度,充分發(fā)揮其自承能力。(3)選擇合理的支護類型對于以變形地壓為主的巷道,應(yīng)選擇可縮性大的柔性支架,如錨噴支護、可縮性鋼支架及在鋼性支架的棚梁和棚腿的接觸面、砌混凝土巷道的肩部夾如入可縮性材料如橡膠等。對于以松動地壓為主的巷道,則可選用有足夠強度的剛性支架來支撐松動巖石的重量,如石料砌混凝土、鋼木支架、鋼筋混凝土支架等。(4)選擇合理的斷面形狀和尺寸圓形與橢圓形井巷斷面的應(yīng)力集中程度最低,當(dāng)巷道面越高,巷道兩側(cè)的壓力越大,巷道兩側(cè)應(yīng)采用圓弧形斷面;巷道斷面越寬,巷道頂部的壓力越大,巷道頂部應(yīng)采用圓弧形斷面,以減少應(yīng)力集中。巷道斷面的最大尺寸應(yīng)沿著最大來壓方向布置;最大來壓方向的巷道周邊應(yīng)盡量選用曲線形狀。(5)確定合理的支護時間。三、采場地區(qū)及其控制
(-)采場地壓的特點采場地壓是指在地下開采過程中,原巖對采場或采空區(qū)圍巖及礦柱所施加的載荷。這是由于地下礦體采出后所形成的采掘空間破壞了原巖的自然平衡狀態(tài),致使巖體應(yīng)力重新分布,引起采場圍巖變形、移動或破壞等一系列地壓現(xiàn)象。這些地壓現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展過程稱為采場地壓顯現(xiàn)。采場的規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于井巷,但由于采場空間的形狀、體積、分布狀況、形成及存留時間等方面的特殊性,采場地壓與巷道地壓有相當(dāng)大的差異,歸納起來采場地壓具有暴露空間大、復(fù)雜性、多變性、顯現(xiàn)形式的多樣性、控制采場地壓的難度大等特點。
當(dāng)?shù)V體的圍巖完整、穩(wěn)定時,可采用空場法開采地下資源??請龇ǎò舻V法)的采場地壓顯現(xiàn),從時間和空間上看,大體可分為開采初期采場回采期間的局部地壓顯現(xiàn)和開采中、后期大規(guī)模劇烈的地壓顯現(xiàn)兩個時期。局部地壓顯現(xiàn)表現(xiàn)為采場礦體、圍巖或礦柱的變形、斷裂、片幫、冒頂?shù)痊F(xiàn)象;大規(guī)模的地壓顯現(xiàn)表現(xiàn)為采空區(qū)上方大面積覆蓋巖層急劇冒落,與冒落區(qū)相鄰的采場壓力劇增,出現(xiàn)礦柱壓裂、頂板破裂、采準(zhǔn)巷道開裂及冒頂現(xiàn)象。
(二)采場地壓的控制采場地壓控制的主要方法如下。(1)合理確定采場斷面形狀及礦房、礦柱參數(shù)利用礦柱控制回采礦房的跨度、形狀,并支撐上覆巖層的壓力;利用圍巖與礦柱的自支承能力維護回采礦房的穩(wěn)定是地壓控制的基本方法。為此,必須合理選擇礦房、礦柱參數(shù)及礦房斷面形狀與布置方向,以使礦房周圍應(yīng)力分布盡可能地合理,既便于充分發(fā)揮圍巖自承能力維護自身的穩(wěn)定,又能做到充分采出礦石。(2)支撐與巖體加固回采不穩(wěn)定礦體時,常利用人工支護回采工作空間,防止冒落。傳統(tǒng)的支護方法是用立柱、支架、木垛等進行支撐。近代又發(fā)展了巖體加固法,用錨桿、長錨索、注漿等加固不穩(wěn)定礦體,增強其強度,維持其穩(wěn)定。若對待采的不穩(wěn)固礦體預(yù)先進行加固,則可收到預(yù)控的效果,使回采更接近于在穩(wěn)固礦體中進行的狀況。(3)利用免壓拱解除采場地壓在高壓力區(qū)進行回采時,可利用形成免壓拱的方法使待采礦塊處于卸壓區(qū)內(nèi),借以解除原有的高應(yīng)力狀態(tài),使應(yīng)力釋放,并使來自原巖體的載荷轉(zhuǎn)移到該區(qū)域之外,從而改善待采礦塊的回采條件。(4)合理的回采順序在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地段應(yīng)先回采高應(yīng)力塊段;自斷層下盤后退式回采;回采空間的長軸方向盡可能與礦體最大主應(yīng)力方向平行。(5)充填在回采期間利用充填處理空區(qū)來改善采場圍巖及礦柱的受力狀態(tài)(充填后由于有側(cè)向約束形成三維應(yīng)力狀態(tài)),增強采場圍巖的穩(wěn)定性和礦柱的強度,以及利用充填處理采空區(qū),借以阻擋圍巖冒落,緩和地壓顯現(xiàn),減少地表下沉,是一種常用的地壓控制方法。(6)崩落利用崩落圍巖的方法消除采空區(qū),控制地壓顯現(xiàn)以及使承壓帶卸載,改善相鄰采場的回采條件。四、沖擊地壓及其控制(一)沖擊地壓概念當(dāng)在礦床深部(一般指1500m以上)或在構(gòu)造應(yīng)力很高的地區(qū)進行開采時,有時會在采掘空間周圍的巖體中發(fā)生突然的爆發(fā)式破壞現(xiàn)象,其劇烈程度好像巖體被炸藥爆炸一樣。如在掘進巷道或采場圍巖發(fā)生強烈的劈裂聲;礦巖的彈射和振動,并引發(fā)大量礦巖碎塊拋出;底板鼓起,并伴有巨大響聲;氣浪沖擊造成井下嚴(yán)重破壞及地面劇烈振動(地震)。這種地壓現(xiàn)象稱為沖擊地壓(也稱巖爆)。沖擊地壓有強有弱,其破壞性有大有小。按振動能大小的不同,沖擊地壓的強度可分為五個等級。(1)微沖擊僅有巖體或礦體表層的局部破壞和巖塊彈出,巖體深部有微振動。(2)弱沖擊巷道圍巖有局部破壞和少量巖塊拋出,伴有明顯的聲響和地震振動,但對支架、設(shè)備無嚴(yán)重?fù)p害。(3)中等沖擊巷道圍巖出現(xiàn)迅速的脆性破壞,并有大量巖石碎塊、粉塵拋出,形成氣浪沖擊,可使幾米長的一段巷道冒落,支架及設(shè)備損壞。
(4)強烈沖擊使長達(dá)幾十米的地段上支架破壞和巷道冒落,機器及設(shè)備受到損壞。發(fā)生強烈沖擊地壓后,井下需要大量的修復(fù)工作。(5)災(zāi)害性沖擊在整個開采區(qū)域或中段內(nèi)有許多礦柱發(fā)生連鎖反應(yīng)式破壞,礦區(qū)或中段內(nèi)巷道坍塌,甚至可使全礦井報廢。
(二)沖擊地壓的控制(1)合理布置采掘工程與選擇合理的回采順序為避免造成過高的應(yīng)力集中,應(yīng)盡可能避免巷道之間及巷道與構(gòu)造斷裂之間呈銳角交叉,使相鄰采掘工程的間距達(dá)到可避免應(yīng)力增高帶相互重疊的程度?;夭晒ぷ髅鎽?yīng)是直線布置,少出現(xiàn)急轉(zhuǎn)角變化;采掘空間的長軸,應(yīng)盡可能與巖體中最大主應(yīng)力方向呈平行布置;回采時應(yīng)從構(gòu)造應(yīng)力高的地段或構(gòu)造斷裂面、礦脈交叉處后退回采,以避免過高的應(yīng)力集中;回采跨度的擴大,即卸壓拱跨度的擴大應(yīng)逐漸擴展,避免突然成倍增長(如兩個采場突然合并),以防造成脈沖載荷誘發(fā)沖擊地壓。(2)使有沖擊地壓危險的礦層卸壓在礦層上部或下部先行采動,可對有沖擊地壓危險的礦層起卸壓保護作用。(3)使礦巖中積累的彈性變形能有控制地釋放采取松動爆破、振動性爆破,采用較小礦柱,使其小到逐漸壓碎但又不至于引起強烈沖擊。
(4)向巖層中注水使其軟化注水可使巖體強度、彈性模量降低,而增加塑性變形成分,從而可以預(yù)防沖擊地壓。(5)選擇合理的采礦方法從減小沖擊地壓危險來看,宜選用崩落法,崩落圍巖可起卸載作用。(6)減小沖擊地壓危害的其他措施先用寬工作面掘進巷道,后用廢石回填,在巷道周圍形成一條防沖擊的隔離帶,使其在一旦發(fā)生沖擊地壓時起保護人員和設(shè)備的作用。在回采工作面架設(shè)防沖擊擋板、隔柵等;采用帶快速排液閥的可縮性液壓支柱支撐回采工作面。一、礦山運輸提升概述地下礦山生產(chǎn)過程中,礦石或廢石從采掘(剝)作業(yè)面運送到礦倉、選廠或廢石場,各種設(shè)備、器材運送到作業(yè)地點以及作業(yè)人員上下班,都離不開運輸和提升工作。運輸提升是礦山開發(fā)中不可缺少的重要環(huán)節(jié),對礦山的安全與生產(chǎn)至關(guān)重要。礦山運輸提升的方式是根據(jù)礦床的開采方法、開拓方式及經(jīng)濟技術(shù)條件確定的,而主要運輸提升設(shè)備的選用又影響開采、開拓方案的確定。地下礦山根據(jù)運輸提升井巷的不同分為平巷運輸、斜井提升和豎井提升。
1.平巷運輸按動力不同可分為人力推車和機械運輸;按運輸設(shè)備不同可分為機車運輸、無極繩運輸?shù)?;機車運輸又可分為內(nèi)燃機車、架線式電機車和蓄電池電機車運輸。
2.斜井提升按設(shè)備不同可分為斜井軌道提升和斜井膠帶輸運機提升;軌道提升又可分為斜井箕斗提升和串車提升。
3.豎井提升第五節(jié)地下礦山運輸安全技術(shù)
3.豎井提升按提升容器的不同可分為罐籠提升、箕斗提升以及建井時用的吊桶提升;按提升機的不同可分為單繩纏繞式提升和多繩摩擦式提升;按提升方式不同可分為雙罐籠提升、單罐籠提升及單罐籠平衡錘提升等。二、軌道運輸軌道運輸是地下開采礦山主要的運輸方式,在露天礦場的運輸中也占有重要的地位。軌道運輸?shù)闹饕O(shè)備有軌道、礦車、牽引設(shè)備和輔助機械設(shè)備等。礦車按用途分為運貨礦車、人車和專用礦車(如炸藥車、水車)以及運送設(shè)備器材的材料車和平板車等,運貨的礦車主要有固定車廂式、翻斗式、側(cè)卸式和底卸式等。牽引設(shè)備,在斜巷(斜坡)中主要用絞車(卷揚機)通過鋼絲繩牽引(提升)車輛。在平巷和坡度很小的坡道主要用機車;少數(shù)礦山在平巷(坡)和斜巷(坡)還使用了無極繩牽引設(shè)備。輔助機械設(shè)備主要有翻車機、推車機、爬車機、阻車器等。這些設(shè)備對于提高運輸提升系統(tǒng)的生產(chǎn)效率,減輕勞動強度和實現(xiàn)運輸機械化具有重要作用。
(一)軌道鋪設(shè)軌道是為了減少車輛運行的阻力。軌道鋪設(shè)應(yīng)牢固而平穩(wěn),并且有一定的彈性,以緩和車輛運行的沖擊,延長軌道和車輛的使用年限。軌道線路應(yīng)力求成直線,坡度合乎要求,同時盡量保持平坦一致,彎道的曲率半徑應(yīng)盡量大些,以利于行車。軌道主要由鋼軌、軌枕、道床和連接件等組成。(1)鋼軌鋼軌的作用是承托和引導(dǎo)運行的車輛,它直接承受車輛的作用力,并將它傳遞到軌枕上去。中、小型礦山常用的鋼軌有8、11、15、18和24kg/m等。鋼軌越重,強度越大,穩(wěn)定性越好。(2)軌枕軌枕的作用是承受鋼軌傳來的載荷,并將它傳遞到道床上。常用軌枕有木質(zhì)和鋼筋混凝土兩種。軌枕的規(guī)格取決于軌型及軌距,輕軌枕木厚度一般為100和120mm,長度為軌距的1.8~2.0倍,軌枕間距一般為0.7~0.9m。(3)道床道床的作用是承受軌枕傳來的壓力,并把它均勻地分布到路基底板上。道碴的材料是碎石,其塊度為20~40mm。在水平或傾角10°以下的軌道線路,軌枕下面的道碴厚度不得少于100mm,道碴應(yīng)埋沒軌枕的2/3。(4)連接件軌道連接件的作用是在縱向把鋼軌接在一起,并將鋼軌固定在軌枕上。鋼軌之間用魚尾板及螺栓聯(lián)接。鋼軌與軌枕的連接是通過道釘釘入軌枕后用釘頭將軌底緊緊壓在軌枕上面或用埋入軌枕的螺栓及螺帽、壓板將軌底壓緊。(5)軌距軌距是指直軌道上兩根鋼軌軌頭內(nèi)側(cè)的距離。礦山窄軌運輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)軌距為600、762和900mm,其中600mm最為普遍。
(二)彎道(1)曲線半徑車輛在彎道上行駛時,由于離心力作用和輪緣與軌道間的阻力作用,增加了運行的困難。離心力和彎道阻力,與車輛運行速度、彎道半徑和車輛軸距等因素有關(guān)。因此最小曲線半徑應(yīng)根據(jù)運行速度和軸距來確定。一般當(dāng)行車速度小于1.5m/s時,彎道的曲線半徑不小于軸距的7倍;速度大于1.5m/s時,曲線半徑不小于軸距的10倍。(2)軌道加寬車輛通過彎道時,如軌距和直道相同,則輪緣就會擠壓鋼軌,阻力增大,車輪甚至擠死在軌道上,或造成脫軌事故。因此,在彎道上必須加寬軌距。(3)外軌抬高車輛在彎道上運行時,由于離心力的作用,使車輪向外軌擠壓,加劇輪緣與鋼軌的磨損,增加運行阻力,甚至出現(xiàn)翻車事故。為了平衡離心力,在彎道處要將外軌抬高。
(三)道岔為了使車輛由一條線路駛向另一條線路,需在線路交叉處鋪設(shè)道岔。單開道岔由岔尖、基本軌、轉(zhuǎn)轍機構(gòu)、轍岔、過渡軌、護輪軌組成。岔尖是一端刨削成尖形的鋼軌,與基本軌的工作邊緊貼。通過操作轉(zhuǎn)轍機構(gòu)來移動岔尖的位置,從而實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)線運行。三、運輸巷道及行人的安全要求運輸巷道是供車輛和人員通行的場所,根據(jù)運載工具不同可分有軌巷道和無軌巷道。為了保障車輛行駛和人員通行安全,運輸巷道應(yīng)符合以下要求:(1)巷道的寬度、高度、巷道頂幫和車體突出部位的間隙、人行道寬度應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。(2)軌道鋪設(shè)應(yīng)平直、穩(wěn)固,軌距、軌面高低、軌道接頭以及彎道的曲線半徑應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。(3)巷道內(nèi)不要堆積雜物,水溝要暢通,沒有積水。(4)有良好的照明。行人在運輸巷道內(nèi)行走時要注意:
(1)人員要在供行人的巷道內(nèi)或人行道上行走,要隨時注意前后方向駛來的車輛,尤其是在噪聲大(局扇附近)的地方更要注意。發(fā)現(xiàn)車輛駛來,要及早躲避在安全地點。(2)在雙軌巷道內(nèi),禁止人員在兩軌之間停留。禁止橫跨列車。(3)行走時,思想不能開小差,要防止碰頭和跌跤,特別是在溜井、小眼的地點,要防止失足墜落。(4)要注意巷道頂幫的情況,不要在頂幫不穩(wěn)定的地點停留,對于易冒頂?shù)牡囟我訌娪^察,防止頂幫冒落傷人。(5)在有電機車架空線或電纜的巷道內(nèi),行人手持長金屬工具時,不得扛在肩上,以免觸及電車架線或電纜等物。鋒利的工具,如斧子等應(yīng)包上或裝人護套內(nèi)帶走。四、人力推車及運輸安全要求人力推車是目前小礦山主要的運輸手段,即使使用了機械運輸?shù)牡V山,也少不了人力推車。人力推車有兩種,即有軌礦車和無軌手(拉)車。在巷道中推礦車時,應(yīng)注意下列安全事項:
(1)推車人員應(yīng)攜帶礦燈。在照明不良的地段,礦燈應(yīng)掛在礦車行進方向的前端。(2)推車人員要隨時注視著前方。在單軌巷道推車要確認(rèn)對面沒有車推過來才準(zhǔn)向前推車,以免發(fā)生撞車事故。(3)一人只準(zhǔn)推一輛車,同方向行使的車輛的間距,軌道的坡度在5‰認(rèn)以下的,不得小于10m;坡度大于5‰的,不得小于30m;坡度大于10
‰的,禁止人力推車。(4)在能夠自滑的線路上運行時,應(yīng)有可靠的制動裝置,行車速度不得超過3m/s;嚴(yán)禁推車人員騎跨車輛滑行或放飛車。(5)礦車通過道岔、巷道門、風(fēng)口、彎道和坡度較大的區(qū)段,以及兩車相遇、前面有人或障礙物、脫軌、停車等情況時,推車人應(yīng)及時發(fā)出警號。(6)人力推車不得隨意進人機車運行區(qū)域,如需進入,須得到機車調(diào)度的許可。(7)在能自動滑動的坡度上停放礦車,要用木楔或木板穩(wěn)住。在無軌平巷或緩坡斜巷內(nèi)采用手推車(或手拉車)運輸時,應(yīng)注意下列安全事項:
(1)推(拉)車人要注意前方道路和行人,與車或人相遇時,要減速行走,看好前方道路再行車,或等行人通過后再推車前進。(2)推車人員應(yīng)在巷道中間行走,不要靠著側(cè)幫行走。(3)同方向行車,兩車間距不得小于5m,不準(zhǔn)搶先越位。(4)行走速度不能太快,下坡時不能放飛車。(5)推車人員應(yīng)攜帶礦燈,如在無照明區(qū)段礦燈熄滅,不得繼續(xù)向前推車。五、機車運輸及安全要求礦用機車按使用動力不同,分為電機車和內(nèi)燃機車兩種。絕大多數(shù)礦山使用的是電機車。礦山井下使用的內(nèi)燃機車,排放的廢氣必須經(jīng)過凈化處理,符合排放標(biāo)準(zhǔn)。由于機車運行速度較快,制動困難,加之井下光線不足,巷道狹窄,條件差,稍有疏忽就會發(fā)生人員被擠壓,碰撞以及機車碰撞、追尾等事故。因此,對機車運輸?shù)陌踩珕栴},必須引起高度的重視。
(一)礦用電機車礦用電機車是由直流電源作為動力的,按供電方式不同分為架線式和蓄電池式兩大類。架線式電機車的電源是由牽引變流所通過硅整流裝置將交流電變?yōu)橹绷麟娝屯芸站€,通過受電弓將電引入電機車的控制裝置和牽引電動機,經(jīng)軌道回到交流所,構(gòu)成回路,使電機車牽引礦車在軌道上行駛。由于架線式電機車比蓄電池式成本低,設(shè)備簡單,用電效率高、易于維護等,所以應(yīng)用較普遍。小礦山使用較多的是ZK-1.5和ZK-3型架線式電機車,其黏著質(zhì)量分別為1.5t和3t,額定電壓分別為100V和250V。電機車的黏著質(zhì)量是指作用在主動輪上的質(zhì)量,由于礦用電機車都是主動輪,故黏著質(zhì)量即為電機車的質(zhì)量。黏著質(zhì)量越大,牽引力就越大。礦用電機車由機械和電氣兩大部分組成。機械部分包括:車架、行走部(輪對、軸箱、彈簧托架)、緩沖器和連接器、齒輪傳動裝置、制動裝置、撒砂裝置、警鐘等。電氣部分包括:牽引電機、控制器、變阻器、受電器。保護和照明裝置等。電機車司機通過操縱控制器和制動器來控制行駛速度。
(二)電機車的制動電機車能否安全運行,它的制動性能好壞將起著重要的作用。電機車的制動分機械制動和電氣制動兩種。在正常行駛的情況下,應(yīng)使用機械制動閘制動,在緊急情況下,機械和電氣制動要同時使用,以保證能安全地制動。制動裝置要有足夠的制動力,以保證列車在運行時制動距離能符合安全規(guī)程的規(guī)定,即運送人員時不超過20m,運送物料時不超過40m。14t以上大型機車(或雙機)牽引運輸時,應(yīng)根據(jù)運輸條件予以確定,但不得超過80m。由于機車的最大制動力受到車輪與軌面間的摩擦力(黏著力)的限制
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