井巷工程課件

1、井巷工程（地下工程施工）第一章 巖石的性質(zhì)及其工程分級(jí)基本要求：掌握巖石的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)；了解巖石的工程分級(jí)；破巖與井巷維護(hù)是井巷工程的主要問(wèn)題，為了有效、合理地進(jìn)行破巖與井巷維護(hù)，就要對(duì)巖石與巖體的物理力學(xué)性能有所了解，并在此基礎(chǔ)上制定出巖石的工程分級(jí)方法，以便為設(shè)計(jì)、施工和成本計(jì)算提供依據(jù)。第一節(jié) 概述一、巖石的概念巖石是組成地殼的基本物資，它是由一種或多種礦物在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律組合而成。1、巖石的性質(zhì)與組成巖石的礦物成分有關(guān)。2、巖石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造結(jié)構(gòu)決定巖石組織的各種特征的總和。說(shuō)明巖石微觀的組織特征，如巖石中礦物的結(jié)晶程度、顆粒大小、形狀及顆粒之間的聯(lián)結(jié)方式。構(gòu)造說(shuō)明巖石宏觀的

2、組織特征。如巖漿巖的流紋構(gòu)造、沉積巖的層理構(gòu)造和變質(zhì)巖的片理構(gòu)造。二、巖石、巖體、巖塊巖石不分巖塊與巖體的泛稱。巖塊指從地殼巖層中切取出來(lái)的小塊體，有時(shí)也指實(shí)驗(yàn)室用來(lái)作力學(xué)試驗(yàn)的小塊巖石。巖體是指一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體。注意：1、由于各種地質(zhì)作用，巖體中往往具有明顯的地質(zhì)作用遺跡，如層理、節(jié)理、斷層等，稱為弱面。2、巖體具有非均質(zhì)性、各向異性和不連續(xù)性。三、表土與基巖建井工作者把覆蓋在地殼上部的第四紀(jì)沉積物如黃土、粘土、流沙、淤泥、礫石等統(tǒng)稱為表土；表土以下的固結(jié)性巖石統(tǒng)稱為基巖。第二節(jié) 巖石的物理性質(zhì)一、巖石的相對(duì)密度和密度1、相對(duì)密度（比重）巖石的相對(duì)密度，是指巖石固體實(shí)體積的質(zhì)量與同

3、體積水的質(zhì)量之比值。所謂巖石固體實(shí)體積，就是指不包括孔隙體積在內(nèi)的實(shí)在體積。其計(jì)算公式為：式中 巖石的相對(duì)密度；G絕對(duì)干燥時(shí)體積為VC的巖石質(zhì)量，g；VC巖石固體實(shí)在體積，3W水的密度，g/3（4）。巖石的相對(duì)密度取決于組成巖石的礦物的相對(duì)密度。2、密度（容重）巖石單位體積（包括巖石內(nèi)孔隙體積在內(nèi)）的質(zhì)量，稱為巖石的密度（又稱質(zhì)量密度）。可分為干密度和濕密度干密度單位體積巖石絕對(duì)干燥后的密度。濕密度天然含水或飽水狀態(tài)下的密度。 =式中 c巖石的干密度 g/3巖石的濕密度 g/3G巖石試件烘干的質(zhì)量 gG1巖石試件的質(zhì)量（天然含水或飽水）， gV巖石試件的體積， 3區(qū)分干濕密度對(duì)于某些粘土質(zhì)巖石

4、具有重要的意義。巖石的密度取決于巖石的礦物成分、孔隙及含水量，當(dāng)其他條件相同時(shí)，與埋藏深度有關(guān)。3、重度單位體積巖石所受的重力稱為重度，又稱為重力密度。二、巖石的孔隙性巖石的孔隙性系指巖石的裂隙和孔隙的發(fā)育程度，它通常用孔隙度n和孔隙比e來(lái)表示。1、孔隙度n是指巖石試件內(nèi)各種裂隙、孔隙的體積總和對(duì)于試件總體積V之比，用百分?jǐn)?shù)表示，也稱為孔隙率。%式中 n巖石的孔隙率，% V0巖石中孔隙的總體積，3 V巖石的總體積，32、孔隙比e指巖石試件內(nèi)各種裂隙、孔隙的總體積總和對(duì)于試件內(nèi)固體部分實(shí)體積之比。式中 e巖石的孔隙比 V0巖石內(nèi)孔隙、裂隙的體積總和 Vc巖石內(nèi)固體部分實(shí)體積。3、孔隙度與孔隙比的

5、關(guān)系三、巖石的水理性質(zhì)1巖石的吸水率巖石的吸水率就是巖石試件在大氣壓力下吸入水的質(zhì)量g與試件烘干質(zhì)量G之比值可分為自然吸水率和強(qiáng)制吸水率。巖石吸水率的大小，取決于巖石所含孔隙、裂隙的數(shù)量、大小、開(kāi)閉程度及其分布情況，并且與試驗(yàn)條件有關(guān)。2巖石的透水性巖石能被水透過(guò)的性能稱為巖石的透水性。衡量巖石透水性的指標(biāo)為滲透系數(shù)，其單位與速度相同。式中 單位時(shí)間內(nèi)的滲水量； 滲透系數(shù)； 滲透面積； 水力坡度。3巖石的溶蝕性由于水的化學(xué)作用而把巖石中某些組成物質(zhì)帶走的現(xiàn)象稱為巖石的溶蝕。4巖石的軟化性巖石浸水后其強(qiáng)度明顯降低，通常用軟化系數(shù)來(lái)表示水分對(duì)巖石強(qiáng)度的影響程度。軟化系數(shù)是指水飽和巖石試件的單向抗壓

6、強(qiáng)度與干燥巖石試件單向抗壓強(qiáng)度之比，可表示為：式中 巖石的軟化系數(shù)；水飽和巖石試件的單向抗壓強(qiáng)度，；干燥巖石試件的單向抗壓強(qiáng)度，。5巖石的膨脹性和崩解性指散軟巖石所表現(xiàn)出的特征。膨脹性軟巖浸水后體積增大和相應(yīng)地引起壓力增大的性能，可用膨脹應(yīng)力和膨脹率來(lái)表示。巖石與水進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)后，隨時(shí)間變化會(huì)產(chǎn)生體積增大現(xiàn)象，這時(shí)使試件體積保持不變所需要的壓力稱為巖石的膨脹應(yīng)力，而增大后的體積與原體積的比率稱為巖石膨脹率。崩解性指軟巖浸水后發(fā)生的解體現(xiàn)象，用耐崩解指數(shù)表示，它是指巖石試件在承受干燥和濕潤(rùn)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)之后，巖石試件對(duì)軟化和崩解作用所表現(xiàn)出的抵抗能力。四、巖石的碎脹性巖石破碎后的體積將比整體

7、狀態(tài)下增大，這種性質(zhì)稱為巖石的碎脹性。碎脹性可用碎脹系數(shù)來(lái)表示，碎脹系數(shù)K是指巖石破碎后的總體積V1與巖石破碎前體積V之比，即殘余碎脹系數(shù)K：巖石破碎后，在其自重和外加載荷作用下會(huì)逐漸壓實(shí)，體積隨之減少，碎脹系數(shù)比初始破碎時(shí)相應(yīng)地變小。這種壓實(shí)后的體積與破碎前原始體積之比，稱為殘余碎脹系數(shù)，用K表示。第三節(jié) 巖石的力學(xué)性質(zhì)一、巖石的變形特性（一）、靜荷載作用下巖石的變形特征1、巖石的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)糖€OA段：壓密階段 AB段：線彈性階段（近似于直線）C BC段：破裂發(fā)展階段B CD段：峰值后曲線O 2體積應(yīng)變將體積改變量與原體積的比值稱為體積應(yīng)變，也稱體積改變率，體積應(yīng)變與三向應(yīng)變之間的關(guān)系為：

8、3、巖石的彈性、塑性和脆性彈性：巖石受力后發(fā)生變形，撤除外力后變形能夠完全恢復(fù)的性質(zhì)。塑性：巖石受力后變形，撤除外力后變形不能恢復(fù)的性質(zhì)。脆性：巖石受載后變形很小就破裂的性質(zhì)，通常破壞前總應(yīng)變小于3%。（二）巖石在三向靜荷載壓縮條件下的變性特征研究巖石在三向壓縮下的變性特性有很大的實(shí)際意義，因?yàn)樽匀粭l件下巖體絕大多數(shù)是處于三向壓縮狀態(tài)。下圖表示大理巖在三向壓縮條件下的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線，由圖可見(jiàn)，隨著圍壓的提高，巖石表現(xiàn)出下列特征：1彈性段與單軸壓縮下基本相同。2巖石表現(xiàn)出明顯的塑性變形。3屈服極限、強(qiáng)度峰值和殘余強(qiáng)度都與圍壓大小成正變關(guān)系。4大部分巖石在一定的臨界圍壓下出現(xiàn)屈服平臺(tái)，呈現(xiàn)塑性

9、流動(dòng)現(xiàn)象。5達(dá)到臨界圍壓以后繼續(xù)提高圍壓，不再出現(xiàn)峰值，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈單調(diào)增長(zhǎng)趨勢(shì)。（三）動(dòng)荷載下巖石的變形特征二、巖石的強(qiáng)度特征1、強(qiáng)度的定義：在外荷載作用下，巖石抵抗破壞的能力稱為巖石的強(qiáng)度。在外載荷作用下，巖石變形達(dá)到一定程度就會(huì)破壞，巖石發(fā)生破壞時(shí)所能承受的最大載荷叫做極限載荷，用單位面積表示則稱為極限強(qiáng)度。2、強(qiáng)度的分類：（1）、單向抗壓強(qiáng)度巖石試件在單向壓力下達(dá)到破壞時(shí)的極限強(qiáng)度。它在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大壓應(yīng)力。（2）、單向抗拉強(qiáng)度巖石試件在單向拉伸條件下達(dá)到破壞時(shí)的極限強(qiáng)度，它在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大拉應(yīng)力。劈裂法：，式中 D園板狀試件的直徑 t試件的厚度 a正方形試件的邊長(zhǎng)。

10、（3）、剪切強(qiáng)度指巖石試件在一定的應(yīng)力條件下所能抵抗的最大剪應(yīng)力，用表示。剪切強(qiáng)度有三種：抗剪斷強(qiáng)度、抗切強(qiáng)度及弱面抗剪強(qiáng)度，如下圖，抗剪斷強(qiáng)度 抗切弱面抗剪切（4）、三向抗壓強(qiáng)度巖石試件在三向壓應(yīng)力作用下所能抵抗的最大的最大主應(yīng)力，稱為巖石的三向抗壓強(qiáng)度。3、巖石的強(qiáng)度特征1）、在大多數(shù)情況下，巖石表現(xiàn)為脆性破壞。2）、同一種巖石的強(qiáng)度也并非常數(shù)。影響巖石強(qiáng)度的因素很多，除巖石本身的特征外，還與受力狀態(tài)有關(guān)。3）、巖石強(qiáng)度有如下規(guī)律：三向等壓抗壓強(qiáng)度三向不等壓抗壓強(qiáng)度單向抗壓強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度。三、巖石的硬度定義：巖石的硬度，指的是巖石抵抗其他較硬物體壓人的能力。分類：因試驗(yàn)方式不

11、同，可分為兩類：靜壓人硬度：采用底面積為152的圓柱形平底壓模壓人巖石試件，以巖石產(chǎn)生脆性破壞或屈服時(shí)的強(qiáng)度，作為巖石硬度指標(biāo)。回彈硬度：是以重物落于巖石表面后的回彈高度來(lái)表示。四、巖石的可鉆性和可爆性可鉆性和可爆性是用來(lái)表示鉆眼或爆破巖石難易程度的一種概念。巖石的可鉆性和可爆性，常用工藝性指標(biāo)來(lái)表示，如：用鉆速、鉆每米炮眼所需要的時(shí)間、鉆頭的進(jìn)尺、鉆每米炮眼磨鈍的釬頭數(shù)或破碎單位體積巖石所消耗的能量等來(lái)表示巖石的可鉆性。用爆破單位體積巖石所消耗的炸藥、爆破單位體積巖石所需的炮眼長(zhǎng)度、或單位重量炸藥的爆破量、每米炮眼的爆破量等來(lái)表示巖石的可爆性。測(cè)試巖石可鉆性的一種方法：利用重錘自由下落時(shí)產(chǎn)生

12、的固定沖擊功（40J），沖擊釬頭而破碎巖石，根據(jù)破巖效果來(lái)衡量巖石破碎的難易程度，指標(biāo)：鑿碎比功：釬刃磨鈍寬度：釬刃兩端向內(nèi)4處的磨鈍寬度。第四節(jié) 巖石的工程分級(jí)從地質(zhì)學(xué)上可知，巖石按成因可分為：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。分類方法，常用的有：1、原蘇聯(lián)MM普羅托奇雅可諾夫于1926年提出用“堅(jiān)固性”這一概念作為巖石工程分級(jí)的依據(jù)。堅(jiān)固性不同于強(qiáng)度，它本身也是在各種采礦作業(yè)依據(jù)地壓等外力作用下破壞的相對(duì)難易程度。堅(jiān)固性系數(shù)f普氏巖石堅(jiān)固性系數(shù)。式中Ra為巖石的單向抗壓強(qiáng)度。根據(jù)f值的大小，將巖石分為十級(jí)共十五種。2、煤炭部圍巖分類，根據(jù)錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)與施工的要求，分五類。3、美國(guó)提出“巖芯質(zhì)量指標(biāo)（

13、R.Q.D）”進(jìn)行分類，分五類。4、最簡(jiǎn)單的分類，按巖石的單軸飽和抗壓強(qiáng)度Ra進(jìn)行分類：堅(jiān)硬巖石：Ra800/2，中等堅(jiān)硬巖石：Ra=300800/2，軟弱：Ra300/2。第二章 鉆眼爆破基本要求：了解鉆眼機(jī)械及鉆眼工具；掌握炸藥及爆破理論；掌握礦用炸藥及起爆材料；了解電雷管起爆法；掌握破巖原理與爆破技術(shù)；井巷施工首先要破碎巖石，常用的破巖方法有機(jī)械破巖和爆破破巖兩種，目前使用最普遍的仍是爆破破巖。井巷掘進(jìn)中，在巖石上鉆眼，主要采用沖擊式鉆眼法；在煤上鉆眼，主要采用旋轉(zhuǎn)式鉆眼法。沖擊式鉆眼法使用的鉆眼機(jī)械是鑿巖機(jī)；旋轉(zhuǎn)式鉆眼法使用的鉆眼機(jī)械則多是電鉆。鑿巖機(jī)以使用的動(dòng)力不同，分風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)（一

14、般簡(jiǎn)稱鑿巖機(jī)或風(fēng)鉆）、液壓鑿巖機(jī)及電動(dòng)鑿巖機(jī)。第一節(jié) 炸藥和爆炸概論在日常生活中，會(huì)遇到各種爆炸，如鍋爐爆炸、車胎放炮、燃放鞭炮等。爆炸的定義：物質(zhì)發(fā)生急劇變化，瞬間放出大量熱量，對(duì)周圍介質(zhì)作功，使之發(fā)生破壞，同時(shí)可能伴隨聲、光、熱效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為爆炸。爆炸現(xiàn)象可分為三類：物理爆炸：爆炸時(shí)僅發(fā)生物態(tài)的急劇變化，物質(zhì)的化學(xué)成分不變，如鍋爐爆炸。核爆炸：由某些物資的原子核發(fā)生裂變或聚變引起的爆炸?；瘜W(xué)爆炸：爆炸時(shí)不僅發(fā)生物態(tài)變化，而且物質(zhì)的化學(xué)成分也發(fā)生變化，如炸藥爆炸。在采礦工程中，主要是應(yīng)用炸藥的化學(xué)爆炸。一、炸藥爆炸的基本特征（亦稱爆炸必須同時(shí)具備的三個(gè)條件或爆炸三要素）1、放出大量然爆炸過(guò)

15、程中釋放大量熱是對(duì)周圍介質(zhì)作功的能源，沒(méi)有足夠的熱量放出，反應(yīng)就不能自行延續(xù)，也就不可能出現(xiàn)爆炸過(guò)程的自動(dòng)傳播。例如草酸鹽的分解反應(yīng)：PbC2O4Pb+2CO2-69.9kJ/molAgC2O42Ag+2CO2+123.5kJ/mol草酸鉛的分解是吸熱反應(yīng)，不能發(fā)生爆炸；而草酸銀的反應(yīng)能放出大量熱，則發(fā)生爆炸。2、生成大量氣體炸藥爆炸放出的熱量必須借助氣體介質(zhì)才能轉(zhuǎn)化機(jī)械功。3、反應(yīng)過(guò)程必須高速進(jìn)行爆炸反應(yīng)與一般化學(xué)反應(yīng)的顯著區(qū)別還在于反應(yīng)過(guò)程的高速度。只有這樣，爆炸反應(yīng)的氣體產(chǎn)物在尚未膨脹之前就被加熱到20003000這樣的高溫，使之達(dá)到數(shù)千甚至數(shù)萬(wàn)兆帕的高壓。煤在空氣中燃燒，放出的熱量為8

16、918kJ/kg，但不會(huì)爆炸。炸藥爆炸放出的熱量為29006300kJ/kg。其反應(yīng)速度極高，一個(gè)普通的小藥卷在10-310-4s內(nèi)即反應(yīng)完畢。二、炸藥及其分類炸藥的定義：炸藥即是具備上述三要素的物資。確切地說(shuō)，即：炸藥是在一定條件下，能夠發(fā)生快速化學(xué)反應(yīng)，放出能量，生成氣體產(chǎn)物，顯示爆炸效應(yīng)的化合物或混合物。炸藥中的主要元素是碳、氫、氧、氮。炸藥爆炸的過(guò)程也就是炸藥中氫、碳原子的氧化過(guò)程，氧化時(shí)所需要的氧，不需取自周圍空氣，而是炸藥本身所含有的，這是炸藥和燃料的重要區(qū)別。另外，炸藥具有燃料所沒(méi)有的高能量密度，單位體積的炸藥放出的熱量遠(yuǎn)比燃料的多，例如每升石油（包括燃燒所需的氧）燃燒時(shí)只能放熱

17、17.46kJ，而每升硝化甘油爆炸時(shí)卻能產(chǎn)生9964.6kJ的熱量。炸藥按其組成可分為：1、單質(zhì)炸藥 它是各組成元素以一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)存在于同一分子中的炸藥。2、混合炸藥 它是由兩種以上分子組成的混合物。炸藥按其用途可分為：1、起爆藥 這類炸藥的特點(diǎn)是，在很小的外界能量（如火焰、摩擦、撞擊等）作用下就能爆炸，故常用作雷管的起爆藥。如：雷汞、氮化鉛、二硝基重氮酚等。由于二硝基重氮酚C6H2（NO2）N2O（代號(hào)DDNP）的原料來(lái)源廣、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、安全、成本較低、而且具有良好的起爆性能，所以，我國(guó)從1960年代以后，在工業(yè)雷管中，基本都采用它作起爆藥。2、猛炸藥 這類炸藥對(duì)外能的敏感程度比起爆藥低

18、，但爆炸威力很大，主要用作起爆器材的加強(qiáng)藥和作為改善炸藥性能的附加成分。3、發(fā)射藥（火藥） 在軍事上，利用火藥穩(wěn)定燃燒時(shí)產(chǎn)生的推力發(fā)射火箭、炮彈等；在工業(yè)上，主要用來(lái)制造起爆器材，如用黑火藥作導(dǎo)火索藥芯等。三、炸藥的氧平衡和爆熱（一）、炸藥的氧平衡炸藥中的含氧量能否將炸藥中碳、氫元素充分氧化，直接影響著炸藥能量的充分發(fā)揮。所謂充分氧化是按反應(yīng)時(shí)放出熱量最大的理想條件來(lái)考慮的，即要求：氫元素應(yīng)氧化成水，2H2+O22H2O+240.7kJ/mol碳元素應(yīng)氧化成二氧化碳，C+O2CO2+395kJ/mol氮游離出來(lái)；若某些炸藥還含有其它元素，也應(yīng)氧化成相應(yīng)的高級(jí)氧化物。如果炸藥中含氧量不足或含氧過(guò)

19、多，就會(huì)生成CO，H2，C，NO或NO2等放熱量較少或吸熱性的產(chǎn)物。所以，炸藥中含氧量適當(dāng)是一個(gè)很重要的問(wèn)題。氧平衡是用來(lái)表示炸藥內(nèi)含氧量與充分氧化可燃元素所需氧量之間的關(guān)系的。通常用每克炸藥不足或多余的氧的克數(shù)來(lái)表示。炸藥的分子式可寫成通式CwHxNyOz，其氧平衡（O.B.）計(jì)算公式為有時(shí)氧平衡也用百分率來(lái)表示式中 16氧的克原子量； M炸藥的摩爾質(zhì)量。由上式可知，炸藥氧平衡有以下三種情況。1、當(dāng)0時(shí)，即當(dāng)炸藥中的氧完全氧化可燃元素后尚有剩余時(shí)，稱為正氧平衡。正氧平衡炸藥特點(diǎn)：未能充分利用其中氧量，且剩余的氧與游離氮化合時(shí)，生成氮氧化物有毒氣體，并吸收熱量。氮氧化物還能對(duì)沼氣爆炸起催化作用

20、。2、當(dāng)0，即當(dāng)炸藥中的氧不足以完全氧化可燃元素時(shí)，稱為負(fù)氧平衡。負(fù)氧平衡炸藥特點(diǎn)：未能充分利用可燃元素，并且生成可燃性氣體CO與H2，甚至還有固態(tài)碳。CO是有毒氣體，且CO生成熱為113.8kJ/mol，只約是CO2生成熱的1/3，降低了炸藥的發(fā)熱量。3、當(dāng)=0時(shí)，即當(dāng)炸藥中的氧恰好能完全氧化可燃元素時(shí)稱為零氧平衡。零氧平衡炸藥的特點(diǎn)：氧和可燃元素都得到充分利用，能放出最大的熱量，而且不會(huì)生成有毒氣體。因此配制炸藥時(shí)，應(yīng)通過(guò)炸藥成分的改變和其配比的調(diào)整，使炸藥達(dá)到零氧平衡或接近于零氧平衡?！纠}】在銨油炸藥（硝酸銨與柴油的混合炸藥）中，加入4%木粉作松散劑，按零氧平衡設(shè)計(jì)配方?！窘狻吭O(shè)100

21、克炸藥內(nèi)硝酸銨x克，柴油y克，則X+y=96已知硝酸銨的氧平衡為+0.2g/g，柴油為-3.42g/g，木粉為-1.37g/g。按零氧平衡配制炸藥應(yīng)為0.2x-3.42y-1.374=0解上兩式的聯(lián)立方程得X=92.21；y=3.79即炸藥配方應(yīng)為：硝酸銨92.2%；柴油3.8%；木粉4%。對(duì)于單質(zhì)炸藥的氧平衡，可由上述公式計(jì)算出來(lái)?！纠}】計(jì)算硝化甘油的氧平衡?！窘狻肯趸视偷姆肿邮綖镃3H5（ONO2）3，寫成通式為C3H5N3O9；M=227，（二）、爆熱爆熱的定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量炸藥在定容條件下爆炸時(shí)放出的熱量稱為爆熱，單位是kJ/mol或kJ/kg。爆熱是炸藥作功的能源，也是評(píng)價(jià)炸藥威力的

22、直接標(biāo)志，它與炸藥的其它許多性能有著直接或間接的關(guān)系。因此，爆熱是炸藥很重要的一個(gè)性能參數(shù)。炸藥爆熱的理論計(jì)算基礎(chǔ)是熱化學(xué)的蓋斯定律。蓋斯定律認(rèn)為：化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)與反應(yīng)進(jìn)行的途徑無(wú)關(guān)，而只取決于反應(yīng)的初態(tài)和終態(tài)。在下圖的蓋斯三角形中，由初態(tài)（元素）到終態(tài)（爆炸產(chǎn)物）的熱效應(yīng)Q1，與由初態(tài)經(jīng)中間態(tài)（炸藥）再到終態(tài)的熱效應(yīng)Q2+Q是相等的。所以，炸藥爆熱可按下式求得Q=Q1-Q2 中間態(tài)（炸藥）Q Q2 初態(tài)（元素） 終態(tài)（爆炸聲產(chǎn)物） Q1式中 Q炸藥的爆熱Q1爆炸產(chǎn)物的生成熱；Q2炸藥的生成熱。列出爆炸反應(yīng)方程式，即可求得炸藥的爆熱。爆熱計(jì)算示例【例題】計(jì)算泰安炸藥的爆熱?！窘狻刻┌矠樨?fù)氧平

23、衡，確定其近似的爆炸反應(yīng)方程為C5H8（NO3）43CO2+2CO+4H2O+2N2爆炸產(chǎn)物生成熱為CO2：3395=1185kJ/mol CO：2113.8=227.6kJ/molH2O：4240.7=962.8kJ/mol爆炸產(chǎn)物總生成熱Q1=1185+227.2+962.8=2375.4kJ/mol泰安炸藥生成熱為512.5kJ/mol，故泰安爆熱為Q=2375.4-512.5=1862.9kJ/mol或 Q=.3kJ/kg四、炸藥的爆轟（一）、炸藥的燃燒與爆轟炸藥在常溫常壓下也會(huì)緩慢分解，這種緩慢分解反應(yīng)是在整個(gè)物質(zhì)內(nèi)部展開(kāi)，與一般的化學(xué)反應(yīng)無(wú)異。但在外界能力激發(fā)下，炸藥的化學(xué)變化過(guò)程

24、則有燃燒與爆轟兩種形式。主要區(qū)別：燃燒是靠熱傳導(dǎo)來(lái)傳遞能量和激發(fā)化學(xué)反應(yīng)，而爆轟則靠壓縮沖擊波的作用來(lái)傳遞能量和激發(fā)化學(xué)反應(yīng)。燃燒速度通常約為每秒數(shù)十毫米到每秒數(shù)米，最大也只有每秒數(shù)百米，常低于炸藥內(nèi)的聲速，而爆轟的傳播速度則總是高于炸藥中的聲速，高達(dá)每秒數(shù)千米。燃燒過(guò)程的傳播易受外界條件影響，爆轟過(guò)程的傳播基本上不受外界條件影響。燃燒產(chǎn)物的運(yùn)動(dòng)方向與反應(yīng)區(qū)的傳播方向相反，故產(chǎn)生的壓力較低，而爆轟產(chǎn)物的運(yùn)動(dòng)方向則與反應(yīng)區(qū)的傳播方向相同，故產(chǎn)生很高壓力。（二）、爆轟波在正常情況下，炸藥一旦起爆以后，就首先在起爆點(diǎn)發(fā)生爆炸反應(yīng)而產(chǎn)生大量高溫、高壓和高速的氣流。這種高壓氣流在周圍介質(zhì)（炸藥分子）中激

25、發(fā)沖擊波。沖擊波頭所到之處，以其高溫、高壓、高速、高密度等狀態(tài)所表征的高能量使炸藥分子活化而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)所釋放出的能量補(bǔ)償了沖擊波傳播時(shí)的能量損耗。因此，沖擊波得以維持并以固有波速和波頭壓力繼續(xù)向前傳播。爆轟波伴隨有化學(xué)反應(yīng)的沖擊波。沖擊波頭與緊跟其后的化學(xué)反應(yīng)區(qū)是以相同的速度向前傳播，這個(gè)速度稱為爆轟波傳播速度，簡(jiǎn)稱爆速。爆速是爆轟波的重要參數(shù)，也是衡量炸藥質(zhì)量的重要指標(biāo)。（三）、影響爆速的因素1、藥卷直徑由炸藥爆轟所產(chǎn)生的能量并未全部用于傳播，要徑向逸散一部分。藥卷直徑越小，逸散出去的這部分能量所占比例就越大。因此，當(dāng)藥卷直徑小到一定程度，就完全不能傳爆，這時(shí)的直徑稱為臨界直徑。

26、將藥卷直徑自臨界直徑逐漸增大，爆速也逐漸提高，最后達(dá)到了穩(wěn)定值。此后，再增大直徑，爆速也不會(huì)提高，這時(shí)的直徑稱為極限直徑。單質(zhì)猛炸藥臨界直徑一般僅為數(shù)毫米，硝銨類混合炸藥的臨界直徑隨其成分不同而有差異，但都較大，如2號(hào)巖石硝銨炸藥的臨界直徑為15。硝銨類混合炸藥的極限直徑都很大，現(xiàn)常用的直徑32或35的藥卷，還遠(yuǎn)未達(dá)到它的極限直徑，故增大藥徑能使爆炸性能良好些。2、炸藥密度對(duì)單質(zhì)炸藥而言，爆速隨密度增大而增大。對(duì)混合炸藥，情況就復(fù)雜一些。在一定密度范圍內(nèi)，爆速隨密度增大而增大，并當(dāng)密度增大到某一定值時(shí)，爆速達(dá)到它的最大值，但此后若密度進(jìn)一步增大，爆速反而下降，而且密度大到超過(guò)某一定值時(shí)，就會(huì)發(fā)

27、生所謂“壓死”的拒爆現(xiàn)象。這是因?yàn)椋涸谄鸨茏饔孟掠裳趸瘎┡c可燃劑組成的混合炸藥的各組分，先以不同速度單獨(dú)進(jìn)行分解，然后由分解出的氣體相互作用完成爆轟反應(yīng)。裝藥密度過(guò)大，炸藥各組分顆粒間的空隙過(guò)小，不利于各組分分解出的氣體相互混合和反應(yīng)，從而導(dǎo)致反應(yīng)速度下降直至爆轟熄滅。3、藥卷外殼藥卷上裝上堅(jiān)固外殼，可以減少炸藥徑向能量損失，所以藥卷外殼能夠減小炸藥的臨界直徑。當(dāng)藥卷直徑較小，增加外殼可以提高爆速。但當(dāng)裝藥直徑大于極限直徑時(shí)，外殼的影響就不再起作用了。4、炸藥粒度減小炸藥各成分顆粒的粒度，一般能使炸藥的分解和反應(yīng)速度加快、反應(yīng)時(shí)間縮短、反應(yīng)區(qū)寬度減小。而在相同藥包直徑條件下，反應(yīng)區(qū)寬度減小，

28、則徑向能量損失相對(duì)減小，因而有利于穩(wěn)定傳爆。（四）、炸藥傳爆時(shí)的間隙效應(yīng)連續(xù)多個(gè)混合炸藥藥卷，通常在空氣中都能正常傳爆。但在炮眼內(nèi)，如果藥卷與炮眼孔壁間存在間隙，常常會(huì)發(fā)生爆轟中斷或爆轟轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵默F(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明，將直徑36的2號(hào)巖石硝銨炸藥，放入內(nèi)徑40120的鋼管中，不管放入多少藥卷，從一端起爆總是只能爆炸5、6藥卷，這種現(xiàn)象稱為間隙效應(yīng)。產(chǎn)生間隙效應(yīng)的原因，一般認(rèn)為是：爆轟波在傳播過(guò)程中，其高溫高壓爆轟氣體使其前端間隙中的空氣受到強(qiáng)烈壓縮，從而在空氣間隙內(nèi)產(chǎn)生了超前于爆轟波傳播的空氣沖擊波。這樣，藥卷在爆轟波到達(dá)之前已受到?jīng)_擊波的強(qiáng)烈壓縮，直徑縮小而密度增大，引起爆轟波參數(shù)惡化。在藥包直

29、徑縮小和密度增大到一定程度時(shí)，可導(dǎo)致爆速下降，甚至造成爆轟中斷。采用耦合散裝炸藥可以從根本上克服間隙效應(yīng)。間隙效應(yīng)與炸藥本身性能有很大關(guān)系，多數(shù)單質(zhì)炸藥增大密度后，爆速提高，則間隙效應(yīng)反而對(duì)爆轟有利。但混合炸藥則相反，間隙效應(yīng)對(duì)爆轟不利，并有可能發(fā)生爆轟中斷。不過(guò)即便混合炸藥，因其類型或品種不同，對(duì)間隙效應(yīng)抵抗能力也相差很大。一定的炸藥藥卷直徑，產(chǎn)生間隙效應(yīng)的間隙值有一定的范圍，可以通過(guò)控制藥卷與眼壁的間隙尺寸來(lái)克服間隙效應(yīng)。亦可在連續(xù)藥卷上，隔一定距離套上硬紙板或其它材料做成的隔環(huán)，以阻止間隙內(nèi)空氣沖擊波的傳播或削弱其強(qiáng)度。通過(guò)試驗(yàn)表明，采用水膠炸藥或乳化炸藥，可以消除因間隙效應(yīng)發(fā)生的爆轟中

30、斷現(xiàn)象。五、炸藥的猛度與爆力炸藥爆炸對(duì)周圍介質(zhì)（例如巖石）產(chǎn)生的破壞能力，分別以猛度與爆力來(lái)表示。（一）、猛度炸藥的猛度是指炸藥爆炸瞬間爆轟波和爆轟產(chǎn)物對(duì)鄰近的局部固體介質(zhì)的破碎能力，它是用一定規(guī)格鉛柱被壓縮的程度來(lái)表示的。其試驗(yàn)及裝置見(jiàn)下圖。炸藥爆炸后，鉛柱被壓縮成蘑菇形，量出鉛柱壓縮前后的高度差（），即為該炸藥的猛度。（二）、爆力炸藥爆力是指爆生氣體在高溫下膨脹作功破壞周圍介質(zhì)的能力。常用鉛柱擴(kuò)孔法來(lái)衡量爆力，其試驗(yàn)及裝置見(jiàn)下圖。炸藥爆炸后，孔眼被擴(kuò)成梨形，可用量筒向內(nèi)注水測(cè)得其容積，從中減去原孔眼體積61mL和雷管擴(kuò)孔體積28.5mL，即為炸藥的爆力數(shù)據(jù)，單位為mL。第二節(jié) 礦用炸藥礦用

31、炸藥幾乎全部都是混合炸藥。為了改變混合炸藥的爆炸性能，在配方中經(jīng)常加入一些單質(zhì)猛炸藥。一、單質(zhì)猛炸藥1、硝化甘油C3H5（ONO2）3 即三硝酸酯丙三醇，代號(hào)NG。性質(zhì)特點(diǎn)：淡黃色油狀液體，不溶于水，在水中不失去爆炸性。在密度為1.6g/3時(shí)爆熱為6352.9kJ/kg。爆炸威力大，爆力600mL，猛度22.523.5。機(jī)械敏感度和火焰敏感度機(jī)械敏感度是炸藥對(duì)沖擊、摩擦、擠壓、針刺等機(jī)械作用的敏感程度?；鹧婷舾卸仁侵刚ㄋ幵诿骰鹱饔孟掳l(fā)生爆炸的難易程度。均高。純硝化甘油在+13.2凍結(jié)，凍結(jié)后極為敏感，危險(xiǎn)性很大，不便使用 為改善這一缺點(diǎn)，常在其中混入一部分二硝化乙二醇C2H4（ONO2）2（代

32、號(hào)EGDN）以降低其凍結(jié)點(diǎn)，其性狀與硝化甘油近似，凍結(jié)點(diǎn)為-22.8。在常溫下不易揮發(fā)，50時(shí)開(kāi)始揮發(fā)。2、梯恩梯C6H2（NO2）3CH3 即三硝基甲苯，代號(hào)TNT。性質(zhì)特點(diǎn)：黃色晶體，吸濕性很小，幾乎不溶于水。熱安定性好，在常溫下不分解，180才顯著分解。爆熱4229kJ/kg，爆速7000m/s，爆力300mL，猛度18。機(jī)械敏感度較低。主要用作硝銨類炸藥的敏化劑，是重要的軍事炸藥。3、黑索金C3H6N3（NO2）3 即環(huán)三次甲基三硝銨，代號(hào)RDX。性質(zhì)特點(diǎn)：白色晶體，不吸濕，幾乎不溶于水。50以下，長(zhǎng)期儲(chǔ)存不分解。機(jī)械敏感比TNT高。密度為1.66g/3時(shí)，爆力為520mL，猛度29，

33、爆速8300m/s。由于威力和爆速都很高，常用作導(dǎo)爆索的藥芯及雷管中的加強(qiáng)藥。4、泰安C5H8（ONO2）4 即季戊四醇四硝酸酯，代號(hào)PETN。性質(zhì)特點(diǎn)：白色晶體，幾乎不溶于水。密度為1.74g/3時(shí)，爆熱為6225kJ/kg。爆炸威力高，爆速80008200m/s，爆力580mL，猛度2325。二、硝銨類炸藥硝銨類炸藥是以硝酸銨為主要成分的混合炸藥。硝酸銨NH4NO3，代號(hào)AN。白色或略帶黃色的結(jié)晶，含氮量高達(dá)35%，可作化肥使用。正氧平衡的弱性炸藥。易溶于水，也最易吸濕受潮。長(zhǎng)期儲(chǔ)存、溫度轉(zhuǎn)變都會(huì)造成晶粒連接而成硬塊。受潮和硬化以后爆炸性能顯著惡化。起爆敏感度很低，一般不能直接用雷管和導(dǎo)爆

34、索起爆，需用強(qiáng)力的起爆藥卷起爆。起爆后，爆速可達(dá)20002500m/s，爆力160230。原料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，安全性好。多以它為主要原料制成混合炸藥。（一）、銨梯炸藥（硝銨炸藥）是我國(guó)目前最廣泛使用的工業(yè)炸藥，它由硝酸銨、梯恩梯、木粉三種成分組成。硝酸銨主要成分，起氧化劑作用，提供爆炸反應(yīng)所需的氧元素。梯恩梯敏化劑，改善炸藥的爆炸性能，增加炸藥的起爆感度，兼起可燃劑的作用。木粉疏松作用，使硝酸銨不易結(jié)成硬塊，并平衡硝酸銨中多余的氧，故稱松散劑或可燃劑。硝銨炸藥分為煤礦、巖石、露天三類。前兩類可用于井下。煤礦硝銨炸藥供有沼氣或煤塵爆炸危險(xiǎn)的礦井使用，必須檢驗(yàn)它對(duì)沼氣引爆的安全性。巖石硝銨炸藥

35、適用于井下無(wú)沼氣、煤塵爆炸危險(xiǎn)的巖石爆破作業(yè)。注：巖石硝銨炸藥、煤礦硝銨炸藥一般均制成如下規(guī)格：直徑：32、35、38重量：100、150、200g長(zhǎng)度：190、170炸藥有效使用期限：6個(gè)月（巖石），4個(gè)月（煤礦）。藥卷形狀：一端為平頂，另一端向內(nèi)凹入稱為聚能穴。爆炸能量在聚能穴所 指方向上比較集中，有利于傳爆，在裝藥時(shí)應(yīng)予注意。（二）、銨油炸藥這類炸藥因不含TNT，故原料來(lái)源豐富，加工簡(jiǎn)單，使用安全，價(jià)格低廉。在露天礦、金屬礦、水利鐵道等工程中使用較多。簡(jiǎn)單的銨油炸藥是硝酸銨與柴油的混合物。（三）、高威力硝銨炸藥上述炸藥的威力都屬于中等或中等偏低，在煤礦井下通常能夠滿足使用要求。隨著采礦工

36、業(yè)的發(fā)展，進(jìn)行硬巖深孔爆破、大斷面一次成巷、堅(jiān)硬巖石頂板的強(qiáng)制放頂?shù)榷夹枰型Ω叩恼ㄋ?。提高硝銨炸藥威力的途徑有以下幾種：1、增大密度增大密度可以提高爆轟壓力，并在單位體積內(nèi)容納更多的藥量，但硝銨類炸藥密度增高以后起爆感度降低，起爆能量不足時(shí)爆速與猛度反而下降，故增大密度的效果是有限的。2、加入鋁粉在炸藥中摻入研磨極細(xì)的鋁粉或鋁鎂合金粉，它們?cè)谘趸瘯r(shí)產(chǎn)生大量的熱，使爆溫增高，能明顯提高炸藥的爆力和猛度。鋁粉的摻入量一般在47%之間。3、加入猛炸藥三、漿狀炸藥和水膠炸藥漿狀炸藥是以氧化劑水溶液、敏化劑和膠凝劑為基本成分的混合炸藥。氧化劑硝酸銨。四、乳化炸藥五、硝化甘油類炸藥在液狀硝化甘油內(nèi)溶

37、入35%硝化棉，使它變成柔軟的膠狀體，具有可塑性，故通常稱為膠質(zhì)炸藥。第三章 巷道斷面設(shè)計(jì)基本要求：掌握巷道斷面形狀及巷道斷面尺寸；掌握巷道斷面內(nèi)水溝和管線的布置；掌握巷道斷面設(shè)計(jì)；巷道斷面設(shè)計(jì)主要是選擇斷面形狀和確定斷面尺寸。設(shè)計(jì)的原則是在滿足安全、生產(chǎn)和施工要求的條件下，力求提高斷面利用率，取得最佳的經(jīng)濟(jì)效果。在滿足安全和技術(shù)要求的前提下，力求提高斷面利用率，縮小斷面，降低造價(jià)并有利于加快施工速度。第一節(jié) 巷道斷面形狀一、巷道斷面的形狀我國(guó)煤礦巷道常用的斷面形狀是梯形和直墻拱形（如半圓拱形、圓弧拱形、三心拱形，簡(jiǎn)稱拱形），其次是矩形。二、選擇巷道斷面的形狀應(yīng)考慮的因素1、巷道所在層位圍巖的

38、物理力學(xué)性質(zhì)。2、礦山壓力的大小及其作用方向。3、巷道的服務(wù)年限及用途。4、支護(hù)方式及支護(hù)材料。圍巖礦山壓力服務(wù)年限宜選用的支架斷面形狀穩(wěn)定不大不長(zhǎng)木支架；礦用工字鋼支架；錨桿支護(hù)；鋼筋混凝土支架。梯形；矩形；（如采區(qū)內(nèi)的準(zhǔn)備巷道和回采巷道）。不太穩(wěn)定較大較長(zhǎng)錨噴；混凝土砌璇；料石砌璇；U型鋼可縮性支架。拱形；圓形；橢圓形；（如井筒、井底車場(chǎng)、主要運(yùn)輸大巷、回風(fēng)大巷或服務(wù)年限較長(zhǎng)的采準(zhǔn)巷道等）。三、設(shè)計(jì)巷道斷面應(yīng)考慮的安全因素1、主要運(yùn)輸巷道和主要風(fēng)道的凈高，自軌面起，不得低于2.0米。2、采區(qū)內(nèi)的上山、下山和平巷的凈高，不得低于2.0米，薄煤層內(nèi)，不得低于1.8米。3、設(shè)計(jì)巷道的凈斷面，必須

39、按支護(hù)的最大縮量計(jì)算。第二節(jié) 巷道斷面設(shè)計(jì)示例一、梯形巷道斷面設(shè)計(jì)示例設(shè)計(jì)條件某礦二采區(qū)軌道上山，采用1t固定式單鉤串車提放材料和矸石，采區(qū)生產(chǎn)能力為45萬(wàn)t/a，上山開(kāi)掘在煤層中，傾角=15左右，直接頂為砂頁(yè)巖，煤層厚度2.2m，底板為粉砂巖，壓力中等，通過(guò)該上山的風(fēng)量為30m3/s，采區(qū)服務(wù)年限約16年。（一）、巷道凈斷面的初步確定根據(jù)已知條件，選擇該上山斷面形狀為梯形，采用礦用11號(hào)工字鋼支護(hù)，由通風(fēng)條件知，該巷道凈斷面積S為式中 S設(shè)計(jì)巷道的凈斷面積，Q巷道所通過(guò)的風(fēng)量，m3/sV巷道允許最高風(fēng)速，m/s，有關(guān)資料中查到，教材8頁(yè)表13。=5（）該巷道滿足通風(fēng)要求的斷面積不得小于5。（

40、二）、梯形巷道斷面輪廓幾何尺寸的確定1、巷道凈寬度B對(duì)于梯形巷道，當(dāng)其內(nèi)通行礦車、電機(jī)車時(shí)，凈寬度系指車輛頂面水平的巷道寬度。當(dāng)其內(nèi)不通行運(yùn)輸設(shè)備時(shí)，凈寬度系指底板起1.6m高水平的巷道寬度。在進(jìn)行巷道斷面尺寸計(jì)算之前，應(yīng)根據(jù)所給條件繪制計(jì)算草圖，以便確定各參數(shù)尺寸。B=CAa式中 B巷道凈寬度，C非行人側(cè)設(shè)備外緣至巷幫的距離，不得小于300。A巷道中所通過(guò)設(shè)備的最大寬度，本例取880。查有關(guān)設(shè)備尺寸資料，教材4頁(yè)表11。a行人側(cè)設(shè)備外緣至巷幫的距離，不得小于800。本例中取c=720，a=1400，則B=C+A+a=7208801400=3000。2、巷道凈高度的確定梯形巷道的凈高系指自渣面

41、或底板至頂梁或頂部噴層面、錨桿露出長(zhǎng)度終端的高度。H=h1hchb 式中 H巷道的凈高度，。h1從軌面到棚梁的高度，。h1的確定：架線式電機(jī)車運(yùn)輸，可取2200至2400，架線高度分別為2000至2200。蓄電機(jī)車運(yùn)輸或主要軌道上下山，應(yīng)不小于1900。其它巷道，可根據(jù)情況自定。hc巷道底板至軌面的高度，。一般取220360。hb巷道底板至道渣面的高度，。一般取0200。本例中，由于是上山巷道，當(dāng)傾角15時(shí)，可不鋪設(shè)道渣，所以取hb=0。取hc=220，則H=h1hc-hb=19002200=2120（）。3、巷道頂梁及底板處凈寬度1）、巷道頂梁處凈寬度B1B1=B2（h1hs）ctg式中 h

42、s自軌面起運(yùn)輸設(shè)備的最大高度。1t固定式礦車為1150，當(dāng)鋪設(shè)運(yùn)輸機(jī)時(shí)，自巷道底板起取1600。棚腿與水平面之夾角。梯形巷道的棚腿與水平面的夾角一般取8082。則B1=B2（h1hs）ctg=30002（19001150）ctg802735（）。2）、巷道底板（或通道渣面處）凈寬度B2B2=B2（hsha）ctg，式中 ha道渣面至軌面的高度。無(wú)道渣時(shí)，ha=hc=220。則B2=3000+2（1150220）ctg803483。4、巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度1）、巷道頂梁處設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度B3B3=B12（dt）式中 d棚腿直徑，t背板厚度，本例中，選用11號(hào)礦用工字鋼支護(hù)，d取110，t取50，則B3=

43、B12（dt）=27352（11050）=30552）、巷道底板（或道渣面）處設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度B4B4=B22（dt）,則B4=B22（dt）=34832（11050）=3803。5、巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)高度H1=Hdthb式中 H1巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)高度，H巷道沉實(shí)前的凈高，H=H100，則H1=Hdthb=2120100110500=2380。6、巷道凈斷面積S=，則S=（2.7353.483）2.120=6.59（）滿足通風(fēng)要求。7、巷道掘進(jìn)斷面積1）、設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積S1S1=（B3B4）H1，則S1=（B3B4）H1=（3.055+3.803）2.380=8.162）、計(jì)算掘進(jìn)斷面積S2S2=（B3B4

44、4）（H1），掘進(jìn)巷道時(shí)的超挖值，一般取50100。S2=（3.0553.80340.05）（2.3800.05）=8.58根據(jù)上述計(jì)算的數(shù)值，繪制出符合要求的巷道斷面圖，標(biāo)出以下數(shù)值：B巷道凈寬度；H巷道凈高度； B1巷道頂梁處凈寬度； B2巷道底板凈寬度； B3巷道頂梁處設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度； B4巷道底板處設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度； H1巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)高度。8、巷道凈周長(zhǎng)PP=B1B22H=2.7353.48322.1210.84m。最后列出巷道斷面特征表：名稱普氏系數(shù)f斷面積凈周長(zhǎng)最大允許通過(guò)風(fēng)量備注凈掘單位mM3/s梯形斷面，礦用11號(hào)工字鋼支護(hù)數(shù)量236.598.5810.8440二、半圓拱形巷道斷面設(shè)

45、計(jì)示例（一）、設(shè)計(jì)條件某礦運(yùn)輸大巷采用ZK106/550架線式電機(jī)車牽引3t底卸式礦車運(yùn)輸，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力A=150萬(wàn)t/a，低瓦斯礦井，大巷布置在煤層組底板的砂頁(yè)巖中，地壓中等，礦井設(shè)計(jì)服務(wù)年限60a，通過(guò)該大巷的風(fēng)量為84.0m3/s，試設(shè)計(jì)該巷道斷面。注：Z直流架線，K礦用，10噸，6軌距600，550直流電壓。根據(jù)上述條件，該大巷應(yīng)該設(shè)計(jì)為雙軌斷面，選擇斷面形狀為半圓拱形，采用錨噴支護(hù)，且由通風(fēng)條件知，該巷道凈斷面積應(yīng)大于10.5。注：Q/V=84/8=10.5。（二）、半圓拱形巷道斷面輪廓幾何尺寸的確定1、雙軌巷道的凈寬度B拱形巷道的凈寬度B，系指直墻內(nèi)側(cè)的水平距離。在進(jìn)行巷道斷面

46、尺寸計(jì)算之前，應(yīng)根據(jù)所給條件繪制計(jì)算草圖。B=abc2A，式中 a行人側(cè)寬度，在1.6m高度內(nèi)不小于800。b對(duì)開(kāi)列車最突出部分之間的安全距離，不小于200。c非行人側(cè)設(shè)備外緣至巷墻的距離，不小于300。A巷道中運(yùn)行設(shè)備外緣的最大寬度，此處為3t底卸式礦車，最大寬度為1200。在本例中，B=80020030021200=3700。2、巷道凈高度HH=h3hbh0，。式中 h3從底板起直墻的高度，hb巷道底板至道渣面的高度，h0拱高，對(duì)于半圓拱形，h0=B，。1）、墻高h(yuǎn)3的確定方法拱形巷道直墻的高度h3應(yīng)根據(jù)拱高、人行道高度、電機(jī)車架空線高度以及管線布置等要求來(lái)確定。根據(jù)這些條件分別計(jì)算后，選

47、擇其中的最大值，作為設(shè)計(jì)的直墻高度。（1）、根據(jù)人行道要求確定直墻高度采用架線式電機(jī)車牽引列車或人力推車時(shí)，由于車身高度小于成人身高，這時(shí)墻高應(yīng)能保證行人遇車靠墻而站時(shí)能符合煤礦安全規(guī)程第19條的規(guī)定，而且滿足距墻壁100處的巷道有效凈高不低于1800的要求。如下圖1，圖1 按人行道要求確定直墻高度由此而得半圓拱形巷道斷面直墻高度h3為h3=1800hb式中 R半圓拱的半徑，R=B，本例中，h3=1800200=1400（2）、根據(jù)架線要求確定直墻高度。采用架線式電機(jī)車運(yùn)輸時(shí)，按電機(jī)車頂端導(dǎo)電弓兩切線的交點(diǎn)處與巷道拱壁之間的距離不小于200來(lái)考慮，如圖2。由此而得半圓拱形巷道斷面的直墻高度h3

48、為h3=h4hc式中 h4軌面水平至電機(jī)車架空線的高度，取2000。hc巷道底板至軌面的高度，取320。K電機(jī)車導(dǎo)電弓寬度之半，取360。Z軌道中心線至巷道中心線之間的距離，本例為950。注：Z=B-C-A=37003001200=950。則在本例中，h3=2000320=1316.8。圖2 按架空線要求確定直墻高度（3）、根據(jù)架設(shè)管線及電纜的要求確定直墻高度在架線電機(jī)車運(yùn)輸?shù)南锏纼?nèi)，為了充分利用斷面，往往在巷道的上部架設(shè)管線及電纜，這時(shí)，管線及電纜下面除應(yīng)滿足1800的人行高度外，同時(shí)還要求電機(jī)車導(dǎo)電弓距管線的距離不小于300。如圖3。圖3 按架設(shè)管線要求確定巷道直墻高度h3=1800hbe

49、式中 Z2雙軌巷道行人側(cè)的軌道中心線與巷道中心線之間的距離，本例為450。（注：Z2=B-a-A=37008001200=450）。D1上部管道直徑，本例取200。e管道所占高度，即等于上、下部管道直徑與管托橫梁高度之和，e=D1D2100。D2下部管道直徑，本例取100。在本例中，h3=1800200400=1093.7。（4）、根據(jù)高度1.6m留有0.8m寬的人行道確定直墻高度。新開(kāi)掘的運(yùn)輸巷道，要求從巷道道渣面起1.6m的高度內(nèi)，設(shè)備外緣至巷壁之間必須留有寬0.8m以上的人行道，但巷道高度在1.6m至1.8m之間，不得架設(shè)管線及電纜，如圖所示圖 按高度1.6m人行道寬度不小于0.8m確定

50、墻高h(yuǎn)3=1600hb在本例中，h3=1600200=1800（）。2）、根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定直墻高度由上面四種計(jì)算結(jié)果可知，按保證人行道高度不小于1.6m確定人行道寬度所確定的直墻高度最大，因此，確定該巷道斷面的直墻高度h3=1800。3）、計(jì)算巷道凈高度對(duì)于半圓拱形巷道斷面，巷道凈寬度B和墻高h(yuǎn)3確定后，巷道斷面就已確定，則：H=h3-hb+h0=1800-200+3700=3450。3、巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度和計(jì)算掘進(jìn)寬度B1=B2T（）式中 B1巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度，T砌璇或錨噴厚度，本例取100。則本例中，B1=37002100=3900。B2=B12，。式中 掘進(jìn)巷道時(shí)的超挖值，取50100。B

51、2巷道計(jì)算掘進(jìn)寬度，則在本例中，B2=3900+250=4000。4、巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)高度和計(jì)算掘進(jìn)高度H1=h3h0d0式中 H1巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)高度，d0拱壁砌璇或錨噴厚度，本例取100。則在本例中，H13750。H2=H1式中 H2巷道計(jì)算掘進(jìn)高度，在本例中，H2=3750+50=3800。5、巷道凈斷面積S=B（0.39B+h2）【注：S=Bh2+=B（）B（0.39B+h2）】式中 h2從道渣面起巷道的墻高，m，h2=h3-hb則在本例中，S=3.7（0.393.7+1.6）=11.26，由通風(fēng)條件知，該斷面符合要求。6、掘進(jìn)斷面積1）、巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積S1=B1

52、（0.39B1+h3）式中 S1巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積，在本例中，S1=3.9（0.393.9+1.8）=12.95。2）、巷道計(jì)算掘進(jìn)斷面積S2=B2（0.39B2+h3）式中 S2巷道計(jì)算掘進(jìn)斷面積，則在本例中，S2=4.0（0.394.0+1.8）=13.44。7、巷道的凈周長(zhǎng)P=2.57B+2h2【注：P=2h2+B+B=2.57B+2h2】式中 P巷道的凈周長(zhǎng)，m在本例中，P=2.573.7+21.6=12.71m。根據(jù)上述計(jì)算參數(shù)，按照一定的比例繪制出巷道斷面施工圖。8、列出巷道特征表。三、其它形狀的巷道斷面設(shè)計(jì)煤礦井下巷道的斷面形狀除半圓拱形、梯形外，常用的還有三心拱形、圓弧拱形等。

53、優(yōu)缺點(diǎn)如下：半圓拱形：能承受較大的頂壓，斷面利用率不高。圓弧及三心拱形：承受頂壓的能力較半圓拱形次之，但斷面利用率較高。因此，在頂壓不大時(shí)可選用圓弧拱形及三心拱形。1、圓弧拱、三心拱的拱高確定對(duì)于三心拱形及圓弧拱形巷道，其拱高一般取巷道凈寬的三分之一，即h0=當(dāng)圍巖不很堅(jiān)固或地壓較大的情況下，為了提高拱部的受力性能，其拱高也可取巷道凈寬的五分之二，即h0=當(dāng)圍巖較堅(jiān)固、地壓較小時(shí)，為了進(jìn)一步提高圓弧拱及三心拱的斷面利用率，拱高也可取巷道凈寬的四分之一甚至五分之一，即h0=（）B。2、圓弧拱形及三心拱形拱部幾何參數(shù)的確定在計(jì)算圓弧拱形或三心拱形巷道的斷面積和周界長(zhǎng)度時(shí)，僅知道巷道凈寬度B和凈高度

54、h是不夠的，還需要確定出圓弧拱和三心拱的拱部幾何參數(shù)，如下圖：a b圖 圓弧拱形和三心拱形拱部幾何參數(shù)a圓弧拱形 b三心拱形1）、矢跨比N矢跨比即拱高h(yuǎn)0與巷道凈寬度B之比值，對(duì)于圓弧拱形及三心拱形巷道斷面，N可取、和，具體取值可視圍巖條件和地壓大小而定。2）、圓心角和拱的半徑R（r）對(duì)于圓弧拱形，其圓心角和拱的半徑R分別為：=2arcsin （）R= （）【注】如下圖，tg=sin=由于+2=，=-2，sin=sin（-2）=sin2=2sincos=2=arcsin=2 arcsin又sin，R=。當(dāng)N=時(shí)，=13446，R=0.5417B當(dāng)N=時(shí)，=10616，R=0.625B當(dāng)N=時(shí)，

55、=8712，R=0.725B當(dāng)N=時(shí)，=15438，R=0.5125B對(duì)于三心拱形，其大圓圓心角和小圓圓心角以及大拱的半徑R和小拱的半徑r分別為：=2arctg2N=90，當(dāng)N=時(shí)，=6722，=5619，R=0.692B，r=0.261B。當(dāng)N=時(shí)，=5308，=6326，R=0.904B，r=0.173B。當(dāng)N=時(shí)，=4336，=6812，R=0.563B，r=0.129B。當(dāng)N=時(shí)，=7720，=5120，R=0.593B，r=0.346B。3）、拱部弧長(zhǎng)l和面積Sa弧長(zhǎng)公式： 扇形面積：對(duì)于圓弧拱形，其拱部弧長(zhǎng)和面積分別為l和Sa，m，當(dāng)N=時(shí)，l=1.274B，Sa=0.241B2。

56、當(dāng)N=時(shí)，l=1.159B，Sa=0.175B2。當(dāng)N=時(shí)，l=1.103B，Sa=0.138B2。當(dāng)N=時(shí)，l=1.383B，Sa=0.298B2。對(duì)于三心拱形，其拱部弧長(zhǎng)和面積分別為：當(dāng)N=時(shí)，l=1.329B，Sa=0.264B2。當(dāng)N=時(shí)，l=1.221B，Sa=0.198B2。當(dāng)N=時(shí)，l=1.736B，Sa=0.006B2。當(dāng)N=時(shí)，l=1.420B，Sa=0.315B2。第三節(jié) 巷道斷面內(nèi)水溝和管線的布置1、水溝布置（1）、水溝一般布置在人行道一側(cè)，當(dāng)非行人側(cè)較寬時(shí)，也可將水溝布置在非人行道一側(cè)。水溝應(yīng)盡量避免穿越軌道和輸送機(jī)，當(dāng)采用斷面大于500500（寬深）的水溝時(shí)，應(yīng)加大人

57、行道的寬度。（2）、在水平或傾斜的砌璇巷道，可將沿水溝一側(cè)的巷道基礎(chǔ)加寬50以上，以便搭設(shè)水溝蓋板，同時(shí)應(yīng)使水溝底板掘進(jìn)面比巷道基礎(chǔ)深50100。對(duì)水平和傾斜的梯形巷道，水溝不應(yīng)沿支架的棚腿窩開(kāi)鑿，水溝掘進(jìn)面一側(cè)距棚腿的距離應(yīng)不小于300。（3）、在傾角小于或等于10的行人或車輛來(lái)往頻繁的主要巷道，水溝上面要加設(shè)蓋板，蓋板頂面應(yīng)與道渣面齊平。（4）、在傾角大于15或非主要行人、運(yùn)輸巷道，水溝上面可不加設(shè)蓋板。2、水溝形狀水溝斷面形狀常用梯形、正梯形和矩形幾種（如圖），設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用矩形和直角梯形斷面。水流量小的可采用梯形，不砌筑的水溝也可采用梯形。水溝斷面尺寸可根據(jù)水的流量、坡度、支砌材料和

58、斷面形狀等因素來(lái)確定。3、水溝坡度、斷面積和流量計(jì)算水溝坡度應(yīng)與巷道坡度相一致。主要運(yùn)輸和通風(fēng)巷道的水溝坡度應(yīng)不小于3，采區(qū)巷道水溝坡度應(yīng)不小于4，采用黃泥灌漿和水沙充填的礦井，排水巷道的水溝坡度，應(yīng)不小于5。巷道中橫向水溝坡度，應(yīng)不小于2。對(duì)流速的要求：排水流速應(yīng)不小于0.5m/s（防止煤泥等雜物在水溝內(nèi)沉淀），混凝土砌筑的水溝，水的最大流速應(yīng)不超過(guò)510m/s，不砌筑的水溝，水流最大速度應(yīng)不超過(guò)34.5m/s。水溝斷面尺寸還應(yīng)考慮到清理方便。流量計(jì)算：在上圖中，水溝深度為H1，過(guò)水保護(hù)高度H一般取50。則對(duì)于梯形斷面，水溝凈斷面積為：矩形斷面的凈斷面積：F=B1H1過(guò)水?dāng)嗝娣eF分別為： 和

59、B1H1。水溝流量可按下式計(jì)算：式中 Q水溝流量，m3/sF水溝過(guò)水?dāng)嗝娣e，水溝內(nèi)平均流水速度，m/s4、水溝砌筑和蓋板（1）、根據(jù)水溝服務(wù)年限，一般將水溝分為永久性水溝和臨時(shí)水溝兩類。井底車場(chǎng)、主要運(yùn)輸大巷、上（下）山等永久性水溝均應(yīng)砌筑，其它水溝可根據(jù)底板巖型、服務(wù)年限、巷道用途、涌水量大小等因素確定是否砌筑，順槽水溝不需砌筑。（2）、水溝一般采用混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆注或采用預(yù)制混凝土板塊砌筑的方式。（3）、加設(shè)蓋板的水溝，蓋板的寬度一般比水溝凈寬加寬150。（4）、為防止巷道底板和道渣下面積水，巷道底板向水溝側(cè)應(yīng)有2的流水坡度。第四章 水平巖石巷道施工第一節(jié) 巷道施工中的鉆眼爆破法目前，國(guó)內(nèi)外大

60、量使用的破巖方法還是鉆眼爆破法，巷道掘進(jìn)中良好的鉆眼爆破工作，應(yīng)該達(dá)到以下幾項(xiàng)要求要求： 炮眼利用率要高，炸藥和雷管的消耗量要低。 巷道斷面尺寸、方向和坡度應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。 盡量不破壞圍巖，以有利于支護(hù)。 巖石的塊度和巖堆高度要適中。為了獲得良好的爆破效果，必須正確的布置工作面炮眼，合理確定爆破參數(shù)，選用適宜的炸藥和改進(jìn)爆破技術(shù)。 工作面炮眼布置掘進(jìn)工作面的炮眼，按其用途和位置可分為：掏槽眼、輔助眼 三類周邊眼起爆順序：掏槽眼輔助眼周邊眼。影響炮眼布置的因素主要有：巖石的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)、巷道斷面的形狀和大小、炸藥的性能和裝藥量等。（一）、掏槽眼作用：首先在工作面將某一部分巖石破碎并拋出，在一個(gè)自由