Excavación de carriles y construcción de soporte
1. Determinación de la forma y tamaño de la sección transversal
Los túneles de las minas metálicas son generalmente tramos arqueados trapezoidales o de paredes rectas. La elección de la forma de la sección transversal depende principalmente del tipo de soporte, y el tipo de soporte del túnel depende de la estabilidad de la roca y la duración de la vida útil. Las rocas son relativamente estables y tienen una vida útil corta. Generalmente se utilizan soportes de madera, por lo que la forma de la sección transversal suele ser trapezoidal. Si la roca es inestable o tiene una vida útil larga, se utiliza soporte de hormigón, y la sección del túnel es un arco de pared recto cuando la roca es muy estable y tiene una vida útil corta, no puede soportarse y la sección del túnel se arquea naturalmente; .
Las dimensiones de la sección transversal del túnel se determinan principalmente en función del propósito del túnel y las dimensiones requeridas para el transporte, la perforación y otros equipos, y deben corregirse de acuerdo con los requisitos de ventilación.
2. Proceso de excavación
La excavación de pozos incluye principalmente perforación, voladura, ventilación, carga de roca, soporte y otros procesos. La finalización de estos procesos también se denomina ciclo de trabajo. Después de cada ciclo de trabajo, la superficie de trabajo del túnel avanzará una cierta distancia, lo que se denomina metraje.
(1) Perforación y voladura de roca: la carga de trabajo de perforación y voladura de roca generalmente representa del 40% al 60% del tiempo total del ciclo de excavación. En la excavación de túneles, los perforadores de roca con patas neumáticas se utilizan generalmente para la perforación de rocas, y las plataformas de perforación de rocas se utilizan en la línea de operación mecanizada de la excavación de túneles. El diámetro del orificio es de 38 a 46 mm, la profundidad del orificio es de 1,2 a 2,5 m y el número de orificios es de 20 a 40. Cuanto mayor sea la sección transversal, mayor será el coeficiente de solidez de la roca (F) y más agujeros. La disposición de los barrenos de voladura en la cara de trabajo se muestra en la Figura 5-4-2. Según la función y posición de los barrenos, se dividen en ojos recortados, ojos auxiliares y ojos periféricos. La segunda superficie libre se crea pulverizando primero el orificio cortado para crear una cavidad cónica o cilíndrica en forma de cuña. Luego explote el ojo auxiliar, lo que puede colapsar una gran cantidad de roca y aumentar la superficie libre para la voladura alrededor del ojo circundante. Finalmente, se hacen agujeros periféricos para controlar el contorno del túnel y se disponen alrededor del túnel. Después de la voladura, se puede formar la sección del túnel de la forma y tamaño deseados. Normalmente, se utilizan explosivos y mechas de nitrato de amonio para detonar durante la excavación del túnel. La longitud total de carga de cada orificio es aproximadamente 3/5 ~ 2/3 de la profundidad del orificio, y el volumen de carga del orificio recortado es entre 15% y 20% más que el de otros orificios.
Figura 5-4-2 Diseño del pozo y funciones de varios pozos en la excavación del pozo
Para reducir el desnivel de la superficie de la carretera y reducir el daño a la roca circundante, para lograr una sección transversal que se acerque suavemente a los requisitos de diseño. En los últimos años, han surgido tecnologías de voladura controlada, como la voladura suave, que se caracterizan por una disposición densa de los ojos periféricos, la reducción de la cantidad de carga en los ojos periféricos y el control estricto de la detonación de los ojos periféricos.
(2) Ventilación: La ventilación debe realizarse a tiempo después de la voladura para eliminar los gases y el polvo nocivos de la superficie de trabajo de la excavación. El tiempo de ventilación generalmente debe ser de 20 minutos. En la actualidad, el equipo de ventilación más utilizado es el ventilador local de flujo axial.
(3) Carga de roca: La carga de roca consiste en cargar una gran cantidad de grava generada por la voladura en un contenedor de transporte para su transporte fuera del túnel. La carga de roca es un proceso arduo y que requiere mucho tiempo, y representa aproximadamente del 35% al 50% del tiempo total del ciclo de excavación. Por lo tanto, mejorar el nivel de mecanización de la carga de roca es de gran importancia para aumentar la velocidad de excavación. En la actualidad, el equipo de carga más utilizado en la excavación de túneles es la máquina de descarga de rocas con cucharón y el vagón minero. Los cargadores de rocas funcionan con aire comprimido o electricidad. Cuando el cargador de rocas avanza, el cucharón se inserta en la pila de rocas para sacar la roca. Después de que la pala esté llena, levante el cucharón y gírelo hacia atrás, vierta la roca en el vagón minero detrás del cargador de rocas, luego deje caer el cucharón y sáquelo con la pala nuevamente. Cuando el carro de la mina está completamente cargado, el carro pesado debe moverse a tiempo y el carro vacío también debe moverse a tiempo para continuar cargando roca. Este trabajo es de maniobras. Es más fácil desviar vehículos en túneles de doble carril, pero más difícil en túneles de un solo carril. Los callejones de monorraíl a menudo adoptan el método de derivación de callejones de monorriel. La Figura 5-4-3 es un diagrama esquemático del método de derivación de callejones de monorriel.
Figura 5-4-3 Diagrama esquemático del método de maniobra del túnel monorriel
La maniobra es bastante problemática y requiere mucho tiempo. El cargador de rocas dejará de funcionar temporalmente cada vez que se cargue. afectando la eficiencia de carga de roca. En los últimos años han aparecido algunos dispositivos para solucionar el problema de las maniobras durante la excavación de túneles, como palas cargadoras, carros lanzadera, etc. Garantizan que el cargador de rocas pueda cargar roca continuamente hasta que se haya cargado toda la roca para una voladura.
En la línea de producción mecanizada de excavación, los equipos de carga incluyen cargadores de rocas, cargadores de rocas con cangilones, cargadores de rocas o trenes, cosechadoras prismáticas, etc. Además, también se pueden utilizar equipos autopropulsados de tipo neumático como cargadoras, raspadoras, etc. , puede completar tres operaciones de carga, transporte y descarga.
3. Soporte
El soporte se refiere a la instalación del soporte en el túnel. Hay dos tipos de soportes: soportes temporales y soportes permanentes. El soporte permanente se puede erigir a una cierta distancia detrás de la cara de trabajo de excavación pero paralelo a la cara de trabajo de excavación, o se puede erigir detrás de la cara de trabajo de excavación. A medida que avanzan los trabajos de excavación, sólo las rocas extremadamente inestables pueden equiparse con soportes temporales para garantizar la seguridad y el progreso normal de los trabajos de excavación. Una vez finalizada la excavación, los soportes temporales se reemplazan por soportes permanentes.
Si la calzada necesita soporte y qué tipo de soporte se utiliza para sostener la calzada depende principalmente de la estabilidad de la roca circundante y la duración de la vida útil.
(2) Excavación y soporte del patio
La forma de la sección transversal y el tamaño del patio dependen principalmente del propósito del patio y del número de compartimentos. La sección transversal suele ser rectangular y los conductos de deslizamiento y de ventilación son circulares.
El diámetro de un patio circular es generalmente de unos 2 m; para un patio rectangular, la longitud entre las escaleras se utiliza a menudo como el lado corto del patio, que generalmente es de 1,5 a 2,0 m. El lado largo de un patio rectangular se determina según. el número, disposición y tamaño de los compartimentos, que generalmente es de 2,0 ~ 2,5 m. El tamaño de la sala de escaleras debe determinarse de acuerdo con los requisitos de las normas de seguridad. El lado más corto de la sala de extracción de minerales debe ser mayor que 3 veces. El ancho máximo de la roca mineral. La sala de elevación debe garantizar el flujo fluido de materiales y equipos.
El método de excavación común y el método de excavación con tanque colgante se utilizan principalmente para excavar el patio. Algunas minas también utilizan el método de pozo profundo, perforando varios agujeros profundos a toda la altura del patio y la capa de voladura. capa de abajo hacia arriba.
1. Método de excavación ordinario
El método de excavación ordinario es un método de construcción en el que se levantan escaleras y plataformas de trabajo de abajo hacia arriba, y se excava el patio mediante perforación y voladura en el suelo. plataforma de trabajo. Los principales procesos de excavación de patios siguen siendo la perforación y voladura, la ventilación, la carga de roca y el soporte. Los trabajos de perforación y carga se realizan en el banco de trabajo. Los trabajos de perforación y voladura de roca son básicamente los mismos que los de excavación de túneles, pero al ser excavación de abajo hacia arriba, el espacio de trabajo y la comunicación son limitados, por lo que tiene las siguientes características:
(1) Utilice un telescopio taladro de roca para perforar agujeros hacia arriba, cada agujero requiere un juego de brocas (juego de brocas) para perforar.
(2) Utilice el método de detonación de detonador eléctrico o el método de detonación de fusión en caliente con cable de resistencia.
(3) Antes de la voladura, se debe instalar una plataforma inclinada de caída de mineral en la parte superior de la sala de escaleras y en la sala de elevación para evitar daños a la sala de escaleras y permitir que la roca mineral colapsada se deslice hacia el interior del salón de minerales por su propio peso.
Dado que los gases nocivos producidos por las voladuras son más ligeros que el aire y el patio se excava de abajo hacia arriba, la ventilación es muy difícil y lleva mucho tiempo cuando se excava el patio. Por lo tanto, se debe utilizar ventilación mecánica y el método de ventilación suele ser la extracción. El trabajo de carga de rocas es relativamente sencillo. El mineral y las rocas volados caen en la cámara de mineral por su propio peso y luego se cargan en el vagón de la mina a través del conducto. Parte de la grava se puede almacenar temporalmente en la cámara de carga de mineral, de modo que el trabajo de carga de roca no afecte el trabajo de perforación. A medida que avanza la cara de trabajo, se debe realizar el apoyo a tiempo, se deben instalar escaleras y plataformas de trabajo para prepararse para el siguiente ciclo. El tipo de soporte para un patio rectangular depende principalmente de la estabilidad de la roca circundante. Cuando la roca circundante sea estable, use tirantes horizontales para sostenerla; cuando la roca circundante sea inestable, use una torre de perforación densa para sostenerla.
El método de excavación ordinario tiene las ventajas de una velocidad de excavación lenta, alta intensidad de mano de obra, ventilación difícil, alto consumo de material y poca seguridad operativa. Por lo tanto, se utiliza principalmente en excavaciones donde falta equipo y roca circundante. es inestable o el techo es corto. En la actualidad, en condiciones generales, se ha utilizado ampliamente el método de excavación con tanque colgante.
2. Método de excavación del tanque colgante
El método de excavación del tanque colgante consiste en perforar un agujero con un diámetro de 100 ~ 150 mm a lo largo de la línea central a toda la altura del patio. , e instale una piscina horizontalmente en la parte superior del patio. Encienda el cabrestante y pase el cable por el orificio central para levantar la lata a lo largo del patio. El tanque colgante es un banco de trabajo para taladrar y cargar, así como un contenedor elevador para elevar personal, equipos y herramientas. Antes de la voladura, baje el tanque colgante a una posición más baja, a 4 ~ 5 m de distancia de la boca del pozo. El proceso de excavación del método de maceta colgante es básicamente el mismo que el del método ordinario, pero tiene las siguientes características:
(1) Debido a la existencia del orificio de perforación central, se mejoran las condiciones de ventilación. y el tiempo de ventilación se acorta;
(2) El mineral y las rocas volados caen al piso del túnel horizontal inferior por su propio peso y luego son cargados en el vagón de la mina mediante la máquina de carga de rocas;
(3) No levante escaleras, bancos de trabajo, etc.
(3) Excavación y soporte del pozo
El principio para determinar la forma y el tamaño de la sección del pozo es aproximadamente el mismo que el del túnel nivelado. Cuando la roca es relativamente estable, el área de la sección transversal y la profundidad no son grandes y la vida útil no es larga, se pueden utilizar secciones transversales rectangulares y soportes de madera. Además, los más utilizados son secciones circulares y soportes de hormigón. El tamaño de la sección transversal del pozo depende principalmente del número y las especificaciones de los contenedores de elevación, el tamaño de las salas de escaleras y tuberías, la distribución de cada cabina, etc. , también se deben cumplir los requisitos de ventilación. La excavación de pozos incluye trabajos de preparación, construcción de la capa superior del suelo y excavación del lecho de roca.
1. Preparación
Incluye principalmente la construcción de carreteras, nivelación del sitio, construcción de edificios temporales y torres de perforación temporales, instalación de aire comprimido, ventilación, elevación, drenaje y otros equipos necesarios para la excavación. Preparación de materiales y equipos.
2. Construcción de la capa vegetal
Es decir, la parte de la capa vegetal que se pasa al excavar el pozo. A medida que se excava la capa superior del suelo, se deben instalar soportes temporales. Después de excavar la capa superior del suelo hasta el lecho de roca, se proporciona soporte permanente.
3. Excavación de lecho rocoso
Incluyendo perforación y voladura, ventilación, carga de roca, levantamiento de roca, drenaje y soporte. Este es el trabajo de excavación más básico para la excavación de pozos. Dado que el eje avanza verticalmente hacia abajo, la operación de perforación y voladura tiene las siguientes características:
(1) Cuando se utiliza un taladro de roca para perforar agujeros hacia abajo, los agujeros se organizan en círculos concéntricos con una cruz circular. sección. Para mejorar el nivel de mecanización de la perforación de rocas, se pueden utilizar unidades de perforación de rocas con bastidores de perforación anulares o en forma de paraguas.
(2) Cuando la entrada de agua desde el pozo sea grande, utilice explosivos coloidales o explosivos de nitrato de amonio con medidas impermeables.
(3) Utilice el método de detonación del detonador eléctrico. Es relativamente fácil ventilar la excavación del pozo y el tiempo de ventilación es generalmente de 15 a 30 minutos. Para la ventilación forzada se suelen utilizar ventiladores locales.
(4) Gran capacidad de carga de rocas. Generalmente, se usa un recogedor de rocas para cargar la grava en un balde y luego se usa un cabrestante para levantarla al suelo. El agua acumulada en la superficie de trabajo se drena al suelo mediante un balde o una bomba de agua. Después de cada voladura, para evitar que la roca circundante colapse, se debe proporcionar un soporte temporal a tiempo, y el soporte temporal suele ser un soporte de metal. Después de excavar el pozo hasta una cierta distancia (decenas de metros de profundidad), se proporciona un soporte permanente de abajo hacia arriba y el soporte temporal se retira gradualmente.
Los soportes de madera y de hormigón se utilizan habitualmente como soportes permanentes. El trabajo de colocación del soporte permanente se realiza en una plataforma colgante especial, que es un banco de trabajo suspendido en el eje y elevado desde el suelo mediante un cabrestante de baja velocidad. Hay agujeros en el revestimiento que atraviesan el balde y la bomba.
(4) Introducción a los métodos de perforación
Los métodos de perforación de túneles son todos métodos de perforación de roca y voladura de túneles. Tienen una organización laboral compleja, poca seguridad, alta intensidad de mano de obra y dificultad para excavar túneles. la cara de trabajo. Desventajas como la mecanización y la producción de grandes cantidades de gases y polvo nocivos. Para acelerar la construcción de minas, mejorar el nivel de mecanización de túneles y superar las deficiencias de los métodos de perforación de rocas y voladuras, en los últimos años han surgido métodos de perforación mecánica rotativa.
El método de perforación mecánica rotativa utiliza equipos de perforación para excavar túneles. Los equipos de perforación de carreteras incluyen principalmente máquinas perforadoras de túneles, equipos de perforación elevados y equipos de perforación de pozos. En términos generales, pueden realizar de forma continua los dos procesos principales de trituración y carga (o elevación) de rocas. El equipo de perforación utiliza la rotación de la broca para cortar continuamente la roca a través de los dientes de la broca.
La carga depende del tipo de equipo de perforación. La máquina perforadora de túneles combinada para carreteras utiliza un cucharón para recoger continuamente polvo de roca y grava y descargarlos en el transportador. Las plataformas de perforación elevadas generalmente utilizan el proceso de perforación de primero perforar un orificio piloto y luego expandir el orificio de abajo hacia arriba. En este momento, el polvo de roca triturada cae a un nivel inferior por su propio peso y luego es transportado. Las plataformas de perforación de pozo perforan de arriba a abajo, por lo que es difícil limpiar los recortes de perforación. Para transportar los recortes a la superficie se utilizan circulación de lodo, tuberías neumáticas o hidráulicas y elevación de cangilones.
Este método de perforación anula por completo el proceso de perforación y voladura, permitiendo realizar el rompimiento y la carga (o levantamiento) de roca en paralelo, logrando la mecanización general de los trabajos de excavación, seguridad, buenas condiciones de trabajo, Velocidad de excavación rápida y ahorro de mano de obra, fácil de manejar, las paredes alrededor del túnel están limpias, lisas y fáciles de mantener. Por tanto, la perforación es un método de excavación prometedor. En la actualidad, la aplicación del método de perforación elevada aumenta día a día. El método de perforación de pozos verticales no se ha popularizado, principalmente porque la profundidad de perforación en roca dura es de más de 300 m y el diámetro generalmente se limita a menos de 3 m. Al mismo tiempo, el método de perforación de pozos verticales también tiene un alto costo. Alto consumo de energía, transporte difícil y problemas con el pozo. Es propenso a deflexiones y otras deficiencias, por lo que se mejora y mejora constantemente. La aplicación del método de perforación de túneles en las minas aún se encuentra en la etapa de investigación experimental.