安全工程专业课程
井巷工程
金洪伟 & 双海清
西安科技大学安全科学与工程学院
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绪 论
课前启发性问题
问：地下的煤、岩是什么形态的？
答：地下的煤、岩一般呈层状大面积延展分布，且煤层和岩层一般是连续的，只有局部被断层、陷落柱、节理（裂隙）等不连续结构分割。
问：要建设一个煤矿，主要应进行哪些工作？
答：地质勘探、规划设计、掘进、形成各种生产系统、采煤、安全管理等。
问：煤矿中会有很多道路吗？他们彼此间的关系怎样？
答：煤矿有许多井巷（hàng），他们彼此连接形成网状结构。
课前启发性问题（续）
问：煤矿中井巷的作用是什么？
答：煤矿正常运行所依赖的各种生产系统都主要通过井巷部署，如运输、提升、通风、排水、供电、供水、供压缩空气等都依赖井巷网络。
问：煤矿中巷道的形状可能有哪些？
答：梯形、半梯形、矩形、拱形、椭圆形、圆形等（平行四边形、三角形）。
问：设计井巷的形状和尺寸应该考虑哪些问题？
答：能容纳井巷内布置的设备和设施，支护和维护的难易程度，通风，掘进方式，巷道层位，等等。
问：煤矿巷道一般是在岩层中还是在煤层中？
答：两者都有可能，还有可能部分在岩层中，部分在煤层中。
课前启发性问题（续）
问：井巷会不会垮塌？如果会，该怎么办？
答：会，井下地应力、岩层原生裂隙、采掘影响、水的侵蚀等都会导致井巷垮塌。应通过支护来防止巷道垮塌。
问：井巷掘进过程中会发生哪些安全事故？
答：自然灾害（冒顶、片帮、冲击地压、突水、煤与瓦斯突出、瓦斯和煤尘爆炸、火灾）、放炮事故、机电事故、运输事故等。
问：井巷掘进过程中主要有哪些职业危害？
答：尘害、噪音、有毒气体、地温。
课前启发性问题（续）
问：在开掘井巷时，该怎么破碎岩石？
答：打眼放炮，或用掘进机破岩。
问：井巷施工过程中，会有哪些重要工序？
答：破碎岩石、装运岩石、支护、通风除尘等。
问：是煤层巷道掘进容易还是岩层巷道掘进容易？
答：煤层巷道，因为将煤层破碎相对更容易，尤其易于实现全机械化作用。
问：要实现煤矿巷道的智能无人化掘进，有可能吗？
答：有可能，这正是目前煤矿智能化的重点发展方向之一。
- 井巷工程
- 研究地层中井筒、巷道、硐室设计与施工基本理论、方法和技术的一门应用技术学科。
相关词汇极其翻译：
- 立井开凿：shaft mining; shaft sinking
- 巷道掘进：heading driving; drifting
- 井巷工程：shaft sinking and heading driving; sinking and driving engineering; shaft sinking and drifting
重要性
- 井筒、巷道、硐室等工程是矿山建设和矿井生产准备的重要组成部分，占矿井建设总工程量的60%～70%，是决定矿山建设质量和工期的主要因素。
- 安全、高效、经济地破碎岩石并维持井巷围岩的稳定性，成为井巷工程的核心问题。
煤炭开采，掘进先行。
我国井巷工程的特点
- 工程巨大：我国煤矿每年新掘巷道 12000km，位居世界第一。
- 条件复杂：我国煤矿煤层地质条件复杂，受自然灾害威胁严重。
- 工序繁多：受破岩、支护、运输、通风除尘、安全管控等工序交叉影响。
- 技术水平低：我国煤矿掘进机械化程度约 60%，还有约 40% 的巷道仍然采用落后的打眼放炮掘进工艺。
我国井巷工程的特点（续）
- 采掘失衡：综掘平均月进尺仅 180m，每个综采面平均月消耗巷道超过 600m，全国煤矿掘进队与综采队平均配比 3.1:1，掘进作业人员是综采的 3 倍以上，仍满足不了综采需求，严重制约了煤炭安全高效生产。
- 作业人员多：煤矿井下作业人员中掘进作业人员占比达 1/3。
掘进已成为煤矿安全高效绿色开采的卡脖子工程。
井巷工程的主要发展方向
为了提高煤矿开采效率、解决采掘比例失调问题及减少生产安全事故，发展巷道智能化快速掘进技术是主要攻关研发的方向之一。
实现智能化掘进的主要途径是研发智能化掘进装备。
需要解决的关键技术问题：装备的可靠性、掘锚护一体化操作的高效性。
课程主要内容
- 井巷施工图设计
- 井巷施工方法和施工技术
- 井巷施工工艺和施工设备
- 井巷施工组织与管理
- 安全管理与健康保护
学习意义
- 安全工程专业的一个重要方向是矿山安全，而许多矿山安全事故发生于井巷内（掘进事故约占煤矿总事故的 1/3 以上），且和不合理的井巷设计与施工密不可分。学习井巷工程，是认识矿山，并深入理解矿山事故发生原因与防治技术的基本要求。
- 安全工程专业有较多学生毕业后从事地下工程相关工作，如铁路隧道、地铁站线、地下厂房和涵洞的建设，井巷工程属于隧道工程的一个分支，学习本课程为进一步掌握其他类型隧道设计与施工奠定基础。
学习方法
- 从整体到局部，系统地学习。优先了解整体的知识结构，再逐渐了解技术细节。如要了解课程各个章节设置的目的，各个章节之间的联系。
- 常问为什么，不要死记硬背。对于各种问题，不要只会向书中找答案，而应首先尝试通过自己的思考进行解答。如：为什么岩巷和煤巷施工方法不一样？巷道的断面、倾角受哪些因素的影响？
- 多阅读，多练习。至少要将教材通读一遍，并尽量阅读一些相关著作。在学习中，要勾画出重点，做好学习笔记，并进行井巷设计的计算、绘图练习。
补充材料
“隧道工程”概述
- 隧道
- 以任何方式修建，最终使用于地表以下的条形建筑物，其内部空洞净空断面在2m2以上。
矿井巷道是隧道的一种。
隧道的产生和发展概况
1. 时间演进
- 原始时代（公元前3000年以前）：人类利用兽骨、石器等开挖无需支撑的洞穴。
- 近古时代（公元前3000年至公元5世纪）：地下墓穴、出于生活和军事防御目的的早期隧道结构物，一般无支撑，常用“火焚法”或“明挖法”开挖。
- 中世纪时代（5世纪至16世纪）：矿山工程隧道、地下军事防护工程隧道，利用棚架支撑岩石和卷扬提升土石，施工方法多采用“矿山法”。
- 近代和现代（从17世纪以后的产业革命开始）：随着动力机械和炸药的发明和应用，隧道技术得到极大的发展，应用范围迅速扩大。
隧道的产生和发展概况
2. 施工方法演进
隧道的产生和发展概况
3. 地层稳定性计算理论演进
- 1556年，德国人乔治·包尔出版《采矿冶炼手册》，是最早的有关隧道工程的专门著作；
- 1907年，俄国M·M·普罗托奇雅阔诺夫以均质散体为基础，提出自然平衡拱理论；
- 1925年，太沙基以松散介质平衡理论为基础，认为岩体为有一定粘结力的松散介质，对隧道荷重进行了修正；
- 1962年，拉布希维兹、米勒等提出新奥法。
参考文献
- 东兆星, 刘刚. 井巷工程(第3版)[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2013.
- 刘刚, 东兆星. 井巷工程[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2016.
- 吴贤振, 冯锐, 刘祥鑫. 井巷工程[M]. 北京: 化学工业出版社, 2013.
- 梁波. 隧道工程[M]. 重庆: 重庆大学出版社, 2015.
- muteditrios Kolymbas. Tunnelling and Tunnel Mechanics: A Rational Approach to Tunnelling [M]. Springer, 2005.
- Frederick Walter Simms. Practical Tunnelling[M]. London: Forgotten Books, 2018.