阿特拉斯·科普柯钻机部高级顾问Gunnar Nord。
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采矿业的迅速发展
金属价格的攀高，导致许多矿山竞相开发尽可能快地开采有价值矿石储量的技术。在下面的文字中我们将看到矿山如何从承包商采用的传统技术中获益。
快速开挖隧道始终是地下施工工程师们关注的焦点—利润取决于工程以多快的速度完成。人们经常说开挖隧道的成本按时间和材料分割是70/30（70%的费用是与时间有关的开支）。
对于采矿者，情况有所不同。目的始终是完成生产目标和以最大可能利用设备和人力。
然而现在采矿业对矿山准备阶段实现快速掘进的兴趣正在增加，并且意识到所能带来的利润。
图1：隧道开挖循环的各种工序和掘进每米花费的小时数。
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背景
尽管岩石钻孔技术有很大进步，但是近年来隧道掘进速度没有迅速提高。从上个世纪七十年代以来，隧道掘进速度每年只增加大约百分之一。其中一个原因是安全，其绝对的影响可以从图2清楚地看出。不再允许边装填炸药边钻孔（少数国家除外），在安全和工作环境方面更严格的法规产生了降低事故率的效果，但是限制了掘进速度。
隧道掘进速度每年增加百分之一的数字得到今年PragueITA世界隧道联合会论文的支持。来自挪威NTNU,Trondheim的S.Zare和A.Bruland的论文显示了在土木工程中近年来在60平方米的隧道中如何提高生产率。根据该论文，在过去三十年，生产率年增长率超过百分之一，其中不包括用于岩石支护的时间。每周掘进米数的提高可以从柱状图（图3）看出。
阿特拉斯·科普柯于上个世纪九十年代在隧道年会上发表的资料给出的隧道开挖循环每个阶段所花费的时间(显示在图1)。这个表已经用2007年的数据更新。可以再一次得出结论，尽管有主要的技术改进，生产率增加只在每年百分之一的范围。但是这种改进在采矿工业的许多方面的收获远远超过生产率的收获。有几个方面可能有助于改进矿山掘进，因此将给予强调。
不对称隧道形状能够在开挖工作面直接将岩石装入卡车。
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隧道尺寸和形状
长期以来被认为隧道越小，开挖越快。这是不正确的。在相对于开挖速度建立最有效的隧道尺寸时，隧道形状、支护方法、开挖顺序和所用的设备是输入参数。
例如，在芬兰的赫尔辛基已经完成了一条单线铁路隧道。用户要求隧道高度为8.8米，宽度为6.6米。在一部分隧道，承包商提供7.5米宽度，而不是要求的6.6米。
这种加大断面的设计意味着隧道有可能提前完成和降低成本，因为在较大的隧道内装渣速度要快得多。
另一项技术是有可能时改变隧道形状，以便在开挖工作面直接装渣。一个例子是在挪威Sauda修建的不对称断面隧道。偏心断面隧道允许在开挖工作面直接向卡车内装渣，加速整个工作循环。
采用改变隧道形状提高掘进速度对于矿山来说比土木工程承包商容易实施。一般来说，矿山决定开挖形状的自由度更大。
图2：瑞典地下矿山1951-1997的事故率。
由于安全立法和技术改革，多年来地下矿山生产的事故率持续下降。
但是缩短隧道掘进循环总时间的进步受到更大的限制（数据经SviMin同意）
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每个循环掘进长度
钻爆法掘进需要在掘进工作面按顺序施工，每一个工序都以机械的进入和退出为特点，不论每个循环掘进长度多少，机械进入和退出所花的时间是相同的。
将一个循环掘进长度从4米增加到5米，则每掘进20米节省90分钟时间。对于长隧道工程，这种时间节省是很重要的。为了解决钻锚杆孔时推进器超过隧道的高度和宽度的难题，可以采用伸缩式推进器。
支护工作
隧道开挖者尽量确定后面的循环最有可能是什么等级的岩石，以便计划用最佳方法开挖。目的是在开挖工作面只打入所必须的锚杆数量，承包商在后面再打入剩余的锚杆，以便减少在开挖工作面安装锚杆的时间，尽可能快地掘进。
矿道掘进主要与采矿准备有关。岩石条件的变化往往比土木工程隧道小。
掘进在许多开挖工作面平行进行，目的不是单个开挖工作面尽可能快地掘进，而是尽可能经济地开挖每一吨矿石。
在这种情况下，在开挖工作面安装最终支护所需要的全部锚杆和喷射混凝土成本效益最高，因为这意味着节省机械移动时间和简化工序。但是这将妨碍优先考虑掘进速度。
概括地说，土木工程隧道施工以高度的灵活性为特点，因此只要有合适的条件，可以实现较快地掘进的全部潜力。
图3：1975-2005年60平方米断面的隧道平均掘进速度，不包括外包的岩石支护工序。
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清除危石
清除危石有很大可能是由于钻孔和掘进偏差过大导致的行动。考虑到岩石的质量多变性，出现这种情况并不奇怪。
在开挖隧道时，并不只是拱部和边墙需要清除危石，开挖工作面也需要清理，以便获得清洁和稳定的开挖工作面，在钻孔时不致有岩石落下。这样做的结果是延长了清除危石的时间。另一方面，优点是拱部和边墙有良好的岩石状况，尽管不喷射混凝土也不会有岩石落下，可以在开挖工作面的后面再喷射混凝土。我们在斯堪的纳维亚可以找到许多例子，即使在大型隧道，也在开挖工作面后面50米喷射混凝土。快速发展的领域涉及许多方面，包括通信、安全规定及设备和技术进步。
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