巷道断面设计与施工课程设计.docx
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巷道断面设计与施工课程设计
课程设计巷道断面设计与施工
（支护）
一、设计依据
二、巷道断面设计
1、巷道断面形状的选择
2、巷道断面尺寸的确定
（1）巷道净宽的确定
（2）巷道拱高和壁高的确定
（3）道床参数
3．用通风校核巷道断面
4布置巷道水沟
5.绘制巷道断面施工图
三．巷道支护设计
1.支护方式的确定
（1）锚杆的选定
（2）锚杆参数计算
（3）锚杆长度计算
（4）锚杆间距计算
（5）锚杆直径
2.锚杆支护施工
（1）钻锚杆眼
（2）安装锚杆
3.喷浆支护
四．劳动组织和施工管理
（1）劳动组织
（2）施工管理
（3）作业循环图表
五．安全技术措施
（1）凿岩安全技术措施
（2）爆破安全技术措施
（3）装岩安全技术措施
（4）锚杆支护安全技术措施
（5）喷浆作业安全技术措施
（6）其他安全技术措施
六．结束语
主要参考文献：
《井巷工程》中国矿业学院等编
第一章设计依据
1.本设计主要依据以下给定条件：
（1）某矿山运输大巷采用ZK7-6/250架线式电机车，3吨底卸式矿车运输，巷道内铺设双轨。
（2）岩石坚固性系数为6
（3）矿井涌水量3.5L/S
（4）使用YTP-26凿岩机钻眼，普通岩石硝铵炸药爆破，耙斗装岩机装岩；
（5）采用掘支单行作业，一次成巷的施工方法（两掘一锚）
（6）该矿山实行三、八工作制
（7）压风管直径108mm,水管直径50mm
（8）井下最大班同时作业人数为100人
（若选择三心拱断面，电机车导电弓子不允许进入小圆弧）
2.本设计依据《安全第一预防为主》的方针进行设计
3.本设计依据《矿山安全规程》进行设计
第二章巷道断面设计
第一节巷道断面形状的选择
由于巷道断面形状多种多样，但根据给定条件和经济，技术，安全四方面考虑，我们应选择合理的巷道断面。
下图给定我们相关巷道断面的不同情况：
名称
使用说明
备注
矩形断面
矩形断面利用率高，承载能力低，一般用于定压，侧压都小，服务年限短的巷道
梯形断面
梯形的断面利用率较拱形高，但承压性能较拱形差，故梯形断面常用于服务年限不长，断面较小或围岩稳定，地压不大的巷道，
梯形断面常用于木材，金属，钢筋，混凝土等棚式支架的巷道
半梯形断面
同梯形断面差不多
半圆拱形断面
承载性能比较好，拱部成形比较容易，施工简单，普遍用于开拓巷道和硐室
圆弧拱形断面
多用于采区巷道
三心拱形断面
断面利用率比较高，施工比较方便
封闭拱形断面
底鼓严重
椭圆形断面
四周压力大但不均匀
圆形断面
四周压力均匀
由上述可知，选择断面形状，必须综合考虑巷道围岩的性质，地压的大小和方向，巷道的服务年限，用途，位置。
巷道的支护方式和支架材料三大基本因素，通常根据前两个因素决定支护方式，支架材料。
根据力学性质选择巷道断面形状。
从给定的条件我们选择的巷道断面形状是三心拱。
第二节巷道断面尺寸的确定
《1》巷道净宽的确定
由下表（mm）
运输设备类型
宽度（A）
高度（H）
运输设备类型
宽度（A）
高度（H）
ZK-710—67-9/250架线式电机车
1060-1360
1550
XK8-6/110A蓄电池电机车
1054
1550
ZK14-79/550架线式电机车
1335
1600
1吨固定式矿车
880
1150
ZK10-679/550-7C架线式电机车
10511212
1350
1600
1.5吨固定矿车
1050
1150
XK2.5-6/48A蓄电池电机车
920
1550
3吨底卸式矿车
1200
1400
TD75固定式输送机
1515
1200
SPJ-800吊挂胶带输送机
1200
900
可知：
ZK7-6/250电机车宽取1360mm，高取1550mm，3吨底卸式矿车宽1200mm，高1400mm.
根据《矿山安全规程》并参考标准设计，取巷道人行道C=840mm,非人行道一侧宽a=400mm。
又由下表：
（mm）
运输方式
直线部分
曲线部分
1吨或0.5吨矿车
1.5吨矿车
3吨矿车
600毫米轨距电机车
900毫米轨距电机车
1200
1300
1600
1300
1600
1300
1600
1800
1600
1900
可知：
两电机车之间距离为：
1600-（1360/2＋1360/2）=240mm
故巷道净宽度为：
B=a1＋b＋c1
=400＋1360/2＋1600＋1360/2＋840
=400＋680＋1600＋680＋840
=1240＋1360＋1600
=4200mm
《2》确定巷道拱高H0
三心拱形巷道拱高H0=B/3H0=1/3×4200
H0=1400mm
失跨比n=h0/Bn=1400/4200n=1/3
查阅相关资料可知道：
大圆圆心角为：
67022，
小圆圆心角为：
56019，
大圆半径R为：
0.692×4200=2904mm
小圆半径r为：
0.262×4200=1100.4mm
弧长为：
1.329×4200=5581.8mm
《3》确定巷道壁高H3
查阅资料可知道三心拱巷道壁高公式得：
①按架线电机车导电弓子要求确定h3
h3≥h4＋hc-h0＋R-
公式中h4——轨面起电机车架线高度，按《矿山安全规程》取h4=2000mm；
hc——道床总高度。
n——导电弓子距拱壁安全间距，取n=300mm；
K——导电弓子宽度之半K=718/2=359，取K=360mm；
b1——轨道中线与巷道中线间距，b1=B/2－a=4200/2－1080=1020mm
故h3≥2000+320－1400+2906－
=1615mm
②按管道装设要求高度要求计算h3
a按导电弓子距管子距离要求计算
h3≥h5＋h7＋hb-
公式中h5——渣面至管子底高度，按《矿山安全规划》取h5=1800mm；
h7——管子悬吊件总高度，取h7=900mm；
m——导电弓子距管子间距，取m=300mm；
D——压气管直径，题给D=108mm
b2——轨道中线与巷道中线间距，b2=B/2-c=4200/2-（840+1360/2）=580mm
故h3≥1800+900+180-
=1682mm
b按电机车距管子距离的要求计算
h3≥h5＋h7＋hb-
=1927mm
公式中A1——电机车最大宽度，A1=1360mm
m1——电机车距管子间安全距离，取m1=200mm
故h3≥1800+900+180-
=1967mm
因是架线式电机车运输巷道，故按上述要求即可确定h3,综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高h3=2000mm。
则巷道净高H=h3-hb+h0
H=2000-180+1400
H=3220mm
《4》确定巷道净断面积S和净周长P
查表可知：
净周长P=2.33B+2h2
P=2.33×4200+2×1820
P=13426mm
P=13.4m
净断面积S=B（0.26B+h2）
S=4200×（0.26×4200+h2）
S=12.2m3
《5》道床参数
常用道床参数《mm》
钢轨型号《公斤/米》
主要运输巷道，10度以下斜巷
中巷及≤15度上山，下山
道床总高度hc
道渣高度hb
渣面至轨面高度ha
道床总高度hc
道渣高度hb
渣面至轨面高度ha
24
1518
360
320
200
180
160
140
270
220
140
不铺
130
常用轨枕规格《mm》
轨枕类型
轨距
轨型《公斤/米》
全长
全高
上宽
下宽
木轨枕
600
11
15～18
24
1200
100
120
140
120
150
160
900
15～18
24
1600
120
140
150
160
钢筋混凝土轨枕
600
11～15
18
1200
130
130
120
160
140
180
900
24
1700
145
170
200
预应力钢筋混凝土轨枕
600
15～18
1200
115
100
140
巷道轨型选择及其技术特征《毫米》
使用地点
运输设备
钢轨型号（公斤／米）
钢轨尺寸（毫米）
理论重量公斤／米
高
底宽
头宽
腰厚
24.6
18.06
14.72
井底车场，运输大巷
10吨，14吨电机车
7吨，8吨电机车
无极绳绞车
24
18
15
107
90
91
92
80
76
51
40
37
10.9
10
7
上山，下山
1吨矿车
1.5吨矿车
15
15
91
91
76
76
37
37
7
7
14.72
14.72
顺槽
1吨矿车
1.5吨矿车
11～15
15
80.5
91
66
76
32
37
7
7
11.20～14.72
14.72
第三节用风速校核巷道净断面积
查资料可知，Vm=8m/s,查设计规范Vm=6m/s。
由井下最大班同时作业人数为100人可知通过大巷风量Q=4×100/60=6.67m3/s,代入公式V=Q/S可得
V=Q/S=6.67/12.2=0.56＜6＜8m/s
设计的大巷断面面积，风速没有超过规定，可以使用。
第四节布置巷道水沟
一，排水沟
设计巷道断面时，应根据矿井生产时通过巷道的排水量设计水沟，水沟通常布置在人行道一侧，并尽量少穿越运输路线，只是在特殊情况下，才将水沟布置在巷道中间或非人行道一侧。
平巷水沟坡度可取3～5‰，或与巷道的坡度相同，但不应小于3‰，以利于水流畅通。
运输大巷的水沟用混凝土浇筑。
为了行人方便，主要运输大巷和倾角小于15度斜井的水沟，应铺放钢筋混凝土预制盖板，盖板顶面要和道渣面相平。
在无运输设备的巷道或倾角大于15度的斜巷以及采区中间巷和顺槽，可不铺设盖板。
但本设计要求铺设盖板
二，巷道管线布置
管线布置的原则主要是保证安全和便于检修，其要点如下：
电力电缆与管道应布置在巷道的不同侧。
在梯形巷道内，电力电缆布置在人行道一侧的棚腿上部，管道则布置在另一侧下部，细管在上，粗管在下，与道渣面保持150毫米距离，以利于安装和检修，而且任何管子与运行车辆的距离都不小于200毫米。
在拱形巷道内，管道布置在人行道一侧，而其下部与道渣面或水沟盖板面保持1.8米和1.8米以上的距离，电力电缆布置在另一侧，距底板不得小于1米，与运行车辆的间距不得小于250毫米，力求布置在车辆高度之上。
拱形，梯形巷道水沟规格及材料消耗
巷道类别
顺号
支护类别
流量
净尺宽
断面
每米消耗材料
坡度
宽
深
净
掘进
盖板
水沟
3‰
4‰
5‰
上宽
下宽
钢筋
混凝土
混凝土
拱形大巷
1
锚喷
0～86
0-97
0-112
300
300
350
0.105
0.114
1.336
0.0226
0.114
砌暶
0～96
0-100
0-113
350
300
350
0.114
0.139
1.336
0.0226
0.099
2
锚喷
86-172
97-205
112-227
400
400
400
0.160
0.203
1.633
0.0276
0.133
砌暶
96-197
100-227
123-245
400
350
450
0.169
0.207
1.633
0.0276
0.120
3
锚喷
172-302
206-349
227-382
500
500
450
0.225
0.272
2.036
0.0323
0.152
砌暶
197-349
227-403
154-450
500
450
500
0.238
0.273
2.036
0.0323
0.137
4
锚喷
302-374
349-432
382-472
500
500
500
0.250
0.306
2.036
0.0323
0.161
砌暶
349-397
403-458
450-512
500
450
550
0.261
0.309
2.036
0.0323
0.145
采区梯形
1
2
3
4
棚式
棚式
棚式
棚式
0-78
78-118
118-157
157-243
0-90
90-136
136-181
181-280
0-100
100-152
152-202
202-313
230
250
280
350
180
220
250
300
260
300
320
350
0.05
0.07
0.03
0.11
0.146
0.174
0.195
0.236
0.093
0.104
0.110
0.112
第五节绘制巷道断面施工图
第三章巷道支护设计
第一节支护方式的确定
1,巷道支护有以下几个种类:
锚杆支护,喷射混凝土与喷浆支护，锚喷支护等等.通过本设计给定的设计条件，结合它的岩石特征及服务年限，在这里我们选择锚喷支护。
下面是锚喷支护的相关理解：
喷锚支护【shotcrete-boltsupport】指的是借高压喷射水泥混凝土和打入岩层中的金属锚杆的联合作用（根据地质情况也可分别单独采用）加固岩层，分为临时性支护结构和永久性支护结构。
喷混凝土可以作为洞室围岩的初期支护，也可以作为永久性支护。
喷锚支护是使锚杆、混凝土喷层和围岩形成共同作用的体系，防止岩体松动、分离。
把一定厚度的围岩转变成自承拱，有效地稳定围岩。
当岩体比较破碎时，还可以利用丝网拉挡锚杆之间的小岩块，增强混凝土喷层，辅助喷锚支护。
作用原理：
喷锚支护在洞室开挖后，支护及时，与围岩密贴，柔性好，有良好的物理力学性能。
它能侵入围岩裂隙，封闭节理，加固结构面和层面，提高围岩的整体性和自承能力，抑制变形的发展。
在支护与围岩的共同工作中，有效地控制和调整围岩应力的重分布，避免围岩松动和坍塌，加强围岩的稳定性。
它不象传统的模筑混凝土衬砌那样，只是在洞室开挖后被动地承受围岩压力，而是主动地加固围岩。
目前，对喷锚支护作用原理的研究还不完善，有待进一步探索和改进。
设计原则和方法：
根据岩体的产状，将围岩按大类分为整体、块状、层状和软弱松散等几类。
不同结构类型的围岩，开挖洞室后力学形态的变化过程及其破坏机理各不相同，设计原则也有差别。
对于整体状围岩，可以只喷上一薄层混凝土，防止围岩表面风化和消除表面凹凸不平以改善受力条件；仅在局部出现较大应力区时才加设锚杆。
在块状围岩中必须充分利用压应力作用下岩块间的镶嵌和咬合产生的自承作用；喷锚支护能防止因个别危石崩落引起的坍塌。
通过利用全空间赤平投影的方法，查找不稳定岩石在临空面出现的规律和位置，然后逐个验算在危石塌落时的力作用下锚杆或喷射混凝土的安全度。
在层状围岩中，洞室开挖后，围岩的变形和破坏，除了层面倾角较陡时表现为顺层滑动外，主要表现为在垂直层面方向的弯曲破坏，用锚杆加固使围岩发挥组合梁的作用。
软弱围岩近似于连续介质中的弹塑性体，采用喷锚支护时，宜将洞室挖成曲墙式，必要时加固底部，使喷层成为封闭环，用锚杆使周围一定厚度范围内的岩体形成“承载环”，以提高围岩自承能力。
1）锚杆的选定：
锚杆种类
优点
缺点
金属楔缝式锚杆
结构简单,加工容易,使用可靠锚固力大
不能回收,孔深要求比较严格,在软岩中不宜使用
金属倒楔式锚杆
结构简单,加工容易,对眼孔要求不严,可以回收
钢筋砂浆锚杆
加工方便,成本低廉,锚固力大而持久,
砂浆没有硬化时,锚杆不能承载,在围岩破碎处不宜使用
水泥卷锚杆
锚固力大,承载快,制作简单,成本低
树脂锚杆
锚固力较大,胶凝股化速度快,能在几个小时内获得较高的初锚能力
摩擦式金属锚杆
安装简便,耗时1～2分钟,超深即可,对岩石表面层的加固能力强,锚固力不受爆破震动,围岩移动及时间的影响,有让压性
对钻孔孔径要求很严格,管壁薄,不宜作永久支护,价格较贵
综合上面的条件，我们选择的摩擦式金属锚杆
2）锚杆参数的计算
a）锚杆的长度L=（1.1＋B/10）
b）锚杆间距D≤0.5L
式中B——巷道或硐室跨度
N——围岩稳定性影响系数,规定如下:
Ⅱ类（稳定性较好）围岩,N=0.9
Ⅲ类（中等稳定）围岩,N=1.0
Ⅳ类（稳定性较差）围岩,N=1.1
Ⅴ类（部稳定）围岩,N=1.2
综上我们可算得锚杆的长度为1.5米,锚杆间距为0.75米
c）每米巷道锚杆消耗
N=（2（P/2M）+1）/M
P为锚杆消耗周长=1.57B2其中B2为巷道计算掘进宽度，根据公式可算得B2=4550mm，因此P=7.143M
M为锚杆间距，M=0.75米，故P/2M=4.46,取4根，故N=2×4+1/0.8=11.3根
d）锚杆直径
由于YTP-26凿岩机孔径在34-42mm之间，而摩擦式金属锚杆
的管径在38-41.5mm之间，管壁厚2.0-2.5mm,开缝14mm,故我们选择锚杆直径为41.5mm,锚杆眼宽40mm。
第二节锚杆支护施工
锚杆支护工操作规程
一、主要危险源ZSJ设备管理资源网
1．支护不合格，控顶距离超过规定，“敲帮问顶”不规范，空顶作业。
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2．人员站位不当，操作失误。
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3．设备不完好，保护装置不齐全。
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4．过断层破碎带、煤层松软区、地质构造变化带、地应力异常区、动压影响区等围岩支护条件复杂区域及其他特殊地点，未采取加强支护措施。
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5．高空作业未使用保险绳。
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6．进行锚杆拉力测试时，人员站位不当。
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二、适用范围ZSJ设备管理资源网
第1条 本操作规程适用于掘进工作面从事锚杆支护作业的人员。
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三、上岗条件ZSJ设备管理资源网
第2条 上岗前必须经过专门技术培训，考试合格后，持证上岗。
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第3条 锚杆支护工必须熟知巷道断面尺寸、支护形式、支护技术参数和质量标准；了解钻眼机具的结构、性能，掌握其使用方法，并能进行保养和一般故障的处理。
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四、安全规定ZSJ设备管理资源网
第4条 作业前必须进行本岗位危险源辨识，作业时必须严格执行“手指口述”。
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第5条 钻眼操作执行本规程<掘进钻眼工>中有关规定。
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第6条 在工作过程中必须坚持“敲帮问顶”，及时清理危岩活石，在确保顶帮安全的前提下方可作业。
顶帮遇到大块断裂煤（矸）或煤（矸）离层时，应首先设置临时支护，保证安全后，再顺着裂隙、层理将断裂或离层煤（矸）清理掉，不得强挖硬刨。
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第7条 严禁空顶作业，临时支护必须紧跟迎头，其支护形式、规格、数量、使用方法、控顶距离必须严格执行作业规程规定。
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第8条 对于断层破碎带、煤层松软区、地质构造变化带、地应力异常区、动压影响区等围岩支护条件复杂区域及其他特殊地点，必须制定专门措施，采取加密锚杆、全长锚固、锚索加固、加点柱及架棚等加强支护措施。
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第9条 锚杆支护作业时，如遇顶板出现淋水或淋水加大、层理（节理）发育、突发性片帮掉渣、巷道不易成型、钻眼速度异常、放煤炮、顶底板及两帮移进量显著增加等情况时，应立即停止作业，立即撤出人员至安全地点，向调度室和队值班领导汇报。
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第10条 严禁使用不符合规定的支护材料ZSJ设备管理资源网
1．不符合《作业规程》规定的锚杆和配套材料及锈蚀、变形、弯曲、径缩的锚杆杆体。
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2．过期失效、凝结的锚固剂。
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3．网格偏大、强度偏低、变形、锈蚀的金属网。
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第11条 锚杆眼的直径、间距、排距、深度、方向（与岩面的夹角）等，必须符合《作业规程》规定。
对不符合要求的锚杆眼，不得安装锚杆。
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第12条 锚杆要随钻眼随安装。
安装锚杆前，应将锚杆孔壁冲洗干净，软岩使用锚杆支护时，必须全长锚固。
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第13条 安装锚杆时，必须使托盘（或托梁、钢带）紧贴岩面，未接触部分必须楔紧垫实，不得松动。
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第14条 锚杆要用机械或力矩扳手拧紧，并用扭矩扳手进行预紧力检测，确保锚杆预紧力符合规程规定。
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第15条 锚杆必须按规定做拉力试验，对锚杆锚固力进行抽查，并做好记录，不合格的锚杆必须重新补打。
煤巷必须进行顶板离层监测，并用记录牌板显示。
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第16条 巷道支护高度超过2.5m或倾角较大的上下山巷道进行支护施工时，要有可靠的工作台。
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五、操作顺序ZSJ设备管理资源网
第17条 锚杆支护工必须按以下顺序进行操作：
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1．敲帮问顶，处理危岩悬矸。
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2．进行临时支护，检查毛断面规格尺寸。
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3．钻眼。
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4．安装锚杆、网、钢带（梁）。
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5．检查、整改支护质量，清理施工现场。
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六、操作准备ZSJ设备管理资源网
第18条 锚杆支护前须做好以下准备工作：
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1．备齐锚杆、网、钢带、锚固剂等支护材料，并检查支护材料是否合格。
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2．检查施工所需风、水、电。
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3．准备好所使用的钻具，并对钻眼机具的完好状况进行全面检查。
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4．按中腰线检查巷道毛断面的规格、质量，处理好不合格的部位。
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七、正常操作ZSJ设备管理资源网
（一）锚杆支护ZSJ设备管理资源网
第19条 敲帮问顶，处理危岩悬矸。
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第20条 及时按照作业规程规定进行临时支护。
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第21条 定锚杆眼位：
按设计要求定锚杆眼位，并做好标记。
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第22条 钻锚杆眼：
按设计锚杆深度、角度进行锚杆眼施工，使用钻眼机具和钻杆，钻杆规格要符合《作业规程》规定。
第23条 钻锚杆眼时，应从外向里、先顶后帮进行，钻顶部锚杆眼时先中间后两边。
高度较低的巷道打锚杆眼时要使用长短套钎。
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第四章劳动组织和施工管理
第一节劳动组织
实行一次成巷的施工方法,必须有与之相适应的劳动组织,才能保证各项施工任务的顺利完成.实践证明,综合工作队是行之有效的劳动组织形式.
综合工作队的主要特点是,将巷道施工中的
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