CN102383795A - 综合机械化岩巷掘进工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及综合机械化岩巷掘进工艺，采用综合机械化岩巷作业线，其特点是该综合机械化岩巷作业线由一台综合岩巷掘进机，一部履带式可移动皮带运输机和一部履带式可移动湿式喷浆机组成；使用综合岩巷掘进机进行掘进和支护作业，使用履带式可移动皮带运输机从工作面向外运送岩石；使用湿式喷浆机对巷道进行湿式喷浆封闭；该岩巷掘进工艺是采用集切岩、装岩、运岩、支护于一体的综合机械化岩巷掘进机进行巷道掘进，并由湿式喷浆机喷浆联合进行岩巷作业；本发明取消了原始的放炮破岩工艺，简化了施工工序，极大地减少了安全隐患的产生，安全性能得到极大的提升。

Description

综合机械化岩巷掘进工艺

技术领域

本发明属于煤矿井下开拓技术，特别是适用于大、中、小型煤矿井下岩巷综合机械化开拓作业。 

背景技术

在煤矿井下开拓技术中，各类煤矿岩巷掘进传统工艺主要方式为炮掘，支护方式均为锚杆、锚索、托梁、锚网组合支护。炮掘均为气腿式风钻打眼、装药、放炮；放炮落下的矸石，先人工破碎再采用耙岩机运出工作面；工作面矸石清理完毕后，使用单体风钻进行锚杆锚索支护；然后再行喷浆作业。这种采用岩巷掘进施工方法存在以下问题： 

1、巷道掘进断面小：掘进断面一般在15m²左右，巷道高度超过2m时，必须搭脚手架才能进行顶帮锚杆锚索施工。 

2、非机械化作业，炮眼施工、矸石破碎均为人工作业，支护巷道的顶锚杆锚索施工仍为单体风钻作业，而帮锚杆锚索施工采用手持式风钻作业，打眼的推力来源于人的臂膀和手臂，职工劳动强度大。由于帮锚杆锚索施工主要依靠人力，帮锚杆锚索的施工质量不能从根本上得到保证。 

3、施工速度慢。施工断面超过2m时搭建和拆除脚手架需要大量的时间；矸石宽度超过去时300mm就必须人工破碎，否则会破坏主运系统，所以要花费大量的时间去破碎。循环进度低，均在2m以内。 

4、效率低：由于打眼、破碎矸石、锚杆锚索支护均为人工作业，施工人员多，造成作业效率低。 

5、安全系数低：施工人员在高空交错作业，施工安全系数低。打眼、破碎矸石、锚杆锚索支护均在空顶下作业，存在着安全隐患。 

6、作业环境差：放炮后的炮烟及喷浆时粉尘都容易引起施工人员的肺部疾 病，影响作业人员的健康。 

为此，在行业内许多科技人员不断为提高技术水平，为改善施工条件和施工工艺而努力，如中国专利申请号200820077065.6公开了一种“岩巷掘进与支护施工钻机”包括履带行走部分与皮带运输部分、一台临时支护及耙岩破岩部分、两台可升降与摆动的顶帮锚杆锚索钻机部分，液压与操作系统。该设备在操作平台上面有三个用于固定油缸的基座，其中两个基座用于固定顶帮锚杆锚索钻机部分，一个基座用于固定临时支护及耙岩破岩部分。临时支护及耙岩破岩部分的基座在操作平台的中间，而所述的两台可升降与摆动的顶帮锚杆锚索钻机部分的基座在操作平台的两侧。它虽为实现大中小型煤矿岩巷掘炮眼施工、顶帮锚杆锚索施工、破岩耙岩、碎岩运输、临时支护机械化成套的技术装备，为大中小型煤矿实现安全生产创造了最基本的条件，但是，由于施工工艺为：打眼---警戒---装药---连线---放炮---破岩---耙岩运岩---清理岩石---临时支护---顶帮锚杆锚索支护---喷浆。依然不能摆脱打眼放炮破岩的传统工艺，仍不能解决工艺复杂，掘进进度慢的岩巷掘进难题。 

发明内容

本发明的目的就是解决上述煤矿井下岩巷掘进施工存在的问题，进一步提高机械化施工水平，提供一种降低施工人员劳动强度和减少施工人员，改善现场作业环境，减少职业病的发生，提高安全和作业效率的综合机械化岩巷掘进工艺。 

为了实现上述目的本发明的技术方案是： 

综合机械化岩巷掘进工艺，采用综合机械化岩巷作业线，其特点是综合机械化岩巷作业线由一台综合机械化岩巷掘进机，一部履带式可移动皮带运输机和一部履带式可移动湿式喷浆机组成；使用综合机械化岩巷掘进机进行掘进和支护作业，使用履带式可移动皮带运输机从工作面向外运送岩石；使用湿式喷浆机对巷道进行湿式喷浆封闭；该岩巷掘进工艺是采用集切岩、装岩、运岩、支 护于一体的综合机械化岩巷掘进机进行巷道掘进，并由湿式喷浆机喷浆联合进行岩巷作业；其中： 

所述的综合机械化岩巷掘进机包括履带行走部分1、皮带运输机部分2、安装在履带行走部分上的机身3、可升降与摆动的顶帮锚杆锚索钻机4、操作台5、液压与控制系统6、切削刀盘与上下摆动推动装置7、临时支护与顶底板支撑8、后稳定装置9；所述的切削刀盘与上下摆动推动装置7安装在机身前部，切削刀盘安装在上下摆动推动装置7的前端；所述的运输部分是由耙爪、皮带运输机构成，其耙爪装在所述的履带行走部分的前方及铲板之上；皮带运输机安装在铲板的后方与履带行走部的中间；所述的操作平台、液压与操作系统装在机身的上方；所述的临时支护与顶底板支撑装置安装与机身前部两侧；所述的顶帮锚杆锚索钻机操作台、及液压与控制系统安装机身上；所述的后固定装置安装在机身后下方。 

该岩巷掘进工艺的具体施工工序为： 

1、切岩及修补：使用综合机械化岩巷掘进机前部的切削刀盘进行岩体的切削施工；切削刀盘上下摆动并前后伸缩，对巷道岩体的切削及巷道边缘的修补工作； 

2、装岩：使用综合机械化岩巷掘进机所装的运输部分的铲板和耙爪，在履带行走部分的驱动下，耙爪连续对切削落下的岩石和岩粉进行耙装； 

3、运矸：综合机械化岩巷掘进机中间所设置的运输部分的皮带运输机把装在铲板上的岩石向外运输； 

4、超前支护：使用综合机械化岩巷掘进机上所设置的临时支护与前固定装置，将机身固定在巷道中，并对顶板进行超前支护； 

5、支护：使用综合机械化岩巷掘进机中部安装的钻机部分打眼和注锚，以及进行预紧、张拉的支护工艺； 

6、喷浆：使用湿式喷浆机对巷道进行湿式喷浆封闭。 

所述的使用综合岩巷掘进机前部的切削刀盘进行岩体的切削施工，切削刀盘上下摆动并前后伸缩，对巷道岩体的切削及巷道边缘的修补工作为： 

首先，综合机械化岩巷掘进机开至工作面迎头并依一侧巷帮停靠，伸出前顶底支撑部将盾构式岩巷掘进机固定牢固，将综合机械化岩巷掘进机前部切削刀盘降至巷道底板，并利用刀盘推动装置的推移油缸将切削刀盘向前推动，使切削刀盘切削岩体并向前推移，推移步距为600mm；推移结束后在巷道左侧紧靠底板上方形成直径为850mm，深度为600、间距为100mm的圆孔，完成初次切削； 

初次切削完成后，收回推移油缸，将综合机械化岩巷掘进机盾构式切削刀盘向上抬升15°角，并再次向前推进切削刀盘对岩体进行切削，使岩体在原切削孔上方约100mm处再次形成圆孔，完成二次切削； 

二次切削完毕后，切削刀盘再向上调整15°角，并依次对岩体进行切削； 

经过至少5次切削循环后，巷道左侧从底板到顶板共切削形成若干个圆孔，各圆孔间的岩体因失去支撑力自行垮落，在巷道左帮和顶、底板左侧形成锯齿状切削痕； 

第二，巷道边缘的修补：完成以上切削工序后，再将切削刀盘降至底板，调整切削刀盘左右角度对巷道底板进行修底，使巷道底板趋于平整； 

第三，修底完毕后再依次对巷帮和巷道顶板进行修整。经过至少6次切削修整后巷道左帮及顶、底板形成微锯齿状的墙面，就完成一个步距的巷道岩体的切削及巷道边缘的修补的施工工作； 

第四，修补巷帮结束后，收回综合机械化岩巷掘进机的顶底板支撑装置，将综合机械化岩巷掘进机向前移动约600mm的距离，再伸出顶底板支撑装置，将切削臂降至底板；重复上述的步距的工艺循环；在经过三次循环后，在巷道左半部形成1800mm的半成型巷道。 

最后，巷道左半部循环工艺结束后，向后退机1800mm并调整综合机械化岩巷掘进机至巷道右半部，再对巷道右半部进行三个步距的循环切削施工。对巷 道右半部施工时，可连续进行6个步距施工工艺，即连续施工3600mm，使巷道右半部在岩体内形成1800mm的半成型巷道； 

巷道右半部施工工序完成后，再退综合机械化岩巷掘进机对巷道左半部进行切削施工，以此不断循环施工对巷道进行掘进。 

本发明与现有技术相比较，具有显著的有益效果是： 

1、采用综合机械化岩巷掘进工艺对岩体进行破岩，取消了原始的放炮破岩工艺，简化了施工工序，极大地减少了安全隐患的产生，安全性能得到极大的提升。 

2、极大地提高了岩巷开拓工作面的机械化水平，使岩巷开拓工作面的机械化水平达到了99％，比炮掘机械化水平的30％提高了66个百分点。由于机械化程度提高，大幅度地降低了工人的劳动强度，改善了工人的作业环境；减少职业病的发生。 

3、极大地提高了岩巷的单进水平，是岩巷炮掘水平的3倍以上； 

4、大幅度地提高了开拓工效，是岩巷炮掘工效的3倍左右；可以解决在普氏硬度大于8的岩层中掘进的难题。 

5、综合机械化岩巷掘进机具有可靠的超前支护，能够有效地控制顶板，防止各类顶板事故的发生，实现了安全生产。 

6、降低了生产成本：采用机械化湿式喷浆系统，即保证了喷浆质量，且回弹率降低到了10％以下。 

7、环保效应明显：采用综合机械化岩巷掘进机切削岩体，有效地减少了粉尘的产生，采用液压锚杆锚索钻车打眼、支护和机械化湿式喷浆系统喷浆时，工人可避免在有粉尘和淋水危害的恶劣条件下作业，有效的改善了工人作业环境，减少职工矽肺病和风湿病的发生。 

总之，本发明为矿井下岩巷掘进提供机械化施工设备，使机械化施工程度达99％，适应于各种大、中和小型矿井下的岩巷机械化作业及施工。 

附图说明

图1是本发明综合机械化岩巷掘进机的主视图。 

图2是本发明综合机械化岩巷掘进机的俯视图。 

图3是对拱形巷道岩巷掘进施工工艺对岩体切削过程的截面图。 

图4是对矩形巷道岩巷掘进施工工艺对岩体切削过程的截面图。 

图5是本发明岩巷掘进施工工艺对岩体切削过程图。 

图6是本发明岩巷掘进施工工艺对岩体从左开始切削过程的俯视图。 

图7是本发明岩巷掘进施工工艺对岩体从右开始切削过程的俯视图。 

具体实施方式

以下结合附图进行本发明的具体实施方式详细说明： 

本发明综合机械化岩巷掘进工艺采用综合机械化岩巷作业线，它由一台综合机械化岩巷掘进机，一部履带式可移动皮带运输机和一部履带式可移动湿式喷浆机组成；使用综合机械化岩巷掘进机进行掘进和支护作业，使用履带式可移动皮带运输机从工作面向外运送岩石；使用湿式喷浆机对巷道进行湿式喷浆封闭。 

如图1和图2所示，本发明使用的综合机械化岩巷掘进机，以前部装三个切削刀盘与上下摆动推动装置的机型为本发明的实施例的机型。 

该综合机械化岩巷掘进机包括履带行走部分1、皮带运输机部分2、安装在履带行走部分上的机身3、可升降与摆动的顶帮锚杆锚索钻机4、操作台5、液压与控制系统6；三个切削刀盘与上下摆动推动装置7、临时支护与顶底板支撑8、后稳定装置9、所述的三个切削刀盘与上下摆动推动装置7“一”字排开地安装在机身前部，切削刀盘安装在上下摆动推动装置7的前端；所述的运输部分是由耙爪、皮带运输机构成，其耙爪装在所述的履带行走部分的前方及铲板之上；皮带运输机安装在铲板的后方与履带行走部的中间；所述的操作平台、液压与操作系统装在机身的上方；所述的临时支护与顶底板支撑装置安装与机 身前部两侧；所述的顶帮锚杆锚索钻机操作台、及液压与控制系统安装机身上；所述的后固定装置安装在机身后下方。 

该岩巷掘进工艺是采用集切岩、装岩、运岩、支护于一体的综合机械化岩巷掘进机进行巷道掘进，并由湿式喷浆机喷浆联合进行岩巷作业。具体示例如下： 

1、巷道断面设计 

如图1所示，巷道可以设计为拱形巷道，也可设计为矩形巷道。设计为拱形断面时，巷道宽为5.5米，墙高1.75米，拱高为2.75米，巷道高为4.5米。 

如图2所示，巷道设计为矩形断面是，巷道宽为5.5米，高为4.5米。 

巷道均为锚杆锚索支护，支护排距为1.8米。 

2、工作面配套装备 

工作面配备一台综合机械化岩巷掘进机，在综合机械化岩巷掘进机后安装一部履带式可移动80型皮带机用于工作面向外运送矸石。并且综合机械化岩巷掘进机后面还配备一部履带式可移动湿式喷浆机。 

3、单排施工工艺 

如图3和图4所示，综合机械化岩巷掘进机开至工作面迎头并依一侧巷帮停靠(例如先依巷道左帮停靠或右帮停靠)，伸出前顶底支撑部将盾构式岩巷掘进机固定牢固，将综合机械化岩巷掘进机前部切削刀盘降至巷道底板，并利用刀盘推动装置的推移油缸将切削刀盘向前推动，使切削刀盘切削岩体并向前推移，推移步距为600mm。推移结束后在巷道左侧紧靠底板上方形成三个直径为850mm，深度为600、间距为100mm的圆孔。切削完成后，收回推移油缸，将综合机械化岩巷掘进机盾构式切削刀盘向上抬升15°角，并再次向前推进切削刀盘对岩体进行切削，使岩体在原切削孔上方约100mm处再次形成三个圆孔。切削完毕后，切削刀盘再向上调整15°角依次对岩体进行切削。 

经过5次循环后，巷道左侧从底板到顶板共切削形成15个圆孔，各圆孔间的岩体因失去支撑力自行垮落，在巷道左帮和顶、底板左侧形成锯齿状切削痕。 如图1和图2所示。 

巷道边缘的修补：完成以上工序后，再将切削刀盘降至底板，调整切削刀盘左右角度对巷道底板进行修底，使巷道底板趋于平整。修底完毕后再依次对巷帮和巷道顶板进行修整。经过6次切削修整后巷道左帮及顶、底板形成微锯齿状的墙面，完成一个步距的施工。 

修补巷帮结束后，收回综合机械化岩巷掘进机的顶底板支撑装置，将综合机械化岩巷掘进机向前移动600mm的距离，再伸出顶底板支撑装置，将切削臂降至底板重复上述一个步距的工艺循环，如图1所示。 

循环施工三次后，在巷道左半部形成1800mm(一排)的半成型巷道。 

4、整体循环工艺 

如图4和图5所示，巷道左半部循环工艺结束后，向后退机1800mm并调整综合机械化岩巷掘进机至巷道右半部，再对巷道右半部进行三个步距的循环切削施工。对巷道右半部施工时，可连续进行6个步距施工工艺，即连续施工3600mm(二排)，使巷道右半部在岩体内形成1800mm的半成型巷道。 

巷道右半部施工工序完成后，再退综合机械化岩巷掘进机对巷道左半部进行切削施工，以此不断循环施工对巷道进行掘进。 

5、装、出矸工艺 

综合机械化岩巷掘进机前部安所装的运输部分的耙爪式出矸铲板，机组中部由前到后安装有一部出矸的皮带机。切削刀盘切削岩体所产生的岩粉及岩体自行垮落的碎矸石由铲板上的耙爪耙装至综合机械化岩巷掘进机中部运输皮带上，并运至综合机械化岩巷掘进机后部的可移动80型皮带机上，通过履带式可移动80型皮带机运至工作面外。装、出矸工艺与巷道切削工艺同步进行、平行作业。 

6、支护工艺 

综合机械化岩巷掘进机中部安装有锚杆、锚索施工钻机，该钻机可前后移动，并可左、右摆动各90°角。在盾构式岩巷掘进机进行切削岩体施工过程中， 钻机可同时对综合机械化岩巷掘进机上部已成型巷道进行锚杆、锚索施工。由于支护工艺和巷道切削工艺同步进行、平行作业。 

7、喷浆工艺 

综合机械化岩巷掘进机后面还配备有一部可移动湿式喷浆机。喷浆机滞后于工作面对巷道进行全断面湿式喷浆，喷浆作业滞后于巷道掘进。 

8、施工效率 

综合机械化岩巷掘进机的切削刀盘每分钟可向前切削推移70mm，因此，切削臂每向前推进一个步距(600mm)为8分钟，以矩形断面5.5m×4.5m(长×高)为例，切削巷道半个断面共需5个循环，需时间8×5＝40分钟。修帮共需6个循环，需时间8×6＝48分钟。因而： 

每完成巷道半个断面一个步距(600mm)的成形施工时间约为：42.5+51＝93.5分钟。 

每完成巷道半个断面一个排距(1800mm)的成形施工时间约为：93.5×3＝280.5分钟。 

每完成巷道全断面一个排距的成形施工的时间约为：280.5×2＝561分钟。 

调机时间约为9分钟。 

即完成一个排距的循环时间为570分钟(9.5小时)。由于巷道支护工艺、出矸工艺、喷浆工艺属于平行作业，因此不计该三道工序的时间。 

工作面每天5个小时的检修时间，19个小时的施工时间，巷道每天可向前掘进二排，即3.6米。 

每月巷道掘进进尺为3.6×30＝108米。 

每年巷道掘进进尺为3.6×330＝1188米(330个工作日)。 

Claims (3)

1.综合机械化岩巷掘进工艺，采用综合机械化岩巷作业线，其特征是：该综合机械化岩巷作业线由一台综合岩巷掘进机，一部履带式可移动皮带运输机和一部履带式可移动湿式喷浆机组成；使用综合岩巷掘进机进行掘进和支护作业，使用履带式可移动皮带运输机从工作面向外运送岩石；使用湿式喷浆机对巷道进行湿式喷浆封闭；该岩巷掘进工艺是采用集切岩、装岩、运岩、支护于一体的综合机械化岩巷掘进机进行巷道掘进，并由湿式喷浆机喷浆联合进行岩巷作业；其中：

所述的综合岩巷掘进机包括履带行走部分(1)、皮带运输机部分(2)、安装在履带行走部分上的机身(3)、可升降与摆动的顶帮锚杆锚索钻机(4)、操作台(5)、液压与控制系统(6)、切削刀盘与上下摆动推动装置(7)、临时支护与顶底板支撑(8)、后稳定装置(9)；所述的切削刀盘与上下摆动推动装置安装在机身前部，切削刀盘安装在上下摆动推动装置的前端；所述的运输部分是由耙爪、皮带运输机构成，其耙爪装在所述的履带行走部分的前方及铲板之上；皮带运输机安装在铲板的后方与履带行走部的中间；所述的操作平台、液压与操作系统装在机身的上方；所述的临时支护与顶底板支撑装置安装与机身前部两侧；所述的顶帮锚杆锚索钻机操作台、及液压与控制系统安装机身上；所述的后固定装置安装在机身后下方。

2.根据权利要求1所述的综合机械化岩巷掘进工艺，其特征是：所述的岩巷掘进工艺中具体施工工序为：

(1)切岩及修补：使用综合岩巷掘进机前部的切削刀盘进行岩体的切削施工，切削刀盘上下摆动并前后伸缩，对巷道岩体的切削及巷道边缘的修补工作；

(2)装岩：使用综合岩巷掘进机所装的运输部分的铲板和耙爪，在履带行走部分的驱动下，耙爪连续对切削落下的岩石和岩粉进行耙装；

(3)运矸：综合岩巷掘进机中间所设置的运输部分的皮带运输机把装在铲板上的岩石向外运输；

(4)超前支护：使用综合岩巷掘进机上所设置的临时支护与前固定装置，将机身固定在巷道中，并对顶板进行超前支护；

(5)支护：使用综合岩巷掘进机中部安装的钻机部分打眼和注锚，以及进行预紧、张拉的支护工艺；

(6)喷浆：使用湿式喷浆机对巷道进行湿式喷浆封闭。

3.根据权利要求1所述的综合机械化岩巷掘进工艺，其特征是：所述的使用综合岩巷掘进机前部的切削刀盘进行岩体的切削施工，切削刀盘上下摆动并前后伸缩，对巷道岩体的切削及巷道边缘的修补工作为：

首先，综合机械化岩巷掘进机开至工作面迎头并依一侧巷帮停靠，伸出前顶底支撑部将盾构式岩巷掘进机固定牢固，将综合机械化岩巷掘进机前部切削刀盘降至巷道底板，并利用刀盘推动装置的推移油缸将切削刀盘向前推动，使切削刀盘切削岩体并向前推移，推移步距为600mm；推移结束后在巷道左侧紧靠底板上方形成直径为850mm，深度为600、间距为100mm的圆孔，完成初次切削；

初次切削完成后，收回推移油缸，将综合机械化岩巷掘进机盾构式切削刀盘向上抬升15°角，并再次向前推进切削刀盘对岩体进行切削，使岩体在原切削孔上方约100mm处再次形成圆孔，完成二次切削；

二次切削完毕后，切削刀盘再向上调整15°角，并依次对岩体进行切削；

经过至少5次切削循环后，巷道左侧从底板到顶板共切削形成若干个圆孔，各圆孔间的岩体因失去支撑力自行垮落，在巷道左帮和顶、底板左侧形成锯齿状切削痕；

第二，巷道边缘的修补：完成以上切削工序后，再将切削刀盘降至底板，调整切削刀盘左右角度对巷道底板进行修底，使巷道底板趋于平整；

第三，修底完毕后再依次对巷帮和巷道顶板进行修整。经过至少6次切削修整后巷道左帮及顶、底板形成微锯齿状的墙面，就完成一个步距的巷道岩体的切削及巷道边缘的修补的施工工作；

第四，修补巷帮结束后，收回综合机械化岩巷掘进机的顶底板支撑装置，将综合机械化岩巷掘进机向前移动约600mm的距离，再伸出顶底板支撑装置，将切削臂降至底板；重复上述的步距的工艺循环；在经过三次循环后，在巷道左半部形成1800mm的半成型巷道。

最后，巷道左半部循环工艺结束后，向后退机1800mm并调整综合机械化岩巷掘进机至巷道右半部，再对巷道右半部进行三个步距的循环切削施工。对巷道右半部施工时，可连续进行6个步距施工工艺，即连续施工3600mm，使巷道右半部在岩体内形成1800mm的半成型巷道；

巷道右半部施工工序完成后，再退综合机械化岩巷掘进机对巷道左半部进行切削施工，以此不断循环施工对巷道进行掘进。

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