CN103883329B - 矿山硬岩井巷掘进施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了矿山硬岩井巷掘进施工方法，采用切割装置将巷道外轮廓切割出来，在巷道外轮廓内进行水平方向和竖直方向的切割，得到平行的水平切槽和竖直切槽，若干条水平切槽和竖直切槽相互交叉，将外轮廓切槽内部的巷道断面切割成纵横交错的网格状结构；用破碎装置破碎或撬断巷道断面网格状结构内的第一块石料，然后将其他石料破碎或撬断并取出，直到切割深度内的石料被全部取出；采用人工或机械输送装置搬运切割下来的石料。本发明的方法，以机械化方式解决硬岩或超硬岩掘进问题，省去爆破工序，安全高效，不受火工产品使用管理规定的约束；巷道成型好，对围岩破坏小，可简化支护或不支护，节约作业时间和工程成本，加快施工进度、降低掘进成本。

Description

矿山硬岩井巷掘进施工方法

技术领域

本发明涉及一种矿山井巷的掘进施工方法，特别是涉及一种矿山硬岩石井巷的掘进施工方法。

背景技术

煤矿等矿山井巷，都需要采用掘进方式，将井巷挖掘到符合开采施工的要求；现有技术的掘进方式，一般采用打眼爆破或掘进装置掘进， 打眼爆破是在需要掘进的区域钻设爆破用的炮眼，在炮眼内填入炸药，引爆炸药产生的冲击波和作用力将需要掘进区域的岩石、泥土等震松或使其开裂，进而方便掘进施工。

目前掘进装置掘进施工的各类掘进装置，都是靠掘进装置的切割头旋转，以截齿切割岩石来实现破岩掘进。但由于井下空间限制了掘进装置的体积和功率的无限增大，材料和加工工艺限制了截齿硬度和强度的无限提高，故而所有的掘进装置都仅适用于中等硬度以下的岩石（即： f<8或抗压强度<80MPa的岩石），一般切割头仅能对f=5的岩石进行截齿切割，超过这个硬度的岩石，对掘进装置的磨损很大，尤其是使切割头的截齿产生非常大的破坏，大幅度降低截齿的使用寿命，而且掘进施工效率很低；故，对硬岩和超硬岩（即：岩石f>8或抗压强度>80MPa）巷道的掘进，没有一种合适的掘进装置，导致掘进施工效率很低、施工成本显著增大。

在生产建设过程中，大量的硬岩和超硬岩（即：岩石f>8或抗压强度>80MPa）巷道掘进只能采用传统的打眼爆破方式，效率低、工程质量差、安全上不可靠，而且对井巷的支护要求特别高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于解决现有掘进施工中，对硬岩和超硬岩基本只能采用打眼爆破方式，存在效率低、工程质量差、安全上不可靠、对井巷的支护要求特别高等不足，提供一种适用于硬岩和超硬岩掘进施工的矿山硬岩井巷掘进施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种矿山硬岩井巷掘进施工方法，包括如下施工步骤：

1）按照设计要求，根据巷道断面形状，先用掘进装置的切割装置将巷道外轮廓切割出来，得到外轮廓切槽；所述外轮廓切槽上部为弧线，左右两条切槽为竖直线，形成上部为拱形、下部为矩形的外轮廓结构；

2）在巷道断面（外轮廓切槽内）的水平方向和竖直方向进行切割，得到平行的水平切槽和竖直切槽，若干条水平切槽和竖直切槽相互交叉，将外轮廓切槽内部的巷道断面切割成纵横交错的网格状结构；

3）移开切割装置，用掘进装置的破碎装置破碎或撬断巷道断面网格状结构内的第一块石料，然后破碎或撬断并取出其他石料，直到该次切割深度内的石料被全部取出；

4）掘进装置切割下来的岩石，以及破碎装置破碎或撬断的岩石，采用人工或机械输送装置搬运；

5）重复前述第1—4的操作步骤，直到矿山井巷掘进施工满足工艺要求。

进一步的特征是，根据工艺设计要求，顺巷道走向用切割装置切割水沟成型，并取出石料，形成巷道水沟；

所述外轮廓切槽的深度在0.6-1.2米，相邻两条水平切槽的间距为0.2—0.6米，相邻两条竖直切槽的间距为0.2—0.6米。

一种矿山硬岩井巷掘进施工的掘进装置，包括本体液压装置，液压装置设置在本体上，其特征在于，在本体的前端，设置有切割装置和破碎装置，可折转的切割装置和破碎装置分别与液压装置的液压管路相连接，在液压装置液压油作用上，分别产生切割或破碎作用；在本体的前端，设置电动操作的伸缩部和电机，电机的输出动力经减速器减速后，与伸缩部连接，推动伸缩部向前移动，切割装置和破碎装置设置在伸缩部的前端；

设置升降油缸和旋转油缸，升降油缸和旋转油缸分别与液压装置的液压管路相连接，升降油缸和旋转油缸的活塞杆分别连接在切割装置和破碎装置的后端，分别带动切割装置和破碎装置上下或左右移动；

在切割装置和破碎装置的后面，设置运送料带，运送料带从本体中部斜向上延伸到本体后端；在运送料带的前端，设置铲板部，铲板部的斜度与运送料带相配合，后端与运送料带的前端配合；在铲板部上，设置两个相向转动的刮料星轮；在运送料带后面，配合设置第二次运输带，第二次运输带的前端与运送料带配合；第二次运输带的后端，配合设置一个破碎机将岩石进一步破碎。

设置左右两条行走轨道，将破碎机设置在行走轨道上，破碎机是可移动式；左右两条行走轨道中间设置输送皮带，输送皮带与破碎机的出料口对应，将经破碎机破碎后从出料口出来的物料落入输送皮带上。

本发明的有益效果在于：

1、以机械化方式解决超硬岩掘进问题，省去爆破工序，安全高效，不受火工产品使用管理规定的约束；尤其是能适用于f>8或抗压强度>80MPa的硬岩和超硬岩的掘进施工。

2、施工切割平稳无振动，整机设计要求较低，产尘小、噪音小。

3、巷道成型好，对围岩破坏很小，可简化支护或不支护，节约作业时间和工程成本，加快施工进度、大幅度降低掘进成本；掘进速度可高于传统掘进方式。

4、设备能耗低，切割所需能耗很小，破碎机所需能耗也很小。（传统掘进装置总功率400千瓦以上）。

5、提高掘进施工的安全性，降低井巷施工的事故率，有效保护施工人员。

附图说明

图1为本发明矿山硬岩井巷掘进施工方法的结构简图；

图2是本发明掘进装置的结构图；

图3是图2的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明一种矿山硬岩井巷掘进施工方法，其步骤为：

1）按照设计要求，根据巷道断面形状，先用掘进装置的切割装置将巷道外轮廓切割出来，得到外轮廓切槽；所述外轮廓切槽上部为弧线，左右两条切槽为竖直线，形成上部为拱形、下部为矩形的外轮廓结构；外轮廓切槽的深度一般在0.6-1.2米，宽度稍大于切割装置（液压链锯）链条的厚度；

2）用切割装置在巷道断面内（外轮廓切槽内）的水平方向和竖直方向进行切割，得到平行的（包括大致平行、基本平行）水平切槽和竖直切槽，若干条水平切槽和竖直切槽相互交叉，将外轮廓切槽内部的巷道断面切割成纵横交错的网格状结构。

3）移开切割装置，用掘进装置的破碎装置破碎或撬断巷道断面网格状结构内的第一块石料，然后依次撬断并取出其他石料，直到该次切割深度内的石料被全部取出；每次切割深度在0.6-1.2米范围里，将该次切割深度0.6-1.2米内的石料被全部取出，向前切割了0.6-1.2米。

4）切割装置切割下来的岩石，以及破碎装置破碎或撬断的岩石，采用人工或机械输送装置搬运；掘进施工时，需要将切割下来的岩石搬运开，不能妨碍施工的进行。

5）重复前述第1—4的操作步骤，直到矿山井巷掘进施工满足工艺要求。重复前面的操作步骤，每次向前切割0.6-1.2米；同时根据岩石的情况，以及外轮廓处岩石的牢固程度，进行必要的、符合安全要求的支护。

根据工艺设计要求，顺巷道走向用切割装置切割水沟成型，并取出石料，必要时用破碎装置破碎或撬断水沟内的石料，形成巷道水沟；

相邻两条水平切槽的间距为0.2—0.6米，相邻两条竖直切槽的间距为0.2—0.6米。水平切槽之间相互平行，竖直切槽之间相互平行，包括大致平行、基本平行等，便于破碎装置破碎或撬断石料的操作。

本发明掘进装置的切割装置，产生切割岩石的作用，形成一条一定宽度和深度的切割缝；可以是现有技术的液压链锯，也称为液压链条锯，类似伐木工砍伐树木用的伐木锯等结构，在液压作用下产生切割作用，其能切割出拐角（圆弧形切割线路），而不产生过切现象；链锯可人工控制伸缩、开停、旋转，可向巷道轮廓外侧偏转一定角度。

本发明掘进装置的破碎装置，产生破碎或撬断的作用，类似现有技术中的建筑施工的液压破碎装置，在液压作用下产生破碎作用力，作用在岩石上使岩石裂缝、破碎或粉碎，或产生掘进；还可以在破碎装置上设置劈裂头，劈裂头是市场上现有的成型产品，劈裂头可伸入切割缝撬动石料，将石料与主体剥离。

如图1中，矿山井巷的巷道断面一般是上部为拱形、下部为矩形的结构，底部一侧是水沟（可滞后几米施工），巷道宽度一般3~4米，高度2.5~3米，水沟宽度一般0.8米，深度0.6米。用切割装置将巷道外轮廓切割出来，得到外轮廓切槽100。外轮廓切槽100上部为弧线（拱形结构），左右两条切槽为竖直线，形成上部为拱形、下部为矩形的结构。外轮廓切槽100的深度一般在0.6-1.2米，宽度稍大于液压链锯链条的厚度。

在水平方向和竖直方向进行切割，得到水平切槽110和竖直切槽120，每条水平切槽110的间距为0.2—0.6米，每条竖直切槽120的间距为0.2—0.6米；基本平行。若干条水平切槽110和竖直切槽120相互交错，将外轮廓切槽100内部的巷道断面切割成纵横交错的网格状结构。水平切槽110和竖直切槽120深度一般在0.6-1.2米，与外轮廓切槽100的深度基本相同。

参见图2、3所示，本发明提供一种掘进施工的掘进装置，包括本体1液压装置2 ，所述本体1是掘进装置的支撑架体，用于支撑掘进装置的相关部件和安装这些部件。液压装置2设置在本体1上，包括现有的液压泵站、控制箱、液压油箱和液压管路等，为掘进装置提供液压动力；作为一种现有技术的结构，在此不做进一步说明。

在本体1的前端，设置有切割装置3和破碎装置4，切割装置3和破碎装置4分别与液压装置2的液压管路相连接，在液压装置2液压油作用上，分别产生切割或破碎作用，作用在井巷的岩石上。切割装置3和破碎装置4都是现有技术（或现有结构），切割装置3在现有技术中也称为液压链条锯，类似伐木工砍伐树木用的伐木锯等，在液压作用下产生切割作用，其能切割出拐角（圆弧形切割线路），而不产生过切现象；链锯可人工控制伸缩、开停、旋转，可向巷道轮廓外侧偏转一定角度。破碎装置4，类似现有技术中的建筑施工的液压破碎装置，在液压作用下产生破碎作用力，作用在岩石上使岩石裂缝、破碎或粉碎，或产生掘进；还可以在破碎装置4上设置劈裂头，劈裂头是市场上现有的成型产品，劈裂头可伸入切割缝撬动石料，将石料与主体剥离。切割装置3和破碎装置4可折转式（转动式）设置在本体1的前端，根据施工的需要轮流转动到图中的水平位置或竖直位置，处于图中的水平位置时进行切割或破碎施工，从水平位置折转到竖直位置后，就处于非施工状态，使这个部件让开施工工位，让另一个部件进行施工操作。

为了增加施工操作的行程，在本体1的前端，设置电动操作的伸缩部5，切割装置3和破碎装置4设置在伸缩部5的前端；通过电动动作使伸缩部5向外伸长后，就能增大切割装置3或破碎装置4的工作行程，使切割装置3或破碎装置4产生向前给进，作用在岩石上，使施工更灵活、方便。伸缩部5，采用现有技术的结构，如滑动连接结构设置在本体1的前端，保证伸缩部5能相对于本体1的前端向前伸出或向后退缩，带动切割装置3和破碎装置4向前伸出或向后退缩。本发明是在本体1上设置电机6，电机6的输出动力经减速器7减速后，与伸缩部5连接，推动伸缩部5向前移动；在切割装置3与伸缩部5之间，还设置截割臂8，切割装置3通过截割臂8连接在伸缩部5上，在需要时用截割臂8修裁巷道轮廓，便于切割操作方便进行。

为了使切割装置3和破碎装置4在施工时能上下、左右移动，在本体1上设置升降油缸9和旋转油缸10，升降油缸9和旋转油缸10分别与液压装置2的液压管路相连接，升降油缸9和旋转油缸10的活塞杆分别连接在切割装置3和破碎装置4的后端，分别带动切割装置3和破碎装置4上下或左右移动。图中所示的具体结构，是在伸缩部5后面设置一个可转动的圆盘11，升降油缸9和旋转油缸10的活塞杆分别连接在圆盘11上，升降油缸9和旋转油缸10分别与液压装置2的液压管路相连接，在液压装置2液压油作用上，其活塞杆伸长或缩短，带动圆盘11上下或左右转动，分别带动切割装置3和破碎装置4上下或左右移动。

在切割装置3和破碎装置4的后面，设置运送料带15，运送料带15从本体1中部斜向上延伸到本体1后端，作为输送被切割装置3和破碎装置4切割下来的岩石（掘进矸石）的滑槽；运送料带15采用现有结构，在液压带动或电能带动下产生循环运动，将切割下来的岩石从地面输送到本体1后面，具体可采用液动刮板式输送装置。在运送料带15的前端，设置铲板部16，铲板部16的斜度与运送料带15相同，其前端向下倾斜（使用时与地面相接触），后端与运送料带15的前端配合；在铲板部16上，设置两个（一组）相向转动的刮料星轮17，液压带动或电能带动下产生相向转动的两个刮料星轮17能将切割下来的岩石拨到运送料带15上，通过循环转动的运送料带15的运动，将其从地面输送到本体1后面，实现自动输送切割下来的岩石的作用，提高本发明装置的机械化、自动化程度。

为了提高本发明装置自动化程度，在运送料带15后面，配合设置第二次运输带18，第二次运输带18的前端与运送料带15配合，使运送料带15输送的切割下来的岩石能准确落入第二次运输带18内，通过第二次运输带18输送到其后端。第二次运输带18的后端，配合设置一个破碎机19，具体可采用现有技术中的颚式破碎机，将岩石（大块的，或需要进一步破碎的）进一步破碎，破碎机19加工成石子或石粉，成为符合建筑需要的石料，通过将掘进矸石加工成建筑材料，提升附加值。

设置左右两条行走轨道20，将破碎机19设置在行走轨道20上，即破碎机19是可移动式，配合设置在左右两条行走轨道20上，左右两条行走轨道20中间设置输送皮带21，输送皮带21与破碎机19的出料口对应，将经破碎机19破碎后从出料口出来的物料落入输送皮带21上，将物料输送到施工作业区的后面。输送皮带21可以设置为伸缩式，便于延长破碎机19的工作行程，使破碎机19能与本发明的本体1配合，同步移动，具有较长的工作行程。

为了使本发明的装置具有自动行走功能，方便掘进施工操作，在本体1底部，设置行走装置22，行走装置22与液压装置2的液压管路相连接，在液压装置2的液压油作用上，带动液压马达旋转，从而带动轮式行走装置的轮轴转动或履带式行走装置的履带转动；行走装置22具体可以选用轮式或履带式，液压装置2带动液压马达旋转，从而带动轮式行走装置的轮轴转动或者带动履带式行走装置的履带主动轮转动，从而使轮子或履带转动，使行走装置22带动本发明装置前进或后退，能自动行走。行走装置22，不论是轮式还是履带式，都在现有技术中有相应的结构或装置，作为现有技术，在此不做进一步说明。

本发明的施工步骤如下：

矿山井巷的巷道断面一般是上部为拱形、下部为矩形的结构，底部一侧是水沟（可滞后几米施工），巷道宽度一般3~5米，高度2.5~4米，水沟宽度一般0.8米，深度0.6米。具体采用如下掘进施工方法：

1、按照设计要求，根据巷道断面形状，先用切割装置3将巷道外轮廓切割出来；如图1所示，得到外轮廓切槽110。外轮廓切槽110上部为弧线（拱形结构），左右两条切槽为竖直线，形成上部为拱形、下部为矩形的结构。该种拱形结构也就是矿山巷道常用的端面形状；外轮廓切槽100的深度一般在0.6-1.2米，宽度稍大于切割装置3链条的厚度。

切割外轮廓切槽100上部的弧线时，操作升降油缸9向上运动的同时操作左右旋转油缸10向左或右旋转，以及利用旋转电机6旋转液压链锯3，完成外轮廓切槽100上部的弧线切割。

2、在巷道断面的水平方向和竖直方向进行切割，得到基本平行的水平切槽110和竖直切槽120，每条水平切槽110的间距为0.2—0.6米，每条竖直切槽120的间距为0.2—0.6米；基本平行。若干条水平切槽110和竖直切槽120相互交错，将外轮廓切槽40内部的巷道断面切割成纵横交错的网格状结构。水平切槽110和竖直切槽120深度一般在0.6-1.2米，与外轮廓切槽100的深度基本相同。

3、移开切割装置3，用破碎装置4撬断巷道断面内的第一块石料，然后依次撬断并取出。在破碎或撬断第一块石料时，可以选取容易施工操作的，将第一块石料破碎或撬断后，空出的位置就非常便于后续的施工操作了。

4、切割装置3切割下来的岩石，以及破碎装置4撬断的岩石，可以人工搬运，也可以设置如本发明的输送装置搬运；在具有本发明的输送装置时，通过两个（一组）相向转动的刮料星轮17的转动产生的拨料作用，将岩石拨到运送料带15上，通过运送料带15、第二次运输带18的输送，进入破碎机19进行破碎，得到建筑需要的石子。

根据需要，顺巷道走向切割水沟成型并取出石料，形成巷道水沟；并用修裁臂修裁巷道轮廓至最佳；由于岩石没有被爆破震松，井巷两端的岩石仍然很牢固，完全可以减少巷道支护，可以视情况进行巷道支护，以保障完全，同时更能降低施工成本、缩短施工周期等。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种矿山硬岩井巷掘进施工方法，其特征在于包括如下步骤，

1）按照设计要求，根据巷道断面形状，先用掘进装置的切割装置将巷道外轮廓切割出来，得到外轮廓切槽；所述外轮廓切槽上部为弧线，左右两条切槽为竖直线，形成上部为拱形、下部为矩形的外轮廓结构；

2）在巷道断面的水平方向和竖直方向进行切割，得到平行的水平切槽和竖直切槽，若干条水平切槽和竖直切槽相互交叉，将外轮廓切槽内部的巷道断面切割成纵横交错的网格状结构；

3）移开切割装置，用掘进装置的破碎装置破碎或撬断巷道断面网格状结构内的第一块石料，然后破碎或撬断并取出其他石料，直到该次切割深度内的石料被全部取出；

4）掘进装置切割下来的岩石，以及破碎装置破碎或撬断的岩石，采用人工或机械输送装置搬运；

5）重复前述第1—4的操作步骤，直到矿山井巷掘进施工满足工艺要求。

2.根据权利要求1所述的矿山硬岩井巷掘进施工方法，其特征在于，根据工艺设计要求，顺巷道走向用切割装置切割水沟成型，并取出石料，形成巷道水沟。

3.根据权利要求2所述的矿山硬岩井巷掘进施工方法，其特征在于，所述外轮廓切槽的深度在0.6-1.2米，相邻两条水平切槽的间距为0.2—0.6米，相邻两条竖直切槽的间距为0.2—0.6米。

4.矿山硬岩井巷掘进施工方法的掘进装置，包括本体（1），液压装置（2） ，液压装置（2）设置在本体（1）上，其特征在于，在本体（1）的前端，设置有切割装置（3）和破碎装置（4），可折转的切割装置（3）和破碎装置（4）分别与液压装置（2）的液压管路相连接，在液压装置（2）液压油作用上，切割装置（3）产生切割作用，破碎装置（4）产生破碎作用；在本体（1）的前端，设置电动操作的伸缩部（5）和电机（6），电机（6）的输出动力经减速器（7）减速后，与伸缩部（5）连接，推动伸缩部（5）向前移动，切割装置（3）和破碎装置（4）设置在伸缩部（5）的前端；

在本体（1）上设置升降油缸（9）和旋转油缸（10），升降油缸（9）和旋转油缸（10）分别与液压装置（2）的液压管路相连接，升降油缸（9）和旋转油缸（10）的活塞杆分别连接在切割装置（3）和破碎装置（4）的后端，分别带动切割装置（3）和破碎装置（4）上下或左右移动；

在切割装置（3）和破碎装置（4）的后面，设置运送料带（15），运送料带（15）从本体（1）中部斜向上延伸到本体（1）后端；在运送料带（15）的前端，设置铲板部（16），铲板部（16）的斜度与运送料带（15）相适应，后端与运送料带（15）的前端配合；在铲板部（16）上，设置两个相向转动的刮料星轮（17）；在运送料带（15）后面，配合设置第二次运输带（18），第二次运输带（18）的前端与运送料带（15）配合；第二次运输带（18）的后端，配合设置一个破碎机（19）将岩石进一步破碎。

5.根据权利要求4所述的矿山硬岩井巷掘进施工方法的掘进装置，其特征在于，设置左右两条行走轨道（20），将破碎机（19）设置在行走轨道（20）上，破碎机（19）是可移动式；左右两条行走轨道（20）中间设置输送皮带（21），输送皮带（21）与破碎机（19）的出料口对应，将经破碎机（19）破碎后从出料口出来的物料落入输送皮带（21）上。