CN103899319B - 掘锚连续自动化快速掘进工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了掘锚连续自动化快速掘进工艺，采用掘进机、掘进机机载超前钻探钻机、端头支架、锚杆钻机装置、刮板输送机或皮带输送机、除尘风机装置；该工艺包括探、掘、支、锚、运、除尘作业工序，将永久支护以端头支架为界分为迎头支护及后支护两部分，迎头支护是利用两台迎头锚杆钻机装置，每排只需在端头支架间隙中打设至少两根锚杆，该锚杆提供对顶板离层的控制和约束，端头支架起保护作用；后支护在进行下一个作业工序循环时，将剩余的部分锚杆和锚索全部滞后在端头支架后方施工，并在端头支架后方连续不间断作业。本发明解决了围岩稳定性差的巷道综掘效率低的问题，能够掘锚施平行作业，提高了施工效率，同时改善综合掘锚施工环境。

Description

掘锚连续自动化快速掘进工艺

技术领域

本发明属于煤炭井下采掘工艺技术，特别涉及到掘锚连续自动化快速掘进工艺。

背景技术

目前，国内外提高掘进效率的主要方法是采用连采机与锚杆台车交叉换位掘进工艺，通过超大步距(10m以上)连续掘进后集中支护的方法提升效率，该工艺每次交叉换位时空顶距达10m以上，仅适用于顶板条件好的巷道，对地质条件要求极高。

对于地质条件差、巷道围岩赋存不稳定的巷道，大步距连续掘进会带来极大的顶板安全隐患，此类巷道掘进效率的提升一度成为行业技术瓶颈。

现有综合掘锚施工工艺的主要流程为：超前钻探、割煤、临时支护、永久支护。

超前钻探方式主要有两种：一种是操作方便的凿岩钻机，但钻进距离短造成钻探频次多、占用检修时间；一种是专用钻探设备，钻进距离长、频次少，但体积大、重量大、搬移难度大。超前钻探施工时间长，造成掘进时间大幅缩短，是巷道掘进效率低下的原因之一。

临时支护方式主要有：前探梁式、掘进机机载式临时支护、交错自移式超前支护装置，其中前两种具有承载力小、防护面积有限的缺点；交错自移式超前支护装置初撑力大、可支撑整个巷道断面，但每次移架时，必须保证一组支架顶梁撑紧顶板时另一组才能下落、前移，如果升得不紧，就会有倒架的危险，且不论哪一组梁接顶都会对顶板产生一次支撑，对已经施工好的锚杆支护造成一定的破坏，破坏程度无法用肉眼去观察，更增加了锚杆支护这种隐性支护的不确定性，非常不利于巷道后期的安全使用。可见，临时支护方式是限制巷道掘进效率提升的又一原因。

传统的转载机在出煤过程中随掘进机左右摆幅非常大，再加上高度较高，无法支设作业平台，在掘进的同时不能进行支护作业，永久支护在临时支护后集中进行，时间不能充分利用。

现有综合掘锚施工环境十分恶劣，粉尘和瓦斯含量高，为改善环境大多使用风机，强力向掘进机处吹风，然后利用风的循环排出施工处，其综合掘锚施工环境依然难以得到彻底改善。

由此可见，对现有综合掘锚施工工艺非常有必要进行改进，并通过改进超前钻探、临时支护、转载机，同时采用电液操作、自动化操作，实现掘锚连续自动化掘进，对于综掘效率提高具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是对现有综合掘锚施工工艺进行改进，提供一种即解决了围岩稳定性差的巷道综掘效率低的问题，又能够同时掘锚施工交叉作业，进一步提高掘锚施工效率，进一步改善综合掘锚施工环境的掘锚连续自动化快速掘进工艺。

为实现本发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种掘锚连续自动化快速掘进工艺，采用掘进机1、掘进机机载超前钻探钻机、端头支架2、锚杆钻机装置3、刮板输送机4或皮带输送机5、除尘风机装置6；其中：锚杆钻机装置3为迎头锚杆钻机装置、机载锚杆钻机装置、或锚杆钻机作业平台；该工艺包括探、掘、支、锚、运、除尘作业工序，将永久支护以端头支架为界分为迎头支护及后支护两部分；1.迎头支护是利用两台迎头锚杆钻机装置，每排只需在端头支架间隙中打设至少两根锚杆，该锚杆提供对顶板离层的控制和约束，端头支架起保护作用；2.后支护是在进行下一个作业工序循环时，而剩余的部分锚杆和锚索全部滞后在端头支架后方施工，并在端头支架后方连续不间断作业；其特征是：所述的探、掘、支、锚、运、除尘作业工序的具体步骤如下：

步骤一、超前钻探：使用掘进机机载超前钻探钻机，通过调整掘进机前臂，调整好超前钻探钻机的探孔角度，将掘进机行走部与截割部闭锁，启动超前钻探钻机打设探孔，按照超前钻探参数要求打设探孔完毕后，收回超前钻探钻机并闭锁；

步骤二、割煤、出煤：启动除尘风机装置，通过掘进机截割头破煤、落煤，煤体经掘进机后溜出口掉落至刮板输送机的转载料斗内，经刮板输送机送至皮带输送机运出；或者煤体经掘进机后溜出口直接掉落至皮带输送机的转载料斗内，由皮带输送机运出；同时由机载锚杆钻机装置、或锚杆钻机作业平台在端头支架后方进行后支护；

步骤三、临时支护：掘进机割煤完毕后，闭锁掘进机，启动端头支架的液压泵站，通过端头支架的集控面板，操作将端头支架向前移一个步距，并展开两侧护帮装置及迎面煤墙护网；同时由机载锚杆钻机装置、或锚杆钻机作业平台在端头支架后方进行后支护；

步骤四、迎头与端头支架方同时永久支护：端头支架到位后，在迎头搭设好作业平台，将端头支架所带的迎头锚杆钻机装置移至迎头，进行迎头支护，迎头支护满足临时控制巷道围岩的要求后，立即收回迎头锚杆钻机装置，同时由机载锚杆钻机装置、或锚杆钻机作业平台在端头支架后方进行后支护；

步骤五、连续重复上述步骤二～四，超前钻探安全距离不足时重复步骤一；在端头支架后方的支护作业施工贯穿整个施工步骤中，实现连续支护的目的，从而提高掘进效率。

本发明掘锚连续自动化快速掘进工艺的优点及积极效果是：采用分段连续支护作业方法，改变传统的掘进和支护工艺流程，即解决了围岩稳定性差的巷道综掘效率低的问题，又能够同时掘锚施工平行作业，进一步提高掘锚施工效率，同时改善综合掘锚施工环境。特别是适用于大、中型煤矿井下煤巷掘进。

附图说明

图1是本发明掘锚连续自动化快速掘进工艺布置示意图。

图2是图1俯视图。

图3是本发明带刮板输送机锚杆钻机装置的工艺布置示意图。

图4是图3俯视图。

图5和图6是本发明带料斗式转载机锚杆钻机装置的工艺布置示意图。

图7是连续支撑自移式液压端头支护架主视图。

图8是图7的B-B视图。

图9是图7的A-A视图。

图10是料斗式转载机示意图。

图11是料斗式转载机立体示意图。

具体实施方式

以下结合本发明的具体实施详细进行说明：

如图1—6所示，本发明掘锚连续自动化快速掘进工艺，是以连续支撑自移式掘进端头支架为核心，采用掘进机1、掘进机机载超前钻探钻机、端头支架2、锚杆钻机装置3、刮板输送机4或皮带输送机5、除尘风机装置6。所述掘进机1、刮板输送机4或皮带输送机5依次排列在巷道7中，端头支架2布置在掘进机1，掘进机1端头支架2工作，除尘风装置6的进风口布置在巷道7端头；其中：

1、掘进机机载超前钻探钻机，是将钻探钻机安装掘进机的前臂上，超前钻探钻机的钻孔位置由掘进机的掘进臂直接调整和控制。

2、端头支架是连续支撑自移式液压端头支护架，如图7-9所示，它包括顶部支护装置、移架装置、迎头锚杆打设装置、护帮装置216、支架固定装置、止退装置及清煤装置225；所述顶部支护装置包括纵梁、前伸梁203、滑道纵梁、横梁206、支柱和调节支柱217，所述纵梁包括以万向节连接的前纵梁208和后纵梁210，所述前伸梁203与前纵梁208铰接；所述滑道纵梁包括前滑道纵梁209及后滑道纵梁211，所述横梁206与滑道纵梁铰接；所述纵梁与所述横梁206固接；所述支柱活塞头与顶梁铰接；所述顶梁包括前顶梁205及后顶梁212；所述移架装置包括移梁千斤顶207及移柱千斤顶214，其中，移梁千斤顶207的活塞头与滑道纵梁铰接，移梁千斤顶207的缸筒与顶梁平行且固接在顶梁之上，所述滑道纵梁位于所述顶梁之上，并且与所述顶梁滑动连接；所述移柱千斤顶214分别位于前后顶梁之间，和前后底座之间；

所述支柱与底座固接，底座与纵梁平行；所述调节支柱217分别位于支柱前后位置，所述调节支柱217的缸筒固接在底座上，其活塞柱升起后能够与顶梁下面接触；

所述迎头锚杆打设装置包括锚杆钻机222和钻机支架223，其中钻机支架223由若干折叠横杆及立柱组成，折叠横杆末节端部设置固定孔；

所述支架固定装置包括直推装置220及斜推装置221，所述直推装置220由顶盘与直推千斤顶组成，斜推装置221由顶板与斜推千斤顶组成；

所述护帮装置216位于前伸梁203两侧，其由护帮顶板及液压支杆组成；所述止退装置分别位于前底座218后端及后底座219后端，其由支撑板及液压机构组成；所述止退装置包括前止退装置224及后止退装置226。

所述清煤装置225位于前底座218的外侧，清煤铲由固接在前底座218外侧的驱动装置驱动。

所述连续支撑自移式液压端头支护架的移架动作：移架千斤顶启动，首先进行前底座的移动，放下后止退装置，启动后滑道纵梁上的护帮装置，直推装置与侧推装置同时顶紧侧帮，此时，支柱连同前底座向前移动，然后，收回后止退装置，其次进行后底座的移动，放下前止退装置，收回移架千斤顶，此时，后底座跟随向前移动；当清理巷道中前底座前端的散煤时，启动清煤装置中的千斤顶，清煤装置向前将前方散煤清理到两底座之间，便于移架。

所述连续支撑自移式液压端头支护架的电液自动化控制：以往的端头支架均采用乳化液泵站供液、手动操作，其操作阀组数量繁多，位置易受巷道两帮空间制约，在操作时非常不便，有时还会出现误操作，甚至还影响后配套设备。现将端头支架改制为集成面板式结构，将端头支架所有阀组集成在一块面板上实现电液操作、自动化控制，更加方便操作、提高安全系数。

所述连续支撑自移式液压端头支护架的迎头锚杆钻机装置利用端头支架两侧立柱之间的空隙，设计滑道放置钻机，支护时一人拉住钻机通过滑道就可以轻松移至迎头进行支护，用毕后再推至架间，也不影响支架前移、也不占用空间，还可以省去人工搬运的体力消耗。

3、锚杆钻机装置：为迎头锚杆钻机装置、机载锚杆钻机装置或锚杆钻机作业平台。其中机载锚杆钻机装置，如刮板输送机锚杆钻机装置，料斗式转载机锚杆钻机装置。其中：

(1)刮板输送机锚杆钻机装置：如图3-4所示。

传统的刮板输送机改为可移动的两台锚杆钻机3多功能的刮板输送转载机，前侧有料斗402可以接纳掘进机吐出的煤炭实现转运，料斗可以伸缩和左右摆动便于接料，中部靠前位置设置作业平台和锚杆钻机，前后、左右均可调整，后侧直接搭接在胶带输送机机尾跑道上能够前后进退，并可以与皮带机尾互为支撑、连接，实现前移。

(2)料斗式转载机锚杆钻机装置：如图10-11所示。

在掘进机后面增加一个运输单元，该运输单元可以实现物料的转运、顶锚杆、帮锚杆的打设，而且还具备行走功能。在综掘巷道进行掘锚作业时，将对顶板、两侧煤壁支护的锚杆、锚索由目前一次完成分为二次完成，即掘进后空顶、煤帮先打设少量锚杆临时支护后继续掘进，永久支护在掘进机机身后完成。

(3)锚杆钻机作业平台：如图1-2所示。

4、转载输送设备：包括刮板输送机、料斗式转载机。料斗式转载机，如图10-11所示。

5、除尘风装置：从掘进面处抽吸粉尘和瓦斯，直接排在工作环境外，有效保护工作人员健康。

本发明煤巷掘锚连续自动化快速掘进工艺，如图1—6所示，包括探、掘、支、锚、运、除尘作业工序，在掘进机掘进时主要是采用分段支护工艺，各工序能够平行作业，从而可实现“掘锚平行连续作业”。

分段支护工艺是将永久支护以端头支架为界分为迎头支护及后支护两部分，迎头支护是利用两台迎头锚杆钻机装置，每排只需在端头支架间隙中打设四根锚杆，利用连续支撑的端头支架共同提供对顶板离层的控制和约束；后支护是在进行下一个作业工序循环时，而剩余的部分锚杆和锚索全部滞后在端头支架后方施工，通过除尘风机、带作业平台的刮板转载机改善环境、创造条件后，可以完全不受掘进机割煤时出于安全方面的限制，在端头支架后方连续不间断作业，在较短时间内、顶板未发生离层变化前即可完成整排支护，保证支护可靠、有效。

这一环节的核心实际上是迎头范围的支护尽量要少，以减少工序用时，将剩余的支护工作量全部移至端头支架后面来完成。端头支架后方的支护贯穿整个施工过程，充分利用时间，从而提高掘进效率。

掘锚连续自动化快速掘进工艺的步骤如下：

步骤一、超前钻探：使用掘进机1机载超前钻机，通过调整掘进机前臂，调整好超前钻探钻机的探孔角度，将掘进机行走部与截割部闭锁，启动超前钻探钻机打设探孔，按照超前钻探参数要求打设探孔完毕后，收回钻机并闭锁；

步骤二、割煤、出煤：启动除尘风机装置6，通过掘进机截割头破煤、落煤，煤体经掘进机后溜出口掉落至刮板输送机4的转载料斗内，经刮板输送机4送至皮带输送机运出；或者煤体经掘进机后溜出口直接掉落至皮带输送机5的转载料斗内，由皮带输送机运出；同时由机载锚杆钻机装置、或锚杆钻机作业平台在端头支架后方进行后支护；

步骤三、临时支护：掘进机割煤完毕后，闭锁掘进机，启动端头支架2的液压泵站，通过端头支架的集控面板，操作将端头支架向前移一个步距，并展开两侧护帮装置及迎面煤墙护网；同时由机载锚杆钻机装置、或锚杆钻机作业平台在端头支架后方进行后支护；

步骤四、迎头与端头支架方同时永久支护：端头支架到位后，在迎头搭设好作业平台，将端头支架所带的迎头锚杆钻机装置移至迎头，进行迎头支护，迎头支护满足临时控制巷道7围岩的要求后，立即收回迎头锚杆钻机装置、作业平台，同时由机载锚杆钻机装置、或锚杆钻机作业平台端头支架后方进行后支护；

步骤五、连续重复上述步骤二～四，超前钻探安全距离不足时重复步骤一；在端头支架后方的支护作业施工贯穿整个施工步骤中，实现连续支护的目的，从而提高掘进效率。

在掘进机每次割煤时，所述的端头支架的循环步距在3-4m范围。

Claims (1)

1.一种掘锚连续自动化快速掘进工艺，采用掘进机(1)、掘进机机载超前钻探钻机、端头支架(2)、锚杆钻机装置(3)、刮板输送机(4)或皮带输送机(5)、除尘风机装置(6)；其中：锚杆钻机装置(3)为迎头锚杆钻机装置、机载锚杆钻机装置、或锚杆钻机作业平台；该工艺包括探、掘、支、锚、运、除尘作业工序，将永久支护以端头支架为界分为迎头支护及后支护两部分，(1).迎头支护是利用两台迎头锚杆钻机装置，每排只需在端头支架间隙中打设至少两根锚杆，该锚杆提供对顶板离层的控制和约束，端头支架起保护作用；(2).后支护是在进行下一个作业工序循环时，而剩余的部分锚杆和锚索全部滞后在端头支架后方施工，并在端头支架后方连续不间断作业；其特征是：所述的探、掘、支、锚、运、除尘作业工序的具体步骤如下：

步骤一、超前钻探：使用掘进机机载超前钻探钻机，通过调整掘进机前臂，调整好超前钻探钻机的探孔角度，将掘进机行走部与截割部闭锁，启动超前钻探钻机打设探孔，按照超前钻探参数要求打设探孔完毕后，收回超前钻探钻机并闭锁；

步骤二、割煤、出煤：启动除尘风机装置，通过掘进机截割头破煤、落煤，煤体经掘进机后溜出口掉落至刮板输送机的转载料斗内，经刮板输送机送至皮带输送机运出；或者煤体经掘进机后溜出口直接掉落至皮带输送机的转载料斗内，由皮带输送机运出；同时由机载锚杆钻机装置、或锚杆钻机作业平台在端头支架后方进行后支护；

步骤三、临时支护：掘进机割煤完毕后，闭锁掘进机，启动端头支架的液压泵站，通过端头支架的集控面板，操作将端头支架向前移一个步距，并展开两侧护帮装置及迎面煤墙护网；同时由机载锚杆钻机装置、或锚杆钻机作业平台在端头支架后方进行后支护；

步骤四、迎头与端头支架方同时永久支护：端头支架到位后，在迎头搭设好作业平台，将端头支架所带的迎头锚杆钻机装置移至迎头，进行迎头支护，迎头支护满足临时控制巷道围岩的要求后，立即收回迎头锚杆钻机装置，同时由机载锚杆钻机装置、或锚杆钻机作业平台在端头支架后方进行后支护；

步骤五、连续重复上述步骤二～四，超前钻探安全距离不足时重复步骤一；在端头支架后方的支护作业施工贯穿整个施工步骤中，实现连续支护的目的，从而提高掘进效率。