CN104712333A - 大宽度一次成巷煤巷快速掘进工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及大宽度一次成巷煤巷快速掘进工艺,包括探放水、截煤、装、运煤、超前支护及支护;主要依靠一台大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机来实现,解决现有煤巷掘进工艺割煤速度低、装煤效率低、输送能力低、支护速度低、探放水效率低、自动化程度低、空顶距大、适应性差和综合效率低等问题,其特点是该掘锚机的钻锚装置进行全方位打钻探放水,利用该掘锚机的滚筒截割部升降进行截割煤壁一次成巷同时装运,利用该掘锚机的六台钻锚装置进行钻孔锚杆支护,不需要退机、调机,节省人力和时间,提高工效。

Description

大宽度一次成巷煤巷快速掘进工艺
技术领域
本发明属于煤矿井下开拓技术,特别是适用于大、中型煤矿井下巷道宽度范围为3.5~5.5米,高度范围为3~5米的煤巷综合机械化开拓作业。
背景技术
煤矿开采,掘进先行。煤巷进尺占矿井总进尺的80%以上,抓好煤巷进尺是缓解矿井采掘接替紧张,保持矿井采掘平衡,实现矿井高产高效的关键。目前在煤巷掘进工艺及装备方面发展较快,形成了“综掘机—单体锚杆钻机作业线”、“综掘机—液压锚杆钻车作业线”、“连采机—液压锚杆钻车作业线”和“掘锚一体机”等多种煤巷掘进工艺并存的格局,为矿井安全生产提供了保障。但是,所有这些掘进工艺仍存在严重的问题,掘进效率没有充分的发挥,严重制约着矿井的安全生产和高产高效,提高单进水平势在必行。
主要表现在以下几方面:
①割煤速度低:综掘机截割头体积小,在割煤过程中频繁摆动;连采机和掘锚机的截割部窄,对大断面巷道不能一次成形,造成目前掘进工艺割煤速度低。
②装煤效率低:综掘机、连采机与掘锚机都采用星轮式装载部,星轮式装载部长度长、坡度小、装煤不连续、效率低。
③输送能力低:输送部马达功率小、宽度窄,输送能力受到了限制。
④支护速度低:掘进设备与支护设备分离,造成掘、支工序之间存在调机、退机问题,由于掘进和支护设备的交替过程频繁,同时钻臂数量少,辅助时间长,造成支护速度低、空顶距大。
⑤探放水效率低:探放水设备与掘进、支护设备分离,三大工序之间都存在调机、退机问题,由于探放水设备与掘进支护设备的交替过程频繁,辅助时间长,同时传统探放水设备钻臂数量少,造成探放水效率低。
⑥空顶距大、适应性差:连采机和掘锚机仅适用于顶板条件好的情况,最 小空顶距大,不能及时支护;综掘机适应性好但效率低。很多大型综掘机不能适应小型巷道的掘进。
⑦综合效率低:综上所述问题造成目前掘进工艺综合效率低。
发明内容
本发明的目的是解决上述煤矿井下煤巷掘进施工中存在的问题,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,提高安全性和作业效率,掘锚一体的大宽度一次成巷煤巷快速掘进工艺。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:
大宽度一次成巷煤巷快速掘进工艺,该巷煤巷快速掘进工艺包括探放水、截煤、装、运煤、超前支护及支护;采用大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机,所述煤巷综合掘锚机包括行走部、在行走部上设置的机体平台、滚筒截割部、铲运部、钻锚装置、超前支护装置、电控系统、液压系统、钻锚操作升降平台及后支撑装置,其特征是:
所述大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机具有:
所述滚筒截割部包括滚筒截割装置、截割臂、截割摆动油缸及截割装置座;滚筒截割装置与截割臂连接,截割臂铰接在截割装置座上,割装置座固定在机体平台中间;截割摆动油缸一端铰接在截割装置座上,另一端铰接截割臂上;
所述钻锚装置包括前钻锚装置、前下钻锚装置、后钻锚装置;前钻锚装置与前下钻锚装置安装在截割臂的左右两侧的机体平台上,后钻锚部安装于机体平台上,共计六台;
所述该巷煤巷快速掘进工艺的具体工艺流程为:
(1)探放水:使用钻锚装置的前钻锚装置对巷道进行探放水作业;
(2)截煤:使用所述滚筒截割部对机部的截割部进行煤体的截割施工,所述滚筒截割部上下摆动地对巷道煤体的截割作业;
(3)装、运煤:使用铲板部装煤,滚筒与铲斗装置保持近距离,浮煤依靠 滚筒截割装置旋转抛煤,铲运部配合中运输,煤块向外运输;
(4)超前支护:把网片和钢筋托梁固定好后,放在煤巷掘锚一体化机上所设置的超前支护装置托梁器上,向前移动掘锚一体机,到达指定位置,升起超前支护使网片与永久支护网相连;
(5)支护:使用煤巷掘锚一体化机的六台钻臂进行打眼和注锚,以及进行预紧、张拉的支护工艺。
本发明与现有技术相比较,具有显著的有益效果是:
1)采用本煤巷快速掘进工艺技术,在施工过程中不需要退机、调机,在一台机组上实现了“探—掘—装—运—支”连续作业,节省了人力和时间,提高了工效,是其它煤巷掘进工艺技术的2倍以上水平。
2)截割速度得到了大幅度的提升,解决了综掘机截割头体积小,在割煤过程中频繁摆动;连采机和掘锚机的截割部窄,对大断面巷道不能一次成形,造成目前掘进工艺割煤速度低的问题。
3)装煤速度得到了大幅度的提升,解决了传统星轮式装载部长度长、坡度小、装煤不连续、效率低的问题。
4)运煤速度得到了大幅度的提升,解决了传统输送部马达功率小、宽度窄,输送能力低的问题。
5)支护速度得到了大幅度的提升,解决了传统掘进设备与支护设备分离,造成掘、支工序之间存在调机、退机问题、空顶距大和支护不及时的问题。
综述本工艺技术解决了现有煤巷掘进工艺技术存在的适应性差和综合效率低等核心问题。
附图说明
图1是本发明的整机的主视图。
图2是本发明的整机的俯视图。
图3是滚筒截割、铲运和钻锚装置在整机上布置的主视图。
图4是滚筒截割、铲运和钻锚装置在整机上布置的俯视图。
图5是本发明中滚筒截割装置结构的主剖视图。
图6是本发明中滚筒截割装置的润滑管路示意图。
图7是本发明中铲斗装置结构的主视图。
图8是本发明中铲斗装置结构的三维立体图。
图9是本发明中滚筒截割装置与铲斗装置结构的侧视图。
图10是本发明中滚筒截割装置与铲斗装置结构的三维立体图。
图11是钻锚装置的前上钻锚装置的主视图。
图12是钻锚装置的前上钻锚装置的俯视图。
图13是钻锚装置的前下钻锚装置的主视图。
图14是钻锚装置的前下钻锚装置的俯视图。
图15是钻锚装置的后钻锚装置的示意图。
图16是本发明中滚筒截割装置煤巷内掘切割过程的示意图。
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:
一、本发明采用煤巷掘锚设备
图1至图4所示,本发明采用的大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机。该煤巷综合掘锚机把探放水、截割煤壁、装煤、运煤和钻孔锚杆锚索支护五大工序集合于一身。
该综合掘锚机包括行走部1、在行走部分上设置的机体平台2、截割部3、铲运部4、钻锚装置5、超前支护装置6、电控系统7、液压系统8、钻锚操作升降平台9和后支撑装置10;其中:
所述超前支护装置6、电控系统7和液压系统8安装在机体平台2之上、钻锚操作升降平台9安装在机体平台2的前面,后支撑装置10安装在机体平台2的后下方;所述铲运部4安装在行走部1前与在行走部、机体平台2中间。超前支护装置6是实现机械托网和保护作业人员在空顶下的安全,起到临时支护的作用。
所述截割部3包括滚筒截割装置3-1、截割臂3-2、截割摆动油缸3-3及截割装置座3-4;滚筒截割装置与截割臂连接,截割臂铰接在截割装置座3-4上, 割装置座固定在平台2中间。截割摆动油缸一端铰接在截割装置座上,另一端铰接截割臂上。
所述铲运部4包括铲斗装置4-1、铲斗摆动油缸4-2、及输送部4-3;所述运输装置4-3安装在行走部1前与在行走部、平台2中间;所述铲斗装置铰接在输送部的前端,铲斗摆动油缸一端铰接在平台的前端,另一端铰接在铲斗装置上。
所述钻锚装置5包括前钻锚装置5-1、前下钻锚装置5-2、后钻锚装置5-3;前钻锚装置与前下钻锚装置安装在截割臂的左右两侧的机体平台2上,后钻锚部安装于机体平台2上,共计六台;其中:前钻锚装置蹦够进行探放水作业。这些钻锚装置能对巷道进行全方位、多功能、零空顶及时支护,解决支护速度慢、耦合度低和适应性差的问题,实现掘——支平行快速交替作业。
图5所示,本发明中滚筒截割装置。该滚筒截割装置采用永磁同步电机驱动截割滚筒技术。滚筒截割装置包括滚筒架3-1-1、两个中间滚筒3-1-2、两台永磁电机3-1-3、减速机构3-1-4、两个侧滚筒装置3-1-5;所述滚筒架3-1-1设有端部与三个支撑架构成,滚筒支架的端部与截割臂3-2连接;
所述两个中间滚筒3-1-2在滚筒架3-1-1的三个支撑架中间,两台永磁电机3-1-3分别装在各自的中间滚筒3-1-2中,两台永磁电机3-1-3的外壳的外圆分别与各自的中间滚筒内孔的内圆固定连接,既采用键连接;两台永磁电机3-1-3共用一根永磁电机定子轴,永磁电机定子轴与三个支撑架的中间支撑架固定连接,既也采用键连接;
所述侧滚筒装置3-1-5包括侧滚筒3-1-5-1、侧滚筒轴3-1-5-2、侧滚筒轴承3-1-5-3、侧滚筒切割头3-1-5-4、伸缩机构3-1-5-5;所述侧滚筒与侧滚筒轴固定连接,侧滚筒轴带侧滚筒轴承装在支撑架孔内,并经减速机构与中间滚筒连接;其中:伸缩机构包括伸缩油缸和伸缩连杆,侧滚筒切割头铰接在侧滚筒上,伸缩连杆与侧滚筒切割头、侧滚筒分别铰接,所述伸缩油缸与侧滚筒切割头、侧滚筒轴分别铰接。
所述中间滚筒的外圆、侧滚筒的外圆与切割头上固定有若干个切割刀头 3-1-6。
所述减速机构由装在侧滚筒轴上的齿轮与装在中间滚筒内齿圈构成,为一级减速机构。
图6所示,本发明中供油管路。由于伸缩机构的伸缩油缸与侧滚筒装置一同旋转运动,所述滚筒截割装置的伸缩油缸供油管路3-5需要特殊设计,伸缩油缸供油管路包括滚筒架的中间支撑架的油孔3-5-1、油管接头3-5-2、内部油管3-5-3、配液盘3-5-4与软油管3-5-5;所述内部油管装于永磁电机定子轴外与定子之间,以及侧滚筒轴中心孔内,用油管接头连接支撑架的油上及装在侧滚筒轴端的配液盘上,由软油管连接配液盘与滚筒截割装置的伸缩油缸。
本发明采用永磁电机驱动截割滚筒形式,简化了现有掘进装备截割部传动结构、降低了事故率,电机采用变频控制,实现零速增扭,滚筒调速,大大提升截割性能,截割部采用伸缩式结构,伸缩范围3.5~5.5 m,能对宽度为3.5~5.5m、高度为3~5m的巷道的一次截割成形。
图7至图10所示,是铲斗装置。所述铲斗装置采用高包角设计,为对称结构,中间连接输送部;所述铲斗装置包括铲板4-1-1、左侧挡板4-1-2、右侧挡板4-1-3、后侧挡板4-1-4、刮板4-1-5、链条4-1-6、驱动马达4-1-7、底板4-1-10与后板4-1-11;由刮板、链条和驱动马达组成刮板机构,由所述底板、后板、左、右侧挡板和后侧挡板构成铲斗;后侧挡板、铲板及刮板机构呈包角α装入铲斗内。
所述铲斗装置还包括左侧油缸4-1-8、右侧油缸4-1-9,左、右侧油缸分别铰接装在左、右侧挡板与后板上,并且左、右侧挡板分别与后板铰接,左、右侧挡板的下边各自装有插入底板的伸缩板。
以上所述铲斗装置可以采用现行掘进机所采用的扒爪式铲斗装置。
图11和图12所示,是前上钻锚装置5-1。上钻锚装置为伸缩臂式钻锚装置,包括推进器钻机5-1-1、摆动油缸5-1-2、旋转油缸与连接座5-1-3、上臂5-1-4、下臂5-1-5、上臂伸缩油缸臂5-1-6、下臂伸缩油缸臂5-1-7、调高油缸5-1-8、水平回转油缸5-1-9、伸缩臂摆动座5-1-10及伸缩臂固定座5-1-11、水平回转 油缸固定座12。其中:
所述推进器钻机与摆动油缸连接、摆动油缸与旋转油缸及连接座连接;所述上臂内装上臂伸缩油缸臂,上臂与连接座铰接,臂伸缩油缸臂与伸缩臂摆动座铰接,所述下臂由内下臂与外内下臂插装而成,并分别与连接座、伸缩臂摆动座铰接,下臂伸缩油缸臂分别与卡内下臂与外内下臂的固定卡环铰接。
所述调高油缸与上臂伸缩油缸臂、伸缩臂座铰接;所述水平回转油缸分别铰接水平回转油缸座、伸缩臂摆动座。
所述伸缩臂摆动座与伸缩臂固定座铰接、水平回转油缸固定座;所述伸缩臂固定座、水平回转油缸固定座固定在机体平台2上。
图13和图14所示,是前下钻锚装置5-2。前下钻锚装置包括推进器钻机5-1-1、连接座5-2-2、水平摆动油缸5-2-3、垂直摆动油缸5-2-4、伸高臂5-2-5、调高油缸5-2-6、回转座5-2-7;所述推进器钻机与连接座铰接,水平摆动油缸分别与推进器钻机、连接座铰接;所述垂直摆动油缸装于伸高臂上,并与推进器钻机的连接座连接;所述伸高臂与回转座铰接,调高油缸分别与伸高臂、回转座铰接。
图15所示,是后钻锚装置5-3,后钻锚装置包括推进器钻机5-1-1、摆动油缸5-3-2、竖直伸缩油缸立柱5-3-3、水平滑轨5-3-4、水平伸缩油缸5-3-5、固定座5-3-6;所述后钻锚装置包括推进器钻机与摆动油缸连接;竖直伸缩油缸立柱的顶部装摆动油缸;所述水平伸缩油缸与水平滑轨中竖直伸缩油缸立柱、固定座铰接;固定座为钻锚操作平台,并固定在机体平台上。
所述钻锚装置5是根据巷道锚杆支护要求,分为几个不同的区域来设计和布置的,其中:前上钻锚装置和前下钻锚装置,主要负责顶部锚杆孔和中低侧帮锚杆孔的机械化施工作业,后钻锚部安装于机体平台上,主要负责1.5米以上中等高度侧帮锚杆孔和锚索的施工作业。
各钻锚装置的操控系统相互独立,互不影响。通过多钻臂的交叉和互相协调配合从根本上解决目前现有矿井支护存在的问题,提升支护效率,节省大量辅助时间。
二、本发明大宽度一次成巷煤巷快速掘进工艺
本发明大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机的工作过程,首先使用行走部1行驶到煤巷掘进工作面,其次利用钻锚装置中的两个前钻锚装置进行全方位打钻探放水;然后利用截割部3的截割摆动油缸3-3上下升降进行截割煤壁形成巷道,并利用铲运部4把浮煤运输出去,同时利用序钻锚装置进行钻孔锚杆(锚索)支护。
1)巷道断面设计 
巷道可以设计为矩形巷道,巷道宽度范围为3.5~5.5米,高度范围为3~5米。巷道均为锚杆锚索支护,支护排距为1米。所述该巷煤巷快速掘进工艺的具体工艺流程为:
3)探放水工艺 
探放水前的准备工作,首先对要掘进的巷道进行加强钻孔附近的巷道支护,并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板。清理巷道,挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时,配备与探放水量相适应的排水设备。在打钻地点或其附近安设专用电话,人员撤离通道畅通。依据设计,确定主要探水孔位置时,由测量人员进行标定。
使用钻锚装置5的前钻锚装置5-1对巷道进行探放水作业;该前钻锚装置能对掘进工作面进行全方位探放水作业,钻探深度可达80米,一般情况下每20米进行一次探放水作业。
4)截煤工艺
图16所示,本发明中滚筒截割装置煤巷内掘切割过程。截割时,首先通过升降油缸将滚筒截割装置调整至巷道顶板,然后切入煤体(切入深度500mm),从上而下截割。当割到煤层底板时,截割底煤,使巷道底板平整,装完余煤,再次将滚筒截割装置调整至巷道顶板,进行下一个循环。机组完成从顶板至底板再到顶板,这一过程就称为一个截割循环。一般情况下,每一个截割循环(即截割0.5m),就可以进行一次钻锚支护作业,及时护顶;一般情况下每10个截割循环进行一次锚杆锚索支护作业,即截割5米进行一次永久支护作业。
5)装、运煤工艺 
如图4所示,工作过程中,首先将滚筒截割装置切割下的煤落到铲运部(4)铲斗装置上,然后经过由链条带动的刮板输送到输送部,最后由输送部将落煤运到该煤巷综合掘锚机后的刮板输送机。
6)超前支护工艺 
把网片和钢筋托梁固定好后,放在所述超前支护装置(6)的托梁器上,向前移动该煤巷综合掘锚机,到达指定位置,升起超前支护装置进行使网片与永久支护网相连作业。
7)支护工艺
使用六台所述钻锚装置5,能够同时或交互进行打眼和注锚,以及进行预紧、张拉的支护作业。这六台所述钻锚装置能够对巷道进行全方位、多功能、零空顶及时支护,解决支护速度慢、耦合度低和适应性差的问题,实现掘——支平行快速交替作业。
三、本发明大宽度一次成巷煤巷快速掘进工艺施工应用
该煤巷综合掘锚机一次向前截割0.5米,一般情况下每10个截割步距后进行打钻孔、锚杆支护作业一次;即一次截割5米后,进行一次锚杆支护作业。
探放水用时:每20米进行探放水作业一次,共用时40分钟,则2分钟/米。
截割用时:每次截割0.5米,用时5分钟,则10分钟/米。
支护用时:每5米进行打钻、锚杆支护作业一次,共用时100分钟,则20分钟/米。
掘进速度=(2+10+20)分钟/米=32分钟/米,6小时可掘进支护11.25米。
日进尺(四六制):3班×11.25米=33.75米/日。
月进尺:33.75米/日×28日=945米/月。
由于装、运煤工艺和截煤工艺属于平行作业,因此不计该道工序的时间。

Claims (1)

1.大宽度一次成巷煤巷快速掘进工艺,该巷煤巷快速掘进工艺包括探放水、截煤、装、运煤、超前支护及支护;采用大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机,所述煤巷综合掘锚机包括行走部(1)、在行走部上设置的机体平台(2)、滚筒截割部(3)、铲运部(4)、钻锚装置(5)、超前支护装置(6)、电控系统(7)、液压系统(8)、钻锚操作升降平台(9)及后支撑装置(10);其特征是
所述大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机具有:
所述滚筒截割部包括滚筒截割装置(3-1)、截割臂(3-2)、截割摆动油缸(3-3)及截割装置座(3-4);滚筒截割装置与截割臂连接,截割臂铰接在截割装置座上,割装置座固定在机体平台中间;截割摆动油缸一端铰接在截割装置座上,另一端铰接截割臂上;
所述钻锚装置(5)包括前钻锚装置(5-1)、前下钻锚装置(5-2)、后钻锚装置(5-3);前钻锚装置与前下钻锚装置安装在截割臂的左右两侧的机体平台(2)上,后钻锚部安装于机体平台(2)上,共计六台;
所述该巷煤巷快速掘进工艺的具体工艺流程为:
(1)探放水:使用钻锚装置(5)的前钻锚装置(5-1)对巷道进行探放水作业;
(2)截煤:使用所述滚筒截割部(3)对机部的截割部进行煤体的截割施工,所述滚筒截割部上下摆动地对巷道煤体的截割作业;
(3)装、运煤:使用铲板部(4)装煤,滚筒与铲斗装置保持近距离,浮煤依靠滚筒截割装置(3-1)旋转抛煤,铲运部(4)配合中运输,煤块向外运输;
(4)超前支护:把网片和钢筋托梁固定好后,放在煤巷掘锚一体化机上所设置的超前支护装置托梁器上,向前移动掘锚一体机,到达指定位置,升起超前支护使网片与永久支护网相连;
(5)支护:使用煤巷掘锚一体化机的六台钻臂进行打眼和注锚,以及进行预紧、张拉的支护工艺。
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