CN109026028A - 一种煤矿岩巷机械破岩方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及煤矿岩巷掘进技术领域，尤其涉及一种煤矿岩巷机械破岩方法，包括以下步骤：S1、在巷道的掌子面上选定至少一个钻孔区域以及各开孔的位置；S2、在所述钻孔区域内进行开孔作业以在岩石内部形成新的自由面；S3、对所述钻孔区域的岩石进行冲击式破岩作业以形成凹陷区；S4、以所述凹陷区为起点逐步向外进行冲击式破岩作业至所述掌子面的边缘。通过预先开孔的方式增加了岩体的自由面，破坏了岩体的完整性，减轻了冲击破岩难度，大大提升了巷道掘进的速度；钻孔操作依靠机械设备完成，操作速度快，提高了工作效率，有效节约了人力物力。

Description

一种煤矿岩巷机械破岩方法

技术领域

本申请涉及煤矿岩巷掘进技术领域，尤其涉及一种煤矿岩巷机械破岩方法。

背景技术

井下岩巷掘进，是井下煤矿开采过程中的重要组成部分。以液压作为动力，将作业流程机械化，减少人工操作，并且提高作业效率的机械破岩方法正逐步应用于地下工程、井巷、煤矿等领域。

如今煤矿岩巷破岩的方式主要包括钻爆法和机械破岩法，钻爆施工包括炮孔布置、钻孔、装药、爆破、装岩运输及支护工作，该方法包含光面爆破和预裂爆破，在目前整个煤矿岩巷行业的掘进作业中占很大一部分。

钻爆法的施工过程步骤较多且依次衔接，稍有不慎便会产生不可逆的损失，施工过程对机组操作人员谨慎性和专业性要求较高；钻爆法施工中，在炸药引爆后炮烟短时间内难以清除，对工作人员身体危害较大，容易诱发职业病；并且随着如今煤炭开采深度的增大，井下岩巷掘进危险性系数不断提高。

至于机械破岩法则是主要以破碎锤等往复式冲击设备对岩面进行破碎，通常由熟练的生产班长担任司机；对于硬岩环境来说，巷道的掌子面是一个完整的断面，直接用破碎锤很难破碎；对于这种情况，司机的作业流程通常以经验为主导，因此容易造成整岩开口困难、作业效率低下的问题。

基于目前机械方法破岩中存在的问题，在使用悬臂式掘进机进行施工的基础上，本申请提出了一种新的机械破岩方法，以实现岩巷掘进的高效流程化作业。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种煤矿岩巷机械破岩方法。

本申请提供了一种煤矿岩巷机械破岩方法，包括以下步骤：

S1、在巷道的掌子面上选定至少一个钻孔区域以及各开孔的位置；

S2、在所述钻孔区域内进行开孔作业以在岩石内部形成新的自由面；

S3、对所述钻孔区域的岩石进行冲击式破岩作业以形成凹陷区；

S4、以所述凹陷区为起点逐步向外进行冲击式破岩作业至所述掌子面的边缘。

在一些实施例中，所述钻孔区域内的开孔成排分布，同一排内相邻所述开孔的间距为所述开孔直径的3-5倍。

在一些实施例中，所述钻孔区域内的开孔设置有多排，相邻两排所述开孔的间距为同一排内相邻所述开孔间距的1-3倍。

在一些实施例中，所述钻孔区域内的开孔设置为一圈或相互套设的多圈，同一圈内相邻所述开孔的间距为所述开孔直径的3-5倍。

在一些实施例中，所述钻孔区域内的开孔设置为相互套设的多圈，相邻两圈所述开孔的间距为同一圈内相邻所述开孔间距的1-3倍。

在一些实施例中，所述钻孔区域内的开孔沿同一螺旋线间隔设置，沿螺旋线分布的相邻所述开孔的间距为所述开孔直径的3-5倍。

在一些实施例中，相邻两圈所述螺旋线的间距为沿螺旋线分布的相邻所述开孔间距的1-3倍。

在一些实施例中，所述钻孔区域水平设置在所述掌子面中部、下部、左侧、右侧中的至少一处。

在一些实施例中，所述开孔通过水钻打孔器开设，所述水钻打孔器可拆卸连接在掘进机的锚杆钻机上。

在一些实施例中，所述开孔的延伸方向与掌子面的夹角为45°-90°。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请通过预先开孔的方式增加了岩体的自由面，破坏了岩体的完整性，减轻了冲击破岩难度，大大提升了巷道掘进的速度；钻孔操作依靠机械设备完成，操作速度快，提高了工作效率，有效节约了人力物力。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所述煤矿岩巷机械破岩方法的流程图；

图2为本申请实施例一所述开孔的分布示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为本申请实施例二所述开孔的分布示意图；

图5为本申请实施例三所述开孔的分布示意图。

其中，1、掌子面；2、钻孔区域；3、开孔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本申请提出了一种煤矿岩巷机械破岩方法，包括以下步骤：

S1、在巷道的掌子面1上选定至少一个钻孔区域2以及各开孔3的位置；

S2、在所述钻孔区域2内进行开孔3作业以在岩石内部形成新的自由面；

S3、对所述钻孔区域2的岩石进行冲击式破岩作业以形成凹陷区；

S4、以所述凹陷区为起点逐步向外进行冲击式破岩作业至所述掌子面1的边缘。

本申请针对的是以冲击式破岩作业为主的巷道掘进操作，对于掌子面1为完整硬岩的情况，直接用破碎锤冲击掌子面1很难破坏岩石的完整性；现有技术中，司机通常以经验为主想办法破开，过程耗时较长，造成整岩开口困难、巷道掘进作业效率低下的问题。

本申请提出的方式是：先在掌子面1上划定一个合适的区域作为钻孔区域2，并在该区域内选定多个位置作为钻孔点；然后在钻孔点处钻孔，在掌子面1上形成多个开孔3，开孔3破坏了岩石的完整性，开孔3的侧壁可以形成新的自由面；然后利用破碎锤在该钻孔区域2内对岩石进行冲击式破碎作业，岩石受到冲击后，裂纹从破碎锤的冲击点向附近的开孔3延伸，进而沿着开孔3的侧壁向岩石内部延伸，从而可以快速破开钻孔区域2内的岩石，在钻孔区域2形成一个凹陷区；继续以该凹陷区的边缘为基础，向钻孔区域2以外的区域继续进行破碎，直至形成新的、完整的掌子面1，作业结束，可以开实现一次的破岩操作。

本申请通过预先开孔3的方式增加了岩体的自由面，破坏了岩体的完整性，减轻了冲击破岩难度，大大提升了巷道掘进的速度；钻孔操作依靠机械设备完成，操作速度快，提高了工作效率，有效节约了人力物力。

参见图2、图3、图4所示，在一些实施例中，所述钻孔区域2水平设置在所述掌子面1中部、下部、左侧、右侧中的至少一处。钻孔区域2也就是第一次冲击出凹陷区的部位，这一部位的位置不作限定，可以根据实际需要选择合适的位置：开设在中部，可以同时向各个方向继续进行破岩，操作自由格更高；开设在底部，初次冲击掉落的岩石碎块可以被快速清理，不影响后续的破岩操作；设置在左侧或右侧，或的凹陷区后只要向左或向右继续破岩即可，而且每次破岩后的岩石碎块较集中，方便输送设备及时将岩石输送走；操作人员可根据具体情况灵活选择。

可选的，所述开孔3通过水钻打孔器开设，所述水钻打孔器可拆卸连接在掘进机的锚杆钻机上。在进行钻孔作业时采用了水钻打孔器，有效减少了钻孔过程中灰尘的产生，有利于操作人员的身体健康；水钻打孔器的运用有效防止了钻孔时的振动现象，提高了钻孔的精确度。本申请是基于悬臂式掘进机提出的，悬臂式掘进机的前端安装破碎锤，左右两侧分别设置悬臂以安装锚杆钻机，锚杆钻机可以移动到不同的位置；将水钻打孔器可拆卸地连结在锚杆钻机上，在现有设备的基础上，无需单独再为水钻打孔器设置机械臂，打孔成本低；破碎锤、锚杆钻机、水钻打孔器的移动与驱动均依靠液压和电机实现，悬臂可以实现精确的定位，打孔位置准确；掘进机本身带有输送设备，可以将掉落到地面上的岩石碎块快速收集并输送走，整个过程破岩只需要司机在司机室内操作，无需其他的人为操作，无需其余大型机械在巷道内运行，有效节约了物力人力，且操作精度高，掘进速度快。

下面用几个具体的实施例进一步阐述本申请的不同实施方式：

实施例一：

在前述内容的基础上，本实施例中，如图2所示，所述钻孔区域2内的开孔3成排分布，同一排内相邻所述开孔3的间距为所述开孔3直径的3-5倍。根据开孔3深度与岩石硬度，选择合适的开孔3间距，一个冲击点的裂纹可以同时延伸至多个开孔3，从而减少破碎锤的冲击点，提升钻孔区域2内的破岩效率。这样，在开孔3两侧分别冲击，开孔3周围的岩石开始碎裂，从而会在整排开孔3所在区域形成一个较长的凹陷区，方便后期的进一步冲击破岩操作。

可选的，所述钻孔区域2内的开孔3设置有多排，相邻两排所述开孔3的间距为同一排内相邻所述开孔3间距的1-3倍。排与排之间的间距同样基于岩石的硬度而确定，目的同样是为了减少冲击点的选择，加快钻孔区域2内的破岩速度，以一个冲击点处的裂缝可以同时延伸到相邻的两排开孔3的效果为佳。

如图3所示，所述开孔3的延伸方向与掌子面1的夹角为45°-90°，比如位于钻孔区域2外围的开孔3底端向钻孔区域2的外围方向倾斜，在外围冲击时裂纹延更容易产生；对钻孔区域2进行冲击式破岩作业时，可以获得更大的凹陷区，提升钻孔区域2内的破岩作业效率，减少后续破岩操作的工作量。当然也可以让一排的开孔3交叉倾斜，有利于裂纹的产生，提升破岩效率。

采用这种实施方式时，一般会将整个钻孔区域2水平放置在掌子面1底部，以方便破碎岩石的下落，有利于后续的冲击破岩操作。

实施例二：

如图4所示，本实施例与实施例一基本相同，区别仅在于：所述钻孔区域2内的开孔3设置为一圈或相互套设的多圈，同一圈内相邻所述开孔3的间距为所述开孔3直径的3-5倍。这种实施方式一般设置在掌子面1的一侧或中部，设置一圈开孔3，在圈的内侧、外侧分别冲击，裂缝可以从冲击点向附近的开孔3延伸，从而将开孔3两侧的岩石破碎，形成一圈环形的凹陷区，然后再分别向内侧、外侧掘进。同一圈内开孔3的间距也可以灵活选择，开孔3距离过近会造成开孔3浪费，开孔3距离过远会需要较多的冲击点才能完成破岩，所以以能够实现岩石破碎为前提，尽量减少冲击点的数量为佳。图4所示是在打孔区域内设置了两组相互套设的环形开孔3，形成一个竖向的钻孔区域2；当冲击点选在两圈之间时，裂缝可以从冲击点向内外两圈的开孔3延伸，减少了冲击点的数量，破岩效率进一步提升。整个钻孔区域2内的破岩操作结束后，形成竖向的凹陷区，然后再从该凹陷区的左侧和顶端继续向外破岩，直至整个掌子面1的掘进操作完成。

可选的，所述钻孔区域2内的开孔3设置为相互套设的多圈，相邻两圈所述开孔3的间距为同一圈内相邻所述开孔3间距的1-3倍。圈与圈之间的间距选择也是坚持以最少的冲击点可以完成钻孔区域2内的岩石爆破为佳，操作人员可根据实际情况进行灵活选择，可以参考岩石的硬度、开孔3的深度、前一次破岩的效果等。

实施例三：

如图5所示，本实施例与实施例一或实施例二基本相同，区别仅在于钻孔区域2在掌子面1的中部，且所述钻孔区域2内的开孔3沿同一螺旋线间隔设置，沿螺旋线分布的相邻所述开孔3的间距为所述开孔3直径的3-5倍。破碎时可以沿着螺旋线两侧一定距离进行冲击，开孔3距离为开孔3直径的3-5倍，在该范围内，一个冲击点的裂缝可以同时延伸之相邻的两个开孔3，破岩效率高；沿着螺旋线形成凹陷，将螺旋线之间的岩石清理掉，即可形成有一个完整的圆形凹陷区，进而再以此为中心向四周推进。

在一些实施例中，相邻两圈所述螺旋线的间距为沿螺旋线分布的相邻所述开孔3间距的1-3倍。内外圈之间的间距同样基于岩石的硬度而确定，目的同样是为了减少冲击点的选择，加快钻孔区域2内的破岩速度，以一个冲击点处的裂缝可以同时延伸到相邻的两排开孔3的效果为佳，尽可能地减少冲击点数量，提升破岩效率。

另外，也可以将实施例1至实施例3提到的方案结合使用，比如在掌子面1中部设置螺旋线状分布的开孔3，同时在底部设置一排直线分布的开孔3，从而同时形成两个凹陷区，对于具有多个破碎锤的掘进机，两处可以同时进行，进一步提升掘进效率。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种煤矿岩巷机械破岩方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在巷道的掌子面上选定至少一个钻孔区域以及各开孔的位置；

S2、在所述钻孔区域内进行开孔作业以在岩石内部形成新的自由面；

S3、对所述钻孔区域的岩石进行冲击式破岩作业以形成凹陷区；

S4、以所述凹陷区为起点逐步向外进行冲击式破岩作业至所述掌子面的边缘。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻孔区域内的开孔成排分布，同一排内相邻所述开孔的间距为所述开孔直径的3-5倍。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钻孔区域内的开孔设置有多排，相邻两排所述开孔的间距为同一排内相邻所述开孔间距的1-3倍。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻孔区域内的开孔设置为一圈或相互套设的多圈，同一圈内相邻所述开孔的间距为所述开孔直径的3-5倍。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钻孔区域内的开孔设置为相互套设的多圈，相邻两圈所述开孔的间距为同一圈内相邻所述开孔间距的1-3倍。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻孔区域内的开孔沿同一螺旋线间隔设置，沿螺旋线分布的相邻所述开孔的间距为所述开孔直径的3-5倍。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，相邻两圈所述螺旋线的间距为沿螺旋线分布的相邻所述开孔间距的1-3倍。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述钻孔区域水平设置在所述掌子面中部、下部、左侧、右侧中的至少一处。

9.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述开孔通过水钻打孔器开设，所述水钻打孔器可拆卸连接在掘进机的锚杆钻机上。

10.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述开孔的延伸方向与掌子面的夹角为45°-90°。