CN111119903B - 一种煤矿沿空掘巷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明方法采用顶管施工原理，在煤矿已回采工作面靠采空区侧煤柱处，借助于布置在始发坑内顶管机主顶油缸及中继环的推力，沿采空区边界煤柱进行顶进，顶进一节管片后，再安装第二节管片继续顶进，依次分段直至将顶管机头推进到接受位置为止，顶进过程中刀盘剥落下来的煤/岩体通过螺旋输送机及其后部配套的运输系统运出掘巷巷道；本发明采用顶管机沿煤矿靠采空区侧煤柱进行沿空掘巷，利用高强度管片成巷，掘进工效高，成巷效果好，作业安全性较高，采用顶管机沿采空区所掘巷道作为下区段工作面的回风巷或机运巷使用，回收区段煤柱，从而实现无煤柱开采；沿空所掘巷道也可作为下区段工作面的瓦斯抽放巷、排水巷、措施巷等使用。

Description

一种煤矿沿空掘巷的方法

技术领域

本发明属于煤矿无煤柱开采沿空掘巷技术领域，尤其涉及一种煤矿沿空掘巷的方法。

背景技术

目前，煤矿沿空掘巷的掘进系统主要有两种，分别为钻爆法掘进及悬臂掘进机掘进，这两种沿空掘巷的系统方法都有其自身的局限性。

采用钻爆法沿空掘巷，主要采用人工或者机械凿岩的方式打眼，装药及爆破，通过胶带运输系统或刮板运输机、有轨矿车方式、无轨胶轮车形式出渣，并相应运行巷道维护的掘进方法。由于煤矿上区段开采完以后，采空区上覆岩，成巷困难且成巷后巷道变形极大，且巷道服务期间维护成本高，且靠采空区侧巷道一帮的不稳定性存在较大的安全隐患。

采用悬臂掘进机沿空掘巷，主要采用悬臂掘进机前部的铣挖头剥离煤岩体，通过悬臂掘进机前部铲板上的星盘将剥落的煤岩刮至机载一运系统，再通过搭接在悬臂掘进机尾部的胶带运输系统、有轨矿车方式、无轨胶轮车形式出渣，并相应进行巷道维护的掘进方法。由于同钻爆法一样，面对高集中应力区段煤柱，采用悬臂掘进机沿空掘巷，同样存在掘巷困难、成巷后巷道变形极大、巷道服务期间维护成本高、安全隐患大一系列问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿沿空掘巷的方法，其解决了现有技术中成巷困难、成巷后巷道变形大、巷道服务期间维护成本高、靠采空区侧巷道不稳定导致安全隐患的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种煤矿沿空掘巷的方法，该方法具体包括以下步骤：

在煤矿已回采工作面靠采空区侧煤柱处，借助于布置在始发坑内顶管机主顶系统油缸及中继环的推力，沿采空区边界煤柱进行顶进，顶进一节管片后，再安装第二节管片继续顶进，依次分段直至将顶管机头顶进到目的地为止。

进一步：所述顶进过程中刀盘剥落下来的煤/岩，通过后部配套的运输系统运出掘巷巷道。

进一步：所述顶管机是一种全封闭或半敞开状态下依靠后部工作坑内的主顶进油缸的顶进而进行掘进的设备，所掘巷道通过持续顶进的管片沿采空区成巷并维护巷道的稳定。

进一步：所述顶管机整机及电气组件均通过煤安防爆认证。

进一步：顶进机的刀盘及壳体的形状为矩形或者拱形，或者圆形或者异形。

进一步：所述的被顶进的管片为预制钢筋混凝土管片或者钢管片。

进一步：所述管片结构本身有较强的强度，管片与管片之间具有较好的承插性、密封性和适量的延展性。

进一步：所述管片与管片可拆卸及连接。

进一步：该方法最终所形成的巷道支撑结构体系，主要包括管片及支护结构体。

进一步：所述管片组件为单一整体结构或者由两片或多片分体组合而成的一个整体结构。

与现有技术相比，本申请具有的有益效果是：

本发明将顶管机系统及顶管施工的原理独创性的应用于煤矿沿空掘巷中，具有沿空掘巷安全性高、成巷速度快、成巷变形小、成巷稳定性高等诸多优势；

本发明针对煤矿沿空掘巷过程中，区段煤柱应力集中等因素导致极难成巷、安全风险高的技术难题，提出了一种全新的沿空掘巷方法，有效解决了煤矿现有沿空掘巷技术成巷困难、成巷后巷道变形大、巷道服务期间维护成本高、靠采空区侧巷道一帮的不稳定、安全隐患多等一系列问题；

沿空掘巷巷道后续随着采煤工作面的回采，可以同步拆卸并回收掘巷所使用的管片，回收的管片可应用于其它类似地层的沿空掘巷中，管片可重复周转多次使用，大幅降低沿空掘巷延米成本。

附图说明

图1为本发明的传统留设煤柱的采煤工作面布置示意图；

图2为本发明下区段采煤工作面无煤柱开采沿空掘巷示意图；

图3为本发明下区段采煤工作面无煤柱开采沿空掘巷巷道示意图；

图4为本发明顶管机的结构示意图。

其中：1、刀盘；2、盾体；3、主驱动；4、水平铰接油缸；5、螺旋输送机；6、管片；7、运输系统；8、注浆减阻系统；9、空压机；10、系统管路；11、注浆孔；12、中继环；13、变压器；14、智能测控系统；15、顶环；16、主顶油缸；17、顶推支架；18、顶铁；19、后靠；20、煤岩体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

如图1-3所示，一种煤矿沿空掘巷的方法，本方法采用顶管施工原理，在煤矿已回采工作面靠采空区侧煤柱处，借助于布置在始发坑内顶管机主顶油缸16及中继环12的推力，沿采空区边界煤柱进行顶进，顶进一节管片6后，再安装第二节管片6继续顶进，依次分段直至将顶管机头推进到接受位置为止，顶进过程中刀盘1剥落下来的煤/岩体通过其后部配套的运输系统7运出掘巷巷道。

采用顶管机系统及顶管机施工原理，在煤矿已回采工作面靠采空区侧煤柱处，借助于布置在始发坑内顶管机主顶进油缸16及中继环12的推力，沿采空区边界煤柱进行顶进，顶进一节管片6后，再安装第二节管片6继续顶进，依次分段直至将顶管机头顶进到目的地为止，顶进过程中刀盘1剥落下来的煤/岩，通过其后部配套的运输系统7运出掘巷巷道。本发明采用顶管机沿煤矿靠采空区侧煤柱进行沿空掘巷，利用高强度管片6成巷，掘进工效高，成巷效果好，作业安全性较高，所成巷道作为下区段工作面的回风巷或机运巷使用，回收区段煤柱，从而实现无煤柱开采；也可作为下区段工作面的瓦斯抽放巷、排水巷、措施巷等使用。

该方法是一种全新的沿空掘巷的方法，顶管机是在一种全封闭或半敞开状态下依靠后部工作坑内的主顶进油缸16的顶进而进行掘进的设备，所掘巷道通过持续顶进的管片6沿空成巷并维护巷道的稳定，与现有的采用炮掘或者悬臂掘进机进行沿空掘巷的系统及方法相比较，有本质上的区别和不同。

所述的沿空掘巷系统采用的顶管机整机及各电气组件均通过煤安防爆认证。

根据煤矿井下实际情况确定沿空掘巷巷道断面的形式，通过对顶管机刀盘1及盾体2做对应的设计及制造，沿空掘巷成巷断面可以是矩形、拱形断面，也可以是圆形或者异形断面。

所述的顶管机系统通过智能测控系统14、注浆减阻系统8、中继环12等技术措施，使顶管机具备在区段煤柱或煤层中超长距离掘进及成巷的能力。

所述的被顶进的管片6是预制钢筋混凝土管片，或者是钢管片，或者其他材料形式制造的管片，管片结构本身有较强的强度，通过理论计算及设计，管片6能够承受工作面上覆岩层运动的支承压力，管片与管片之间具有较好的承插性、密封性和适量的延展性，管片与管片之间有必要和可靠的连接措施，能够满足煤矿巷道高地应力、密闭性等要求。

所述的沿空掘巷巷道后续随着采煤工作面的回采，可以同步拆卸并回收掘巷所使用的管片6，回收的管片6可应用于其它类似地层的沿空掘巷中，管片6的重复周转多次使用，大幅降低沿空掘巷成本。

所述沿空掘巷巷道支撑体系由每一节的管片构成，管片6的形式可以是单一的整体结构，也可以是由两片或者多片分体管片组合而成的一个整体结构。

所述顶管机刀盘1及核心组件均采用拼装或活接工艺设计及制作，顶管机沿空掘巷至目的地后，顶管机刀盘1，主驱动3，水平铰接油缸4，螺旋输送机5，主顶油缸16等核心组件均可在掘巷巷内分解拆卸，并通过沿空掘巷巷道回收；也可以通过下区段已掘通的回风巷/机运巷与切眼，将沿空掘巷顶管机拆解回收。

实施例2

一种煤矿沿空掘巷用的顶管机，自左到右依次主要包括刀盘1、盾体2、主驱动3、水平铰接油缸4、螺旋输送机5、管片6、运输系统7、注浆减阻系统8、空压机9、系统管路10、注浆孔11、中继环12、变压器13、智能测控系统14、顶环15、主顶油缸16、顶推支架17、顶铁18以及后靠19。

其中运输系统7可以是矿车，也可以是胶带运输机。智能测控系统14，可以实现对掘进过程中管片上覆岩层的承压监测、刀盘掘进参数、顶管机姿态、注浆压力、主顶油缸推力等相关顶管机施工参数的监测及控制。

需要说明的是，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示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种煤矿沿空掘巷的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

在煤矿已回采工作面靠采空区侧煤柱处，借助于布置在始发坑内顶管机主顶油缸(16)及中继环(12)的推力，顶管机沿采空区边界煤柱进行顶进，顶进一节管片(6)后，再安装第二节管片(6)继续顶进，依次分段直至将顶管机头顶进到目的地为止；

所述顶管机是一种全封闭或半敞开状态下依靠后部工作坑内的主顶油缸(16)的顶进而进行掘进的设备，沿采空区所掘巷道通过持续顶进的管片(6)沿空成巷并保持巷道空间的稳定；

所述顶管机的刀盘(1)及盾体(2)的横断面形状为矩形或者拱形，或者圆形或者异形。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿沿空掘巷的方法，其特征在于，所述顶进过程中刀盘(1)剥落下来的煤/岩体，通过螺旋输送机(5)及后部配套的运输系统(7)运出掘巷巷道。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿沿空掘巷的方法，其特征在于，所述顶管机整机及电气组件均通过煤安防爆认证。

4.根据权利要求2所述的一种煤矿沿空掘巷的方法，其特征在于，所述管片(6)为预制钢筋混凝土管片或者钢管片。

5.根据权利要求4所述的一种煤矿沿空掘巷的方法，其特征在于，所述管片(6)结构本身有较强的强度，管片与管片之间具有较好的承插性、密封性和适量的延展性。

6.根据权利要求5所述的一种煤矿沿空掘巷的方法，其特征在于，所述管片与管片之间可拆卸或连接。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿沿空掘巷的方法，其特征在于，该方法最终所形成的巷道支撑结构体系，主要包括管片及支护结构体。

8.根据权利要求7所述的一种煤矿沿空掘巷的方法，其特征在于，所述管片(6)组件为单一整体结构或者由两片或多片分体组合而成的一个整体结构。

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