CN112177626B - 一种电极定向冲击作业巷道掘进方法 - Google Patents
一种电极定向冲击作业巷道掘进方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种电极定向冲击作业巷道掘进方法，在巷道掘进面上开设钻孔；在中心开设一个钻孔作为第一组钻孔；在中心钻孔的外侧布设六个钻孔作为第二组钻孔，在第二组钻孔的外侧布设八个钻孔作为第三组钻孔；在第三组钻孔的外侧布设十六个钻孔作为第四组钻孔；利用高压和接地两电极通过电脉冲技术进行破岩作业；进行第一和第二组钻孔之间钻孔的破岩作业；进行第二组钻孔中任意相邻的两个钻孔的破岩作业；进行第二和第三组钻孔之间钻孔的破岩作业；进行第三组钻孔中任意相邻的两个钻孔的破岩作业；进行第三和第四组钻孔之间钻孔的破岩作业；进行第四组钻孔中任意相邻的两个钻孔的破岩作业；清理岩石，继续后续破岩作业。该方法步骤简单、掘进效率高、成本低。
Description
技术领域
本发明属于矿山井下岩巷掘进技术领域，具体涉及一种电极定向冲击作业巷道掘进方法。
背景技术
现阶段，我国煤矿开采主要为井工开采模式，这种模式中，井下巷道掘进是矿井开采的主要工序，井下巷道掘进具有掘进进度慢、成本高等问题。目前矿山巷道掘进主要采用全断面掘进法、钻爆法、导洞法、分部开挖法和综掘法等方式；在机械化掘进不能得以有效实施时，通常采用爆破掘进法进行替代，但是爆破掘进法容易造成二次污染，且具有成本高、工序复杂等缺点，非常不利于矿井的环保高效生产工作；另外，在传统的爆破掘进方式中，爆破后实际进尺约在1.0～1.5m，月掘进量只有120～150m左右，爆破效率差，单循环爆破进度低，掘进费时费力，效率慢，影响掘进工程的正常进行；因此急需一种快速有效的方法来进行巷道的快速掘进作业。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种电极定向冲击作业巷道掘进方法，该方法步骤简单、掘进效率高、成本低、操作简单、环保性能好等优点。
为了实现上述目的，本发明提供一种电极定向冲击作业巷道掘进方法，具体包括以下步骤；
a、在巷道掘进面上开设若干个钻孔，若干个钻孔遍布在巷道掘进面上，且钻孔均垂直巷道掘进面地打入岩层的内部，并延伸到设定的深度，若干个钻孔按如下方式进行布置；
S11：布设第一组钻孔；
在巷道掘进面的中心位置开设一个钻孔；
S12：布设第二组钻孔；
在中心位置钻孔的外侧周围以六角形的布置方式布设六个钻孔；
S13：布设第三组钻孔；
在第二组钻孔的外侧周围以圆形的布置方式布设八个钻孔，第三组钻孔中的八个钻孔与第二组钻孔中的六个钻孔相交错的设置；
S14：布设第四组钻孔；
在第三组钻孔的外侧周围沿巷道掘进面边缘的形状布设十六个钻孔，第四组钻孔中的十六个钻孔与第三组钻孔中的八个钻孔相交错的设置；
b、利用两根电极通过电脉冲技术进行破岩作业；两根电极分别为一根高压电极和一根接地电极；
S21：将第一根电极放入第一组钻孔中的钻孔中，再将第二根电极放入第二组钻孔中的一个钻孔中；
S22：接通电源，通过能量转换升压，高压电极快速产生高电压，并与接地电极之间形成等离体子通道，进而两个电极之间不断进行放电，随着不断对岩石放电会不断产生出冲击波，该冲击波可击穿两电极之间的岩石，同时，可使周围岩石被击穿破碎；
S23：完成第二组钻孔中第一个钻孔的破岩作业后，将第二根电极取出，保留第一根电极的位置不变，再将第二根电极放入第二组钻孔中的另一个钻孔中，重复步骤S22中的作业方式进行破岩作业；
S24：依次类推将第二根电极分别放置在第二组钻孔的其余钻孔中，并依照步骤23中的作业方式依次完成第二组钻孔中其余钻孔的破岩作业；
S25：将两根电极依次以相邻的方式依次放入第二组钻孔中相邻的两个钻孔中，直至第二组钻孔中的两两钻孔之间均已进行过破岩作业；
S26：选取第二组钻孔中的一个钻孔为第一作业点，放入第一根电极，在第三组钻孔中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，接通电源进行破岩作业；依次选取第二组钻孔中其余的钻孔为第一作业点，放入第一根电极，再在第三组钻孔中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，并依次接通电源进行破岩作业；依此类推，直至第二组钻孔中的所有钻孔均已作为第一作业点布置过第一根电极，且第三组钻孔中的所有钻孔均已作为第二作业点布置过第二根电极，且第二组钻孔和第三组钻孔中的两两钻孔之间均已进行过破岩作业；
S27：将两根电极依次以相邻的方式依次放入第三组钻孔中相邻的两个钻孔中，直至第三组钻孔中的两两钻孔之间均已进行过破岩作业；
S28：选取第三组钻孔中的一个钻孔为第一作业点，放入第一根电极，在第四组钻孔中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，接通电源进行破岩作业；依次选取第三组钻孔中其余的钻孔为第一作业点，放入第一根电极，再在第四组钻孔中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，并依次接通电源进行破岩作业；依此类推，直至第三组钻孔中的所有钻孔均已作为第一作业点布置过第一根电极，且第四组钻孔中的所有钻孔均已作为第二作业点布置过第二根电极，且第三组钻孔和第四组钻孔中的两两钻孔之间均已进行过破岩作业；
S29：将两根电极依次以相邻的方式依次放入第四组钻孔中相邻的两个钻孔中，直至第四组钻孔中的两两钻孔之间均已进行过破岩作业，至此，完成巷道掘进面的破岩作业；
c、清理破碎的岩石，推进至后续的巷道掘进面，重复步骤a和步骤b，并进行破碎岩石的清理。
进一步，为了提高破岩的效率和效果，在步骤a中，所述钻孔的深度为3～5m，钻孔直径为50mm。
进一步，为了确保能提高破岩的效率和效果的同时，还能降低钻孔的施工工作量，在步骤a中，第二组钻孔中钻孔的间距为700～850mm，第三组钻孔中钻孔的间距为850～950mm。第四组钻孔中钻孔的间距为600～700mm，且相邻两组钻孔中钻孔的间距均为700～800mm。
进一步，为了提高破岩的效率和效果，两根电极的直径均为32mm，高压电极的输出电压为200～300KV。
进一步，为了提高破岩的效率和效果，所述高压电极与接地电极之间产生电冲击的距离为500～2000mm。
本发明中，电极高压放电能量高，能迅速产生等离体子通道，其作用时间短，可快速有效的实现破岩作业。利用电极高压破碎岩层，动力扰动小，可实现定向破岩，不会损坏周围的岩体，且不会造成二次污染，不会污染井下空气，绿色高效。本发明将电脉冲冲击波破岩引入矿山巷道掘进方面，优越于传统的巷道掘进方式，可取代传统爆破、分部开挖等方式，提高了掘进速度，月掘进量可提高100m以上，使巷道掘进能快速、环保、低成本完成。该方法操作过程简单，实施成本低廉，且环保性能好，有效保证了煤矿的安全高效生产工作，具有广阔的应用前景。该方法不仅有效提高了巷道掘进效率，而且能显著降低掘进成本。
附图说明
图1是本发明中巷道掘进面钻孔布置方式的示意图；
图2是本发明中钻孔电极冲击作业过程的示意图。
图中：1、巷道掘进面，2、钻孔，3、岩层，4、高压电极，5、接地电极；S1、第一组钻孔，S2、第二组钻孔，S3、第三组钻孔，S4、第四组钻孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种电极定向冲击作业巷道掘进方法，具体包括以下步骤；
a、在巷道掘进面1上开设若干个钻孔2，若干个钻孔2遍布在巷道掘进面1上，且钻孔2均垂直巷道掘进面1地打入岩层3的内部，并延伸到设定的深度，若干个钻孔2按如下方式进行布置；
S11：布设第一组钻孔S1；
在巷道掘进面1的中心位置开设一个钻孔2；
S12：布设第二组钻孔S2；
在中心位置钻孔2的外侧周围以六角形的布置方式布设六个钻孔2；
S13：布设第三组钻孔S3；
在第二组钻孔S2的外侧周围以圆形的布置方式布设八个钻孔2，第三组钻孔S3中的八个钻孔2与第二组钻孔S2中的六个钻孔2相交错的设置；
S14：布设第四组钻孔S4；
在第三组钻孔S3的外侧周围沿巷道掘进面1边缘的形状布设十六个钻孔2，第四组钻孔S4中的十六个钻孔2与第三组钻孔S3中的八个钻孔2相交错的设置；
b、利用两根电极通过电脉冲技术进行破岩作业；两根电极分别为一根高压电极4和一根接地电极5；
S21：将第一根电极放入第一组钻孔S1中的钻孔2中，再将第二根电极放入第二组钻孔S2中的一个钻孔2中；
S22：接通电源，通过能量转换升压，高压电极4快速产生高电压，并与接地电极5之间形成等离体子通道，进而两个电极之间不断进行放电，随着不断对岩石放电会不断产生出冲击波，该冲击波可击穿两电极之间的岩石，同时，可使周围岩石被击穿破碎；
S23：完成第二组钻孔S2中第一个钻孔2的破岩作业后，将第二根电极取出，保留第一根电极的位置不变，再将第二根电极放入第二组钻孔S2中的另一个钻孔2中，重复步骤S22中的作业方式进行破岩作业；
S24：依次类推将第二根电极分别放置在第二组钻孔S2的其余钻孔2中，并依照步骤23中的作业方式依次完成第二组钻孔S2中其余钻孔2的破岩作业；
S25：将两根电极依次以相邻的方式依次放入第二组钻孔S2中相邻的两个钻孔2中，直至第二组钻孔S2中的两两钻孔2之间均已进行过破岩作业；
S26：选取第二组钻孔S2中的一个钻孔2为第一作业点，放入第一根电极，在第三组钻孔S3中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔2为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，接通电源进行破岩作业；依次选取第二组钻孔S2中其余的钻孔2为第一作业点，放入第一根电极，再在第三组钻孔S3中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔2为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，并依次接通电源进行破岩作业；依此类推，直至第二组钻孔S2中的所有钻孔2均已作为第一作业点布置过第一根电极，且第三组钻孔S3中的所有钻孔2均已作为第二作业点布置过第二根电极，且第二组钻孔S2和第三组钻孔S3中的两两钻孔2之间均已进行过破岩作业；
S27：将两根电极依次以相邻的方式依次放入第三组钻孔S3中相邻的两个钻孔2中，直至第三组钻孔S3中的两两钻孔2之间均已进行过破岩作业；
S28：选取第三组钻孔S3中的一个钻孔2为第一作业点，放入第一根电极，在第四组钻孔S4中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔2为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，接通电源进行破岩作业；依次选取第三组钻孔S3中其余的钻孔2为第一作业点，放入第一根电极，再在第四组钻孔S4中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔2为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，并依次接通电源进行破岩作业；依此类推，直至第三组钻孔S3中的所有钻孔2均已作为第一作业点布置过第一根电极，且第四组钻孔S4中的所有钻孔2均已作为第二作业点布置过第二根电极，且第三组钻孔S3和第四组钻孔S4中的两两钻孔2之间均已进行过破岩作业；
S29：将两根电极依次以相邻的方式依次放入第四组钻孔S4中相邻的两个钻孔2中，直至第四组钻孔S4中的两两钻孔2之间均已进行过破岩作业，至此，完成巷道掘进面1的破岩作业；
c、清理破碎的岩石，推进至后续的巷道掘进面1，重复步骤a和步骤b，并进行破碎岩石的清理。
为了提高破岩的效率和效果，在步骤a中，所述钻孔2的深度为3～5m，钻孔2直径为50mm。
为了确保能提高破岩的效率和效果的同时，还能降低钻孔的施工工作量，在步骤a中，第二组钻孔S2中钻孔2的间距为700～850mm，第三组钻孔S3中钻孔2的间距为850～950mm。第四组钻孔S4中钻孔2的间距为600～700mm，且相邻两组钻孔中钻孔2的间距均为700～800mm。
为了提高破岩的效率和效果，两根电极的直径均为32mm，高压电极4的输出电压为200～300KV。
为了提高破岩的效率和效果，所述高压电极4与接地电极5之间产生电冲击的距离为500～2000mm。
本发明中，电极高压放电能量高，能迅速产生等离体子通道，其作用时间短，可快速有效的实现破岩作业。利用电极高压破碎岩层，动力扰动小，可实现定向破岩，不会损坏周围的岩体，且不会造成二次污染，不会污染井下空气，绿色高效。本发明将电脉冲冲击波破岩引入矿山巷道掘进方面，优越于传统的巷道掘进方式，可取代传统爆破、分部开挖等方式，提高了掘进速度，月掘进量可提高100m以上，使巷道掘进能快速、环保、低成本完成。该方法操作过程简单，实施成本低廉，且环保性能好，有效保证了煤矿的安全高效生产工作，具有广阔的应用前景。该方法不仅有效提高了巷道掘进效率，而且能显著降低掘进成本。
Claims (5)
1.一种电极定向冲击作业巷道掘进方法，其特征在于，具体包括以下步骤；
a、在巷道掘进面（1）上开设若干个钻孔（2），若干个钻孔（2）遍布在巷道掘进面（1）上，且钻孔（2）均垂直巷道掘进面（1）地打入岩层（3）的内部，并延伸到设定的深度，若干个钻孔（2）按如下方式进行布置；
S11：布设第一组钻孔（S1）；
在巷道掘进面（1）的中心位置开设一个钻孔（2）；
S12：布设第二组钻孔（S2）；
在中心位置钻孔（2）的外侧周围以六角形的布置方式布设六个钻孔（2）；
S13：布设第三组钻孔（S3）；
在第二组钻孔（S2）的外侧周围以圆形的布置方式布设八个钻孔（2）；
S14：布设第四组钻孔（S4）；
在第三组钻孔（S3）的外侧周围沿巷道掘进面（1）边缘的形状布设十六个钻孔（2）；
b、利用两根电极通过电脉冲技术进行破岩作业；两根电极分别为一根高压电极（4）和一根接地电极（5）；
S21：将第一根电极放入第一组钻孔（S1）中的钻孔（2）中，再将第二根电极放入第二组钻孔（S2）中的一个钻孔（2）中；
S22：接通电源，通过能量转换升压，高压电极（4）快速产生高电压，并与接地电极（5）之间形成等离体子通道，进而两个电极之间不断进行放电，随着不断对岩石放电会不断产生出冲击波，该冲击波可击穿两电极之间的岩石，同时，可使周围岩石被击穿破碎；
S23：完成第二组钻孔（S2）中第一个钻孔（2）的破岩作业后，将第二根电极取出，保留第一根电极的位置不变，再将第二根电极放入第二组钻孔（S2）中的另一个钻孔（2）中，重复步骤S22中的作业方式进行破岩作业；
S24：依次类推将第二根电极分别放置在第二组钻孔（S2）的其余钻孔（2）中，并依照步骤23中的作业方式依次完成第二组钻孔（S2）中其余钻孔（2）的破岩作业；
S25：将两根电极依次以相邻的方式依次放入第二组钻孔（S2）中相邻的两个钻孔（2）中，直至第二组钻孔（S2）中的两两钻孔（2）之间均已进行过破岩作业；
S26：选取第二组钻孔（S2）中的一个钻孔（2）为第一作业点，放入第一根电极，在第三组钻孔（S3）中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔（2）为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，接通电源进行破岩作业；依次选取第二组钻孔（S2）中其余的钻孔（2）为第一作业点，放入第一根电极，再在第三组钻孔（S3）中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔（2）为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，并依次接通电源进行破岩作业；依此类推，直至第二组钻孔（S2）中的所有钻孔（2）均已作为第一作业点布置过第一根电极，且第三组钻孔（S3）中的所有钻孔（2）均已作为第二作业点布置过第二根电极，且第二组钻孔（S2）和第三组钻孔（S3）中的两两钻孔（2）之间均已进行过破岩作业；
S27：将两根电极依次以相邻的方式依次放入第三组钻孔（S3）中相邻的两个钻孔（2）中，直至第三组钻孔（S3）中的两两钻孔（2）之间均已进行过破岩作业；
S28：选取第三组钻孔（S3）中的一个钻孔（2）为第一作业点，放入第一根电极，在第四组钻孔（S4）中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔（2）为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，接通电源进行破岩作业；依次选取第三组钻孔（S3）中其余的钻孔（2）为第一作业点，放入第一根电极，再在第四组钻孔（S4）中依次选择与第一作业点相邻近的钻孔（2）为第二作业点，放入第二根电极，第二作业点与第一作业点相邻近的分布，并依次接通电源进行破岩作业；依此类推，直至第三组钻孔（S3）中的所有钻孔（2）均已作为第一作业点布置过第一根电极，且第四组钻孔（S4）中的所有钻孔（2）均已作为第二作业点布置过第二根电极，且第三组钻孔（S3）和第四组钻孔（S4）中的两两钻孔（2）之间均已进行过破岩作业；
S29：将两根电极依次以相邻的方式依次放入第四组钻孔（S4）中相邻的两个钻孔（2）中，直至第四组钻孔（S4）中的两两钻孔（2）之间均已进行过破岩作业，至此，完成巷道掘进面（1）的破岩作业；
c、清理破碎的岩石，推进至后续的巷道掘进面（1），重复步骤a和步骤b，并进行破碎岩石的清理。
2.根据权利要求1所述的一种电极定向冲击作业巷道掘进方法，其特征在于，在步骤a中，所述钻孔（2）的深度为3～5m，钻孔（2）直径为50mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种电极定向冲击作业巷道掘进方法，其特征在于，在步骤a中，第二组钻孔（S2）中钻孔（2）的间距为700～850mm，第三组钻孔（S3）中钻孔（2）的间距为850～950mm；第四组钻孔（S4）中钻孔（2）的间距为600～700mm，且相邻两组钻孔中钻孔（2）的间距均为700～800mm。
4.根据权利要求3所述的一种电极定向冲击作业巷道掘进方法，其特征在于，两根电极的直径均为32mm，高压电极（4）的输出电压为200～300KV。
5.根据权利要求4所述的一种电极定向冲击作业巷道掘进方法，其特征在于，所述高压电极（4）与接地电极（5）之间产生电冲击的距离为500～2000mm。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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