CN85103628A - 岩石巷道掘进钻爆法新工艺及综合机组 - Google Patents

Abstract

岩石巷道掘进钻爆法新工艺及综合机组属岩石掘凿技术领域，应用于各类矿山、隧道、城建及军事等工程。目前国内外有全断面综合掘进机和钻爆法两种，一般月进100米左右。钻爆法综合掘进机，全液压系统，自移式行走，它具有能力大、连续性掘进，适用于f＞4，倾角不大于±45度的各种断面的岩石巷道，是选用目前国内外现有设备组合而成，容易制造，动力单一。月进可达1500米。

Description

本发明属岩石掘凿技术领域，适用于矿山隧道、城市建筑以及军事等工程。

近二十年来，国外着重于全断面综合机械化方面的研究，在硬岩石掘凿时因依靠机械破岩，动力消耗和掘进费用比钻爆法高10多倍，破岩速度慢，掘进速度受到限制。西德全断面掘进机83年使用台数7台，掘进15公里，就一台机组从下井、组装和开拓洞室即需耗资250万马克，他们得出的结论是使用的经济长度，不是3公里，而是7-14公里，另外在技术上还有一些问题。目前西德仍以钻爆法为主，占70%以上。见1984年6月采掘机械化简讯6期。

一、钻爆法发展的现状

钻爆法用小孔径钻机钻进，利用炸药实现瞬间爆破，具有破岩速度快的特点，这是钻爆法发展至今仍占主要比重的重要因素。

目前西德在钻爆法施工中配备的主要设备：装岩使用戴尔曼公司制造的侧卸装岩机分轻、中、重型三种，驱动功率30～75千瓦。钻孔采用液压钻车，有BP型单臂、双臂和三臂三种，均为履带式由液压或风动驱动。打锚杆眼使用单臂液压钻车。打上部眼使用风动凿岩机和架棚使用移动式工作台。转载设备多使用FKP-3型重型刮板运输机配1米宽可伸缩皮带机联运，液压驱动，履带行走，这是用于采区内岩石巷道掘进。在铺轨的巷道内，侧卸装岩机大容量矿车直接装车，调车采用6米长的浮动道叉，锚喷支护，喷射及运输混凝土均使用专用机械，西德月进度在100～150米。见世界煤炭技术1984年11期。

日本岩石巷道掘进采用侧卸式装岩机，使用古河型手持风动凿岩机打眼。1984年12月引进单臂液压钻车，在太平洋矿试验，在砾岩层月进度100米，砂、页岩巷道月进120米。见炭矿技术1985年6期。

芦别矿井从-180运输巷掘至+10米水平回风道，斜长495.4米，倾角25度，利用风动凿岩机打眼，扒斗装岩机装岩，运输采用多台重型刮板运输机运至矸石仓。混凝土是利用金属

胎，利用自重和绞车往下牵引下滑，引进液压混凝土泵，注入到金属

胎，见炭矿技术1984年5期。

苏联岩石巷道掘进仍大量采用手持风动凿岩机打眼，履带式蟹爪装岩机或后翻式铲斗装岩机装岩，但均配有刮板运输机或皮带转载机，一次装载2.4～3吨矿车5～7个，钻眼深度2～2.5米。月进度80～120米，见1984年6月赴苏联顿涅茨克参观采矿设备展览会技术报告。

我国装岩有耙斗式、铲斗式、蟹爪式、侧卸式装岩机，多为耙斗装岩机，钻装机也研制成功，多以耙斗装岩机配套。打眼多为气腿式凿岩机。液压钻车和液压打锚杆机，虽研制成功，但未广泛使用。转载设备有斗式转载列车，支撑皮带转载机，悬挂式胶带转载机等，支护光面锚喷已得到广泛的应用，运输多用蓄电池机车和矿车。

二、目前钻爆法存在的问题

1.掘进速度低是关键性的问题：

以上述各国岩石巷道掘进技术发展看，全断面综合掘进机工艺上是合理的，对硬岩石受破岩速度限制掘进速度的提高，钻爆法虽然可以获得较高的破岩速度，由于受爆破的影响和作业空间及作业面小的约制，造成工艺方面的不合理，限制掘进速度，一般月进度在100米左右，是世界上一大难题。

2.钻爆法工艺方面的问题：

钻爆法的发展具有悠久的历史，目前各国发展的情况基本相同，工艺方面均未作变动，目前的工艺是钻眼、装药、爆破，爆破前人员和设备撤离到安全的地方，爆破后将炮烟和有害气体排出，人员和设备要进入掘进工作面装岩、运输矸石和支护工作。这一工艺就迫使钻眼、装岩、转载、运输、以及支护的设备和器械，形成各自单一的专用设备，每台设备都须有各自的行走机构。这样造成目前的机械设备多，再加上受作业空间和作业面的限制，难以实现同时和连续性的掘进，而单一设备的能力也受到限制。因此我们认为钻爆法的工艺是约束掘进速度的关键问题。

3.巷道质量问题：

目前我国岩石巷道多采用光面锚喷支护。这一技术要求很高，采用目前施工方法是很难达到的、特别是成形不可能达到象全断面综合掘进机那样。使巷道支护强度降低，并增加巷道的通风阻力。

4.安全问题：

目前钻爆法空顶时间长，有的在空顶条件下作业，人身安全得不到确切的保障。粉尘对作业人员的影响，由于除尘设置同样受爆破的影响，不能安设在靠近掘进工作面的地方，使爆破后产生的游离粉尘及时的消减在掘进工作面，所以岩石巷道掘进作业人员患矽肺病问题，世界上还没有彻底解决，喷射混凝土产生的粉尘亦未解决。

三、本发明的目的在于加快岩石巷道掘进的速度，并有重大突破。提高巷道质量，改善作业环境，防止粉尘的危害，提高掘进效率，降低工程成本，从而取得巨大的经济效益。将成为岩石掘凿技术一大变革。

四、本发明的内容：

1.钻爆法工艺及综合机组

从理论上钻爆法具有破岩速度快，耗能小的特点，但当前全断面综合掘进机对硬岩石破岩困难很大，钻爆法仍然占有绝对的优势。这是我们在十年前研究钻爆法的基点。

钻爆法在掘进速度上没有一个较大的突破，关键是工艺问题，就是岩石巷道爆破时，怕将掘进设备崩坏或者埋住，需要撤离工作面，爆破后再返回工作面。

我们从采煤工艺的发展，得到启发，找到钻爆法新工艺的根据：50年代采煤工作面使用20型或30型刮板运输机，不靠近采煤工作面，爆破后人工解体搬到下个循环再铺设。60年代发展可弯曲刮板运输机，靠近工作面实现爆破装煤，这是一大突破，现以发展到综采，爆破装矸是否可以呢？在实践过程中综采工作面遇到矸石，实行爆破装矸，利用工作面刮板运输机，转载机和皮带运输机运到煤仓，采取的措施将综采支架活柱部份，用竹笆或皮带护好，否则将活柱崩有麻点造成漏油。综采实践证明爆破装矸是可行的。

我们参照综合机械化采煤的工艺，结合岩石巷道掘进特点及存在的问题，经过十多年的研究，将目前钻爆法诸单一的专用设备，综合成为一台掘进机组。

该机的运输能力相当于综采工作面的能力，其他各工序的能力比目前钻爆法均提高10倍以上，并基本实现同时连续性掘进，正常月进度1500米，是按每日三班掘进一班检修计算的。机长8.8米，机宽近似与巷道宽度相等，机高2.4米，机重一般为28吨，电机总容量为400～500千瓦，该综合掘进机如图1所示。

2.爆破与铲板相结合的装岩方式：

目前钻爆法爆破时设备均需搬离20米左右，爆破后再进入工作面工作。这种惯用方法，造成国内外目前研究多种装岩机均有个共性问题，既是都是轮式行走机构，再加之作业空间的限制;限制机体自重。影响装岩能力的提高，有的装岩和转载有一段距离，降低装岩能力，一般小时能力为几十立方米，我们提出爆破装岩，以铲板实行全断面装岩，直接装入刮板运输机。小时装岩能力可达300～400立方米。巷道宽度3.6米时斗容为1.4立方米。铲斗插入能力71.2吨。见附图2。

3.设计两个相同的钻板实行钻眼：

目前钻眼，由于使用气腿式凿岩机，劳动强度大，钻眼质量差，不利光面爆破，现在已发展到液压钻车和钻装机，它们携带的液压凿岩机台数少，最多三台，每台液压凿岩机由一套油缸控制，又难以同时作业。我们设计两个相同的钻板，分别布置在刮板运输机的两侧，在铲板和挡墙之间，钻板箱形结构，内装一排液压凿岩机，钻的间距等于底眼的距离，凿岩机的台数随巷道的宽度增加而增加。象3.6米宽的巷道一个钻板安装四台，共八台。一个钻板由一组油缸控制，钻板还起装岩的作用，装岩、装药、钻眼同时作业15分钟即可完成一个循环、钻板的结构见图3。

4.连续性运输：

目前国内外的全断面掘进机和钻爆法速度慢，使用连续性运输设备不经济。所以一直到现在仍使用各类矿车、机车运输、多种转载机械和调车设备，由于采用间歇运输，反过来也影响掘进的速度，因此我们提出采用可伸缩皮带运输机，将机尾安装在该机上，随机前移，实现连续性运输。由于掘进巷道短也可以配转载设备，或刮板运输机。

5.滑模与喷射混凝土

光面锚喷支护是井巷支护上一次重大技术改革，它难以和钻装等工作同时作业。我们设计出一种金属滑模

胎，利用两台混凝土液压泵，或者用现有的喷浆机喷入注入混凝土，均随机前移，解决目前锚喷支护存在的回弹，粉尘含量高，表面粗糙等问题，每个循环需20分钟，与掘进速度相适应，见图5。

6.就地爆破：

爆破是在瞬间完成，但目前的方法，爆破对各工序的影响是很大的。占用时间也很多，我们设计钢结构百叶窗式的挡矸墙和操作室，选择安全性好，产生烟尘和有害气体少的炸药，加强通风采用混合式通风，对操作室实行压入式通风，在挡矸墙内设置高压水喷射器，掘进工作面实行通风除尘，并采用防噪耳罩的措施，实行就地爆破，人员不撤离工作地点，这样因爆破停止作业的时间，可以缩短到1-2分钟，人员不受粉尘的危害，排出的粉尘浓度可以低于每立方米2毫克的规定。见图4。

7.液压自移式行走机构

目前钻爆法由多机构成，各单机都设有轮式行走机构，结构复杂，我们设计的机组只用一个液压自移式行走机构，一般推移油缸推力71.2吨，拉力36.8吨。前后支撑力为161.6吨。除带动整机行走外，还构成铲板的插入力，并以刮板运输机作导向。结构简单，能力大。

五、本发明与现有技术比较具有的优点：

1.岩石巷道掘进速度正常可达月进1500米，比现在世界水平提高10倍以上。

2.每工掘进效率为4.6立方米，比目前我国提高近20倍。

3.提高巷道质量，增加支护能力和巷道的光洁程度，减少通风阻力，降低生产费用。

4.取消空顶作业，永久支护距工作面7.5米，人员在钢结构的司机室内，人员安全得到进一步保障。

5.人员不受有害气体和粉尘的影响，粉尘浓度降到每立方米2毫克以下。

6.该机结构简单，易于制造。实行全液压系统，动力单一化，容易操作。事故率低，并为进一步研制电子计算机控制打下基础。

7.它适用于斜井、平洞、上山、下山岩石平巷，适用于各种巷道断面、各种支护方式。

8.它的经济价值是难以计算的，因为该机应用范围很广，就从一个产年90万吨煤矿缩短建设工期一年，就可以节约500万元。

六、实现发明的最好方式

由于该机组适应范围很广，实现本发明的最好条件为：

1.掘凿岩石平巷，一次掘进长度在1公里以内，并设有矸石仓。

2.岩石普氏硬度系数f＝6～8为宜，适于锚喷支护。

3.巷道宽度为3600毫米，断面10平方米左右。

4.液压凿岩机，旋流除尘器，以及液压混凝土泵，应选择先进设备为宜。

附图的文字注释：

图1    1、铲板，2、钻板、3、铲板提取油缸，4、箱体，5、铲板翻转油缸，6、上调角油缸，7、下调角油缸，8、钻板支撑油缸，9、挡矸墙，10、碟形弹簧，11、司机座椅，12、推移油缸，13、管架钻，14、电机油泵，15、刮板运输机，16、操纵室，17、油箱，18、滑模，19、集尘器，20、可伸缩皮带运输机，21、电缆滚筒，22、移动变电站，23、低压防爆开关

图4：1.局部扇风机，2.橡胶风筒，3.塑料风筒，4.操纵室，5.水空气喷射器

Claims (9)

1. 岩石巷道掘进钻爆法新工艺及综合机组，属岩石掘凿技术领域。

   它的技术特征：

   1、将目前钻爆法诸单一的装岩、钻眼、转载、运输、支护等专用设备，综合成为一台掘进机组，并将其机组靠近掘进工作面，实现爆破装岩的新工艺。
2. 2、用铲板实行全断面装岩，铲板与刮板运输机固定联接，直接装入。
3. 3、设计两个相同的钻板，分别布置在刮板运输机的两侧，在铲板和挡矸墙之间，钻板箱形结构，内装一排液压凿岩机，一个钻板由一组油缸控制，钻板也可以打锚杆眼。
4. 4、将可伸缩皮带机机尾，安装在该机上，随机前移，实现连续性运输，也可以配转载机或刮板运输机。
5. 5、设计一个金属滑模

   

   胎，利用混凝土泵或者喷浆注入混凝土，滑模

   

   胎随机移动。
6. 6、实行就地爆破，放炮人员在司机室内，带防噪音耳罩。
7. 7、设计钢结构百叶窗式的挡矸墙。挡矸墙内设置高压水喷射器。
8. 8、采用混合式通风系统，往操作室实行压力式通风，使操作室处于正压状态，使人员不受有害气体和粉尘的危害。
9. 9、全机实行液压自移式行走机构，该机构并起装岩的作用。

   岩石巷道掘进钻爆法新工艺和综合机组为独立权利要求。

   上述技术特征2-9各项为从属权利要求。

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