一种冲击破碎式岩巷掘进机的岩巷快速掘进工艺.pdf

本发明涉及一种冲击破碎式岩巷掘进机的岩巷快速掘进工艺，主要解决煤矿岩巷掘进，特别是在普氏系数f≥10的岩巷掘进过程中存在的探放水效率低、破岩效率低、装运效率低、支护效率低、喷浆效率低和粉尘浓度高等问题。使用探放水钻机、冲击破碎式岩巷掘进机、转载机、液压锚杆钻车、可移动式皮带运输机、履带式湿式喷浆机和除尘风机等设备，采用了高效的冲击破岩理论，进行探、破、装、运、支、喷、除尘多功能岩巷快速掘进步骤。整个岩巷掘进的所有工序实现综合机械化、无间断，大大提升了我国岩巷掘进效率。

1.  一种冲击破碎式岩巷掘进机的岩巷快速掘进工艺，使用探放水钻机，一台包括采用集破岩、装岩及运岩于一体的冲击破碎式岩巷掘进机，一部转载机，一台液压锚杆钻车，一部可移动式皮带运输机，一部履带式湿式喷浆机与一部除尘风机；该岩巷快速掘进工艺，其特征是：
使用探放水钻机每115～125m进行一次探放水作业；
使用冲击破碎式岩巷掘进机进行掘进作业；利用冲击破碎锤实现对岩层的快速、高效破岩；通过破碎锤实现水平、上下倾斜、左右倾斜等动作完成对岩体的破碎作业；
冲击破碎式岩巷掘进机与液压锚杆钻车交替在工作面作业，实现掘、支综合机械化；
履带式可移动皮带运输机用于工作面向外运送岩石；
超前支护，把网片和钢筋托梁固定好后，放在液压锚杆钻车所设置的超前支护装置托梁器上，向前移动液压锚杆钻车到达指定位置，升起超前支护使网片与永久支护网相连；
支护：使用液压锚杆钻车上配备的两台三维钻臂液压锚杆钻机打眼和注锚，以及进行预紧、张拉的支护工艺。该工序能对巷道进行全方位、多功能、零空顶及时支护；
湿式喷浆机滞后工作面迎头140～160m，对巷道进行湿式喷浆封闭作业；
除尘风机进行除尘作业。

一种冲击破碎式岩巷掘进机的岩巷快速掘进工艺
技术领域
本发明涉及一种冲击破碎式岩巷掘进机的岩巷快速掘进工艺，特别适用于普氏系数f≥10的岩巷掘进，属于掘进工艺技术领域。
背景技术
我国采煤技术与装备发展很快，而岩巷掘进技术和装备不尽如意。国内外煤矿巷道掘进施工工艺主要有钻爆法和综合机械化掘进法(综掘法)。
钻爆法以其多年的成熟掘进技术也在快速发展之中，该方法仍然是硬岩巷道主要的掘进方式。除爆破之外，实施液压钻车打眼、机械化装载作业等具有小功率、结构紧凑、灵活性强、适应能力强、能耗低、成本低、凿岩速度快、作业环境好、噪声低、粉尘少等特点，是岩巷钻爆法掘进的发展方向。尤其是钻眼爆破和锚杆支护为一体的多功能液压钻车成为岩巷掘进的主导产品和发展方向。
综合机械化是一个发展方向。由于硬岩层的硬度大(f≥8)，内部结构致密，使岩巷掘进机向着大截割功率、大吨位、高智能的方向发展。国内各厂家经过不断创新和改进，一大批大截割功率的岩巷掘进机已投入工业性试验。
国内外着重于岩巷掘进机械化方面的研究，但在硬岩掘进时依靠机械破岩，高强度、高研磨性岩层掘进的突出问题是单位能耗大，动力消耗和掘进费用比钻爆法高10多倍，截齿损耗严重、机器笨重，机器可靠性和适应性较差。进入21世纪，提高煤矿岩巷掘进机械化水平问题重新引起了人们的关注，到目前为止，仍没有巷道掘进机解决硬岩施工更为有效的方法或手段。目前岩巷掘进主要存在六大关键问题：
①破岩效率低：钻爆法破岩虽爆破效率高，但钻眼、装药等工序繁琐，准备时间长，综合效率低；切削式破岩应用压应力破岩，效率差，特别是岩石硬度f5以上效率极差，截齿消耗量大，机组振动大，设备损坏严重；盘式滚刀破岩比切削式破岩效率高，但刀盘磨损严重、设备损坏严重、粉尘大、作业环境差、掘进效率低；球形滚刀破岩单刀切岩量小、磨损严重、成本高、效率低。
②装运效率低：现有岩巷掘进工艺，普遍存在着块率偏小或偏大的问题，岩石不能及时有效装运，效率低下，影响掘进进尺。
③粉尘浓度高：现有的岩巷施工作业，均存在粉尘浓度大的突出问题，可呼吸粉尘浓度超标，对员工身体健康危害极大。
④支护效率低：现有的岩巷施工工艺，支护效率低下，普遍采用气钻或单体液压钻作业，支护速度慢，支护效率低。
⑤探放水效率低：探放水作业占用时间长，每月占用时间8天左右，严重影响着单进水平。
⑥喷浆效率低：目前喷浆作业主要是潮喷，粉尘大、作业环境差、回弹率高、成本高。
发明内容
本发明的目的是解决现有岩巷掘进工艺探放水效率低、破岩效率低、装运效率低、支护效率低、喷浆效率低和粉尘浓度高等问题。对岩巷掘进探放水、破岩、装岩、运岩、支护、降尘、喷浆等工艺进行一体化创新，提高单进水平和掘进工效，改善员工作业环境，降低生产成本。
为了实现上述目的，本工艺的技术方案为：
一种冲击破碎式岩巷掘进机的岩巷快速掘进工艺，使用探放水钻机，一台包括采用集破岩、一台包括采用集破岩、装岩及运岩于一体的冲击破碎式岩巷掘进机，一部转载机，一台液压锚杆钻车，一部可移动式皮带运输机，一部履带式湿式喷浆机与一部除尘风机；该岩巷快速掘进工艺，其特点是：
使用探放水钻机每115～125m进行一次探放水作业；
使用冲击破碎式岩巷掘进机进行掘进作业；利用冲击破碎锤实现对岩层的快速、高效破岩；通过破碎锤实现水平、上下倾斜、左右倾斜等动作完成对岩体的破碎作业；
冲击破碎式岩巷掘进机与液压锚杆钻车交替在工作面作业，实现掘、支综合机械化；
履带式可移动皮带运输机用于工作面向外运送岩石；
超前支护，把网片和钢筋托梁固定好后，放在液压锚杆钻车所设置的超前支护装置托梁器上，向前移动液压锚杆钻车到达指定位置，升起超前支护使网片与永久支护网相连；
支护：使用液压锚杆钻车上配备的两台三维钻臂液压锚杆钻机打眼和注锚，以及进行预紧、张拉的支护工艺。该工序能对巷道进行全方位、多功能、零空顶及时支护；
湿式喷浆机滞后工作面迎头140～160m，对巷道进行湿式喷浆封闭作业；
除尘风机进行除尘作业。
本发明的工艺技术与现有技术相比较，具有显著的有益效果是：
①采用冲击破碎式岩巷掘进机的岩巷快速掘进工艺对岩体进行破岩，取消了原始的放炮破岩工艺，简化了施工工序，极大地减少了安全隐患的产生，安全性能得到极大的提升。
②极大地提高了岩巷开拓工作面的机械化水平，使岩巷开拓工作面的机械化水平达到了99％，比炮掘机械化水平的30％提高了66个百分点。由于机械化程度提高，大幅度地降低了工人的劳动强度，改善了工人的作业环境；减少职业病的发生。
③极大地提高了岩巷的单进水平，是岩巷炮掘水平的三倍以上；
④大幅度地提高了掘进工效，是岩巷炮掘工效的三倍左右；可以解决在普氏硬度大于10的岩层中掘进的难题。
⑤降低了生产成本：采用机械化湿式喷浆系统，即保证了喷浆质量，且回弹率降低到了10％以下。
⑥环保效应明显：采用冲击破岩实现对岩层的快速、高效破岩，有效地减少了粉尘的产生，采用液压锚杆锚索钻车探放水、打眼、支护和机械化湿式喷浆系统喷浆时，工人可避免在有粉尘和淋水危害的恶劣条件下作业，有效的改善了工人作业环境，减少职工矽肺病和风湿病的发生。
总之，本岩巷掘进工艺技术针对目前岩巷掘进工艺存在的突出问题，经过上述设计后，解决了现有岩巷掘进存在的破岩效率低、装运效率低、支护效率 低、探放水效率低、喷浆效率低和粉尘浓度高六大关键问题。
本工艺井下岩巷掘进提供机械化施工设备，使机械化施工程度达99％，适应于各种大、中和小型矿井下的岩巷机械化作业及施工。
附图说明
图1机械化岩巷作业线及其施工工艺配套装备的主视图。
图2机械化岩巷作业线及其施工工艺配套装备的俯视图。
图3是对拱形巷道岩巷掘进施工截面图。
图4是对矩形巷道岩巷掘进施工截面图。
图5是冲击破碎式掘进机的主视图。
图6是冲击破碎式掘进机的俯视图。
其图1、2中：1—冲击破碎式掘进机、2—转载机、3—液压锚杆钻车、4—可移动式皮带机、5—履带式湿式喷浆机、6—除尘风机。
其图5、6中：11—铲板部、12—行走部、13—伸缩部、14—机体部、15—操纵部分、16—泵站部、17—泵站部、18—刮板输送机、19—后支承部、20—电气部分。
具体实施方式
如图1和2所示，为本发明的机械化岩巷作业线及其施工工艺配套装备。冲击破碎式岩巷掘进机的岩巷快速掘进工艺采用一台探放水钻机、一台包括集破岩、装岩、运岩于一体的冲击破碎式岩巷掘进机1，一部转载机2，一台液压锚杆钻车3，一部可移动式皮带运输机3，一部履带式湿式喷浆机5与一部除尘风机等设备。其中：探放水钻机可以一台专用探放水钻机，或使用在液压锚杆钻车上设置的探放水钻机，或使用在冲击破碎式岩巷掘进机上设置的探放水钻机，使用探放水钻机每120m进行一次探放水作业。
在工作面上，使用冲击破碎式岩巷掘进机进行掘进作业，冲击破碎式岩巷掘进机与液压锚杆钻车可进行掘、支交替作业，使用履带式可移动皮带运输机向外运送岩石；使用湿式喷浆机并滞后工作面迎头150m左右对巷道进行湿式喷 浆封闭作业；以及使用除尘风机进行除尘作业。这样在岩巷作业线上，实现了快探、快破、快装、快运、快支、快喷的综合机械化作业。
主要工艺流程包括：探放水钻机进行快速探放水作业——退机——调冲击破碎式岩巷掘进机1进行掘进作业——退机——调液压锚杆钻车3进行锚杆锚索支护作业——退机——调冲击破碎式岩巷掘进机1进行掘进作业；湿式喷浆机6在滞后工作面迎头150m左右，对巷道进行湿式喷浆封闭作业。
具体工艺流程包括：
1、巷道断面设计
如图3所示，巷道可以设计为拱形巷道，也可设计为矩形巷道。设计为拱形断面时，巷道宽为5.5米，墙高3米，拱高为2.5米，巷道高为5.5米。
如图4所示，巷道设计为矩形断面时，巷道宽为3.5-5.5米，高为3.5-5.5米。巷道均为锚杆锚索支护，支护排距为1.8米。
2、快速探放水作业
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。
本工序使用探放水钻机，该装备配备有2台高性能三维钻臂能实现对巷道全方位、多功能探放水作业，每120米进行一次探放水作业。
3、冲击破岩快速掘进作业
本工序使用冲击破碎式岩巷掘进机，该装备将工程机械的液压破碎锤引入至岩巷掘进机组的破碎装置中，采用冲击碎锤实现对岩层的快速、高效破岩。通过破碎锤实现水平、上下倾斜、左右倾斜等动作完成对岩体的冲击作业而适应煤矿岩巷作业特征，应用冲击破碎锤数量和布置方式与破岩效率的关系理论，采用组合式破碎锤模式提升冲击破岩效率，确保作业功能的实现和可靠性目标， 有效提供破碎锤作业的推力。
如图5、6所示，整个冲击破岩掘进机由铲板部11、行走部12、伸缩部13、机体部14、操纵部分15、泵站部16、泵站部17、刮板输送机18、后支承部19、电气部分等组成。
冲击破碎式岩巷掘进机开至工作面迎头并在中心停靠，将冲击破碎式岩巷掘进机前部破碎锤降至巷道底板，并利用推移油缸将破碎锤向前推动，使破碎锤冲击岩体并向前推移，推移步距为600mm。推移结束后收回推移油缸，将掘进机破碎锤向上抬升15°角，并再次向前推进破岩，随后依次进行。以此不断循环施工对巷道进行掘进。
4、装、运岩作业
冲击破碎式岩巷掘进机前部安所装的运输部分的耙爪式出岩铲板，机组中部由前到后安装有一部出岩的刮板运输机。破碎锤破岩时岩体所产生的岩粉及岩体自行垮落的碎矸石由铲板上的耙爪耙装至掘进机中部刮板运输机上，并运至掘进机后部的可移动皮带机上，通过履带式可移动皮带机运至工作面外。装、出矸工艺与巷道切削工艺同步进行、平行作业。
5、超前支护作业
把网片和钢筋托梁固定好后，放在液压锚杆钻车所设置的超前支护装置托梁器上，向前移动液压锚杆钻车到达指定位置，升起超前支护使网片与永久支护网相连。
6、支护作业
本工序使用液压锚杆钻车上配备的两台三维钻臂液压锚杆钻机打眼和注锚，该装备的锚钻系统特点如下：
①钻臂可实现360°旋转，能完成不同高度、角度锚杆及锚索的施工需求；
②前锚钻部与后锚钻部在施工过程中可以实现平行作业，通过多点施工，可大大缩短支护时间，支护效率得到全面提升。
7、喷浆作业
本工序使用湿式喷浆机，该装备具备上料、搅拌、泵送、机械手喷浆、可自行移动多等多功能，喷浆机和搅拌站都集成在履带底盘上，可随着巷道的延伸自行移动，提高了喷射机和搅拌站整体的机动性。采用机械手代替人工进行喷浆作业。机械手具有6个自由度，能够实现5m×5m巷道的喷浆作业。同时采用可移动的皮带机输送喷浆材料，有效降低了劳动强度，提高了上料、搅拌衔接效率，保证了湿式喷浆连续作业。实现效率高、粉尘少，喷浆质量好、回弹率低的快速喷浆作业。
8、除尘作业
该岩巷掘进工艺采用长压短抽的通风方式，抽出式风机把工作面的粉尘抽出工作面。
9、施工效率
本工艺在如图1所示巷道中掘进作业，巷道断面为拱形断面，巷道宽为5.5米，墙高3米，拱高为2.5米，巷道高为5.5米，普氏系数f≥8。
探放水用时：每120米进行探放水作业一次，每次探放水需要4天半，则每米探放水时间为：40.5分钟/米。
截割用时：每次截割5米，用时900分钟；则每米截割时间为：180分钟/米。
支护用时：每5米进行打钻、锚杆支护作业一次，每次支护用时100分钟，则每米支护时间为：20分钟/米。
调机用时：①每120米进行探放水作业一次，每次探放水需要的调机时间为60分钟，则每米探放水调机时间为：2分钟/米。
②每5米进行打钻锚杆支护作业一次，每次支护调机用时30分钟，则每米支护时间为：6分钟/米。
掘进用时：探放水用时+截割用时+支护用时+调机用时＝40.5+180+20+8＝248.5分钟/米。
日进尺(四六制)：3班×6小时×60分钟/248.5＝4.3米/日。
月进尺：4.3米/日×28日＝122米/月。
由于装、运岩石工艺与掘进工艺是平行作业，因此不计该道工序的时间。
由于湿式喷浆工艺滞后于掘进工作面150米实施，不影响巷道整体掘进效率，因此不计该道工序的时间。