煤矿巷道快速掘进技术与装备

1煤矿巷道快速掘进技术与装备煤炭科学研究总院南京研究所2目录第一部分岩巷快速掘进1概述2岩巷快速掘进机械化作业线简介3岩巷快速掘进机械化作业线配套设备及选择第二部分煤及半煤岩巷快速掘进1概述2煤及半煤岩巷炮掘机械化作业线简介3煤及半煤岩巷综掘机械化作业线简介4煤及半煤岩快速掘进配套设备及选择5影响煤及半煤岩巷快速掘进的因素分析煤炭科学研究总院南京研究所3前言煤矿巷道是煤矿井下生产的脉络。据不完全统计，我国煤矿每年巷道（岩巷、煤巷、半煤岩巷）掘进量已经超过10000km，实现煤矿巷道的快速掘进，保持其畅通和完好，对矿井正常生产和安全生产具有重要意义。煤炭科学研究总院南京研究所4前言近几年来，我国煤矿巷道掘进施工技术和装备有了长足的发展，掘进机械化水平有了较大的提高。但是，我国煤矿掘进技术水平与世界先进国家相比，仍有较大差距，特别是岩巷掘进技术差距较大。以国有重点煤矿为例，每年岩巷掘进进尺1300～1600km，掘进工作面1600个左右，全国平均单进水平为60～70m/月。装载机械化水平80%左右，平均工效约为0.1３m/工。煤炭科学研究总院南京研究所5煤炭科学研究总院南京研究所61概述在煤矿生产矿井的井巷开拓工程中，岩巷快速掘进占有很重要的地位，岩巷是构成生产矿井采区或生产水平接替的主要链锁工程项目；在生产矿井井巷开拓工程量中，岩巷占有很大比重，约占巷道开拓总量的20%。近几年，随着开采方法和技术的发展，岩巷在巷道开拓总工程量的比重不断下降，但对于老矿区来说岩巷在巷道开拓总量中仍占15～20%。同时不少矿井随着生产能力的煤炭科学研究总院南京研究所71概述不断扩大，矿井开拓延伸速度更快，导致采掘关系更为紧张。因此，不断提高岩巷掘进速度，对保证煤矿采掘关系正常发展尽快形成采区或生产水平的生产系统，改善采掘接替紧张局面，保证矿井稳产、高产都具有十分重要意义。国内煤矿巷道掘进施工工艺主要有两种方法，即钻爆法和综掘法。目前，我国煤矿岩巷掘进主要以钻爆法为主。单进水平一般60～70m/月。近几年，我国部分煤矿也在进行探索研究，开发岩煤炭科学研究总院南京研究所81概述巷综掘法施工的试验。这种先进的岩巷施工方法是上世纪八十年代后期发展起来的，其核心技术是开发一种集岩石截割、岩石装载和转运、巷道支护、防尘等功能为一体的综合机械化施工设备，德国、奥地利、日本、瑞典等都广泛采用掘、钻、装、锚一体化岩巷掘进机械化作业线，真正实现了岩巷的快速掘进。煤炭科学研究总院南京研究所91概述为了进一步提高我国岩巷掘进机械化装备水平，加快岩巷掘进单进，近年来我国在不断完善以钻爆法为主的岩巷掘进机械化作业线的同时，在综掘法岩巷机械化作业线成套装备的研究开发方面也取得了突破，特别是大功率重型掘进机的研制成功，为我国煤矿岩巷快速掘进技术的发展奠定了基础。煤炭科学研究总院南京研究所102岩巷快速掘进机械化作业线配套方式简介要提高岩巷掘进速度，必须从破岩（钻爆法或截割）、装矸、运输、支护等主要工序入手，从提高装备水平、改进爆破方式等方面全面考虑。下面介绍几种典型的岩巷掘进机械化作业线：煤炭科学研究总院南京研究所112岩巷快速掘进机械化作业线配套方式简介2.1钻爆法岩巷掘进机械化作业线2.1.1气腿式凿岩机+耙斗式或铲斗式装岩机组成的机械化作业线这种配套方法是目前煤矿岩巷掘进施工中使用最多、最普遍的机械化配套方式。这种配套方式在我国岩巷开拓中发挥了重要作用。经过多年的生产实践，配套内容和施工技术也逐步得到完善。为充分发挥耙斗式装岩机的生产效能、缩短调车煤炭科学研究总院南京研究所122岩巷快速掘进机械化作业线配套方式简介时间，装岩机常配以气动调车盘或胶带转载机。钻眼配7665或ZY24M、ZY28气腿式凿岩机，运输配2.5t或5t防爆型蓄电池电机车，喷射混凝土配转子型潮式混凝土喷射机。从而实现掘进→装岩→调车→运输→支护组成一条机械化作业线。该作业线特点是：配套设备为常规设备，结构简单、性能可靠、维修方便；适用范围广，单轨、双轨，上下山、斜巷、弯道煤炭科学研究总院南京研究所132岩巷快速掘进机械化作业线配套方式简介均可采用；机动灵活、使用方便。2.1.2全液压掘进钻车+正装侧卸装式岩机作业线以全液压掘进钻车、侧卸式装岩机为主的岩巷掘进机械化作业线二十世纪九十年代初先后在新汶、开滦、兖州、阳泉等矿区推广使用。在大断面岩巷掘进中曾创造月进200m的好成绩，直接工效4.12m3/工，是我国煤矿大断面岩巷钻爆法施工中较为理想的机械化作业线。十多年来，我国又煤炭科学研究总院南京研究所142岩巷快速掘进机械化作业线配套方式简介对全液压掘进钻车、侧卸式装岩机、胶带转载机、手持式风动凿岩机、混凝土喷射机等配套设备进行了技术改造，性能更优、更可靠。该机械化作业线的特点是：机械化程度高、生产能力大，掘进速度快。配套设备技术先进、性能稳定可靠；作业线配套简单、合理易行。煤炭科学研究总院南京研究所152岩巷快速掘进机械化作业线配套方式简介2.1.3大断面（＞14m2）岩巷钻爆法掘进机机械化作业线（1）液压钻车+侧卸式装岩机+梭式矿车+电瓶车+矿车机械化作业线该方案选用CMJ17型全液压掘进钻车打迎头炮眼，中深孔爆破，排矸采用ZCD-100RJ型侧卸式装岩机配合ST-8/6B、ST-14/6B梭式矿车装岩，梭车采用8t电瓶车牵引，梭车矸石经皮带转载装入标准矿车。当矿车供应不及时，可将梭车装满，然后煤炭科学研究总院南京研究所162岩巷快速掘进机械化作业线配套方式简介牵引至后部车场，再用皮带转载机将矸石装至矿车。锚杆支护配7665M、YT28强力风动凿岩机或单体液压锚杆钻机。（2）液压钻车+挖斗式装载机（或立爪式抓岩机）+2～3辆梭式矿车+转载皮带机+电瓶车+矿车该方案选用CMJ17HT全液压钻车打迎头炮孔，中深孔爆破，利用放炮的积矸，登矸先在迎头最里侧进行初喷、挂网、联网，用强力气腿式风动凿岩机打顶板锚杆孔。用挖斗式装岩机或立煤炭科学研究总院南京研究所172岩巷快速掘进机械化作业线配套方式简介爪式抓岩机与迎头平行作业。在后部集中清理扒装放炮崩出的积矸，装入梭车（可配2～3辆梭车），经过转载皮带机将矸石直接装入副道的空车皮，电瓶车（8t）负责矸石的运输。作业线配备2～3辆梭式矿车，可实现扒矸与装矸的连续作业。煤炭科学研究总院南京研究所182岩巷快速掘进机械化作业线配套方式简介该作业线的特点是：机械化程度高，且设备均为国产设备，易于配套；可实现多工序平行、连续作业（喷、锚、装、排矸等），工效高。生产能力大，速度快。煤炭科学研究总院南京研究所192岩巷快速掘进机械化作业线配套方式简介2.2大断面（＞25m2）岩石平巷综掘机械化作业线（1）设备配置及运行方式全岩掘进机→矸石转载机→大型梭式矿车煤炭科学研究总院南京研究所202岩巷快速掘进机械化作业线配套方式简介（2）作业特点全岩掘进机选用奥钢联AHM-105重型掘进机或ABM20掘进机或德国哈泽玛珞公司TM250、TM300多功能巷道掘进机，该型掘进机具有掘、锚一体化功能，实现掘进和锚杆支护同时作业（主要技术性能见表）。作业线机械化程度高，多工序平行作业，工效高。煤炭科学研究总院南京研究所213岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介岩巷掘进机械化配套设备主要包括凿岩机、全液压钻车、装岩机、综掘机、混凝土喷射机等，目前，我国研制生产的岩巷掘进配套设备的种类、型号亦很多，现就几种主要设备的性能参数、结构及原理、特点作简要介绍，以便在组织岩巷机械化作业线时选用。煤炭科学研究总院南京研究所223岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介3.1凿岩机械3.1.1气腿式凿岩机气腿式凿岩机是煤矿岩巷钻爆法施工中钻凿迎头炮孔、锚杆孔的凿岩钻孔机具，目前大量使用的机型有7665M系列、ZY系列、ZT系列。气腿式凿岩机适用于在中、硬岩石上钻凿水平和倾斜煤炭科学研究总院南京研究所233岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介炮孔。为满足垂直锚杆孔的施工，上世纪九十年代中期，我国又研制成功能钻凿巷道顶部垂直锚杆孔，具有安装、搅拌树脂锚固剂功能的气动凿岩机—7665M系列双级气腿式凿岩机。实现了岩巷掘进、锚杆钻装机具一体化。煤炭科学研究总院南京研究所243岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介7655M型气腿式凿岩机煤炭科学研究总院南京研究所253岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介（1）主要结构及工作原理气腿式凿岩机主要由推进气动支腿、操纵把手、气动凿岩机、风管、水管、注油器等几部分组成。气动凿岩机主要由冲击机构、配气机构、转钎机构、排粉机构几部分组成。煤炭科学研究总院南京研究所263岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介双级气腿式凿岩机结构简图煤炭科学研究总院南京研究所273岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介气动凿岩机的工作原理与液压凿岩机相似，气动凿岩机对钎子的冲击能都是活塞在气缸中做往复运动来完成的，工作时，通过配气机构，使压气交替作用于活塞两端，并形成压差，迫使活塞在缸体内作往复运动，完成冲击钎子、破碎岩石的目的。凿岩机的冲击功可通过改变活塞面积、供气压力、或活塞冲程进行调节。气腿式气动凿岩机的转杆机构是利用活塞返回时能量来转动钎子煤炭科学研究总院南京研究所283岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介（通常叫转钎机构），结构紧凑、与液压凿岩机的外转钎机构不同。排粉机构采用压气、水或气水混活物排粉。国产气腿式凿岩机主要技术性能见下表。煤炭科学研究总院南京研究所293岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介国产气腿式凿岩机主要技术性能表性能7655M7655MZZY-24MZY26ZY28YT24工作气压/MPa0.4～0.63气管内径/mm2519(25)252519(25)水管内径/mm13钎尾尺寸/mmB22B19B22凿孔直径/mm28～4232～42凿孔深度/m5冲击能/J5855586255冲击频率/Hz3430343634耗气量/L·S-15547556547伸展高/mm1748～4148955～1745收缩高/mm1100～19001390～3760143017551432～1678机重/kg38.1～45.338.5～42.538～4439～4538～44煤炭科学研究总院南京研究所303岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介（2）注意事项开机前必须加注润滑油，耗油量控制在2.5～3ml/min，每隔1h加注一次；禁止长时间空车运转；水压应低于工作气压0.05MPa为宜，水压过高会造成气水联动机构失灵，易造成水进入机体，影响凿岩机正常工作，水压过低，影响排粉，降低凿岩速度；煤炭科学研究总院南京研究所313岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介停止工作时，先停止供水，用风吹净机体内残余水滴。（3）特点及不足重量轻、操作方便结构简单，维修方便与液压凿岩机相比，冲击功小，凿岩速度慢噪音大，污染大，效率低。安装锚杆扭矩小。煤炭科学研究总院南京研究所323岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介液压凿岩机与气动凿岩机效率比较表项目流体功能效率自身冲击效率综合效率气动凿岩机空压机65%20%13%液压凿岩机液压泵90%45%40%煤炭科学研究总院南京研究所333岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介3.1.2全液压掘进钻车全液压掘进钻车是岩巷掘进机械化作业线中一种主要的配套设备，它是将数台液压凿岩机安装在行走台车钻臂的导轨上，钻臂和导轨根据作业面炮眼位置和方向，在一定范围内任意调整和变换位置，来完成钻凿各种炮眼。全液压钻车的推广，大大提高了岩巷掘进机械化程度，实现岩巷炮眼作业机械化。由于全液压钻车可以配用重型高频凿岩机或高效液压钻，可以煤炭科学研究总院南京研究所343岩巷掘进机械化作业线主要配套设备简介钻大直径孔，质量高、速度快、时间短，改善了条件，提高了凿岩生产效率，加快了掘进速度。自上世纪九十年代以来，我国在引进国外产品技术的基础上，研制生产、中外合作生产了30多种型号的全液压钻车，随着我国煤矿岩巷掘进机械化程