煤礦巖巷機(jī)械化高效掘進(jìn)的關(guān)鍵

應(yīng)用集成技術(shù)研究

1

立項背景和目的2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)

5

推動技術(shù)進(jìn)步或科學(xué)發(fā)展的作用，推廣效果

3

項目的創(chuàng)新點(diǎn)4

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及與國內(nèi)外同類項目對比6

研究成果產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益1立項背景和目的近二十年來，我國采煤技術(shù)、工藝和裝備發(fā)展很快，而在礦建方面，特別是巖巷施工技術(shù)、工藝和配套裝備不盡如意，巖巷施工速度甚至低于立井的施工速度。以邢臺礦區(qū)為例，巖巷平均月進(jìn)50～70m，最高100m/月左右。為避免采掘嚴(yán)重失調(diào)，實(shí)現(xiàn)礦井穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)和新建礦井盡快達(dá)產(chǎn)，開展風(fēng)動鑿巖機(jī)、液壓鉆車和掘進(jìn)機(jī)三類典型作業(yè)形式的巖巷機(jī)械化高效掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究顯得尤為迫切。2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)含節(jié)理巖體控制爆破機(jī)理研究巖巷機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備選型中深孔控制爆破技術(shù)——準(zhǔn)楔形復(fù)式掏槽錨噴二次支護(hù)技術(shù)主要掘進(jìn)裝備選擇連續(xù)排矸組合系統(tǒng)施工組織管理系統(tǒng)三類典型巖巷作業(yè)模式的應(yīng)用實(shí)踐風(fēng)動鑿巖機(jī)作業(yè)線——顯德汪礦液壓鉆車作業(yè)線——邢東礦掘進(jìn)機(jī)作業(yè)線——東龐礦2.1

含節(jié)理巖體控制爆破機(jī)理研究

（1）節(jié)理巖體爆生裂紋擴(kuò)展模型試驗(yàn)：

動焦散線試驗(yàn)、超動態(tài)應(yīng)變測試（2）中深孔掏槽爆破模型試驗(yàn)研究研究目的：為運(yùn)用定向斷裂控制爆破技術(shù)改善巷道成形質(zhì)量和提高掏槽爆破效率提供理論基礎(chǔ)。

2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)（1）節(jié)理巖體爆生裂紋擴(kuò)展模型試驗(yàn)爆破動焦散線試驗(yàn)系統(tǒng)2.1

含節(jié)理巖體控制爆破機(jī)理研究

2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)注：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）與北京大學(xué)合作研制（1）節(jié)理巖體爆生裂紋擴(kuò)展模型試驗(yàn)2.1

含節(jié)理巖體控制爆破機(jī)理研究

2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)不同夾角的爆破裂紋擴(kuò)展效果d=1.5cm、4.5cmd=4cm

ω=30o

ω=450

ω=90o

不同距離的爆破裂紋擴(kuò)展效果

裂紋擴(kuò)展方向與層節(jié)理不同夾角及炮孔與層節(jié)理不同距離時的裂紋擴(kuò)展效果：爆生裂紋在擴(kuò)展穿過節(jié)理面時，裂紋有一定的偏移。T=37μst=67.7μs

t=76.4μs

t=118μst=157μs

t=179μst=246μs動焦散線圖片2.1

含節(jié)理巖體控制爆破機(jī)理研究

2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)（1）節(jié)理巖體爆生裂紋擴(kuò)展模型試驗(yàn)動焦散線圖片反映了爆破裂紋的擴(kuò)展過程，可準(zhǔn)確獲得不同時間的爆破裂紋尖端擴(kuò)展位置、速度、加速度和動態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子等斷裂動力學(xué)特征量。（2）中深孔掏槽爆破模型試驗(yàn)研究采用模型試驗(yàn)，研究掏槽爆破深度、裝藥結(jié)構(gòu)、裝藥量及其炮孔利用率之間關(guān)系。研究結(jié)論：隨裝藥量增大，爆破漏斗體積逐漸增加，但單位裝藥量的介質(zhì)破碎體積存在極值。因此，如炮孔深度一定，掏槽爆破應(yīng)選取最佳裝藥量；如堵塞長度一定，則應(yīng)選取最佳孔深。相同條件下，單孔爆破漏斗的炸藥單耗較小，多孔爆破漏斗的炸藥單耗較大；單孔爆破大塊率比多孔爆破要高。槽腔底部介質(zhì)破裂是保證掏槽效果的基本條件。2.1

含節(jié)理巖體控制爆破機(jī)理研究

2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)（1）中深孔控制爆破技術(shù)——準(zhǔn)楔形復(fù)式掏槽（2）錨噴二次支護(hù)技術(shù)（３）主要掘進(jìn)裝備選擇：CMJ17履帶式液壓鉆車EBZ-300型掘進(jìn)機(jī)LWL-100B移動式挖斗裝載機(jī)（４）三類皮帶運(yùn)輸排矸組合系統(tǒng)（５）施工組織管理系統(tǒng)2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)2.2巖巷機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備配套（１）中深孔控制爆破技術(shù)——準(zhǔn)楔形復(fù)式掏槽布置形式與楔形掏槽近似，但具體參數(shù)不同于楔形、直眼掏槽。技術(shù)要點(diǎn)：

①3對主掏槽眼；2對輔助掏槽眼；1對中心眼。

②中心眼比掏槽眼超深200mm，掏槽眼深可與循環(huán)炮孔深一致；③掏槽眼盡量采用大藥徑炸藥；④中心眼遲于主掏槽眼起爆，可與輔助掏槽眼同時起爆。2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)2.2巖巷機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備配套（１）中深孔控制爆破技術(shù)——準(zhǔn)楔形復(fù)式掏槽廣泛適用于大小斷面的中深孔、深孔的軟、硬巖石爆破；掏槽方式簡單、掏槽效果好、炮眼利用率高、適應(yīng)性廣。主要特點(diǎn)：2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)中心眼作用：①克服巖石“再生”，有利于槽腔清渣。②后爆中心孔為主掏槽眼爆破起到空孔導(dǎo)向作用。2.2巖巷機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備配套（２）錨噴二次支護(hù)技術(shù)錨桿布置示意圖錨桿支護(hù)斷面示意圖工藝流程：爆破出碴→初噴（臨時支護(hù)）→打錨桿眼→安裝錨桿→噴漿（第一次支護(hù)）→打錨桿眼→安裝錨桿→掛網(wǎng)→復(fù)噴（第二次支護(hù)）。2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)2.2巖巷機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備配套（３）主要掘進(jìn)裝備選擇：CMJ17履帶式液壓鉆車①鑿巖速度快，效率高。比氣動鑿巖機(jī)提高2倍以上。②勞動強(qiáng)度低，人員少，安全可靠。2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)EBZ-300型掘進(jìn)機(jī)LWL-100B移動式挖斗裝載機(jī)全斷面裝巖，連續(xù)快速出矸。工作臂作業(yè)范圍大，自帶皮帶與運(yùn)輸皮帶無縫銜接。安全性高。機(jī)械臂扒矸，工人作業(yè)安全。通用性強(qiáng)。履帶式行走，爬坡能力強(qiáng)，適用上下山巷道。操作輕松。故障檢測、電路保護(hù)系統(tǒng)，全液壓傳動。2.2巖巷機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備配套（４）巖巷三類皮帶運(yùn)輸排矸組合系統(tǒng)A.水平矸石倉1000米巖巷掘進(jìn)，建議矸石倉高度≥8m、直徑≥4m，容量為1~2個循環(huán)出矸量。挖斗機(jī)配合皮帶、矸石倉示意圖2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)2.2巖巷機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備配套B.移動矸石倉一對梭車：１部迎頭移動裝碴，１部后路相對固定對接卸載。①裝矸：放炮后，挖斗機(jī)前移扒矸，同時絞車牽引2臺梭車前移，梭車與挖斗機(jī)搭接好，裝矸滿車(38m3)，梭車外運(yùn)至轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)尾裝載點(diǎn)。②一次矸石轉(zhuǎn)載：開動梭車的刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)，1號、2號電瓶車牽引20輛礦車連續(xù)轉(zhuǎn)載（2×19m3），運(yùn)至大巷車場。③二次矸石轉(zhuǎn)載：2號列車裝載完成，開動絞車牽引2臺梭車至挖斗機(jī)后方，進(jìn)行二次轉(zhuǎn)載，挖斗機(jī)外移50m，迎頭完成出矸。2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)2.2巖巷機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備配套挖斗機(jī)配合梭車、皮帶出碴示意圖（４）巖巷三類皮帶運(yùn)輸排矸組合系統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)配合皮帶、水平臨時矸石倉示意圖C.水平臨時矸石倉矸石倉容量約100m3，可容納兩個掘進(jìn)班的矸石量，靠巷道一側(cè)沿底板下挖長15m，采用2.2m鐵板或木板隔離。掘進(jìn)機(jī)+皮帶或挖斗機(jī)+皮帶，矸石運(yùn)至距迎頭300m以外臨時水平矸石倉。2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)2.2巖巷機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備配套（４）巖巷三類皮帶運(yùn)輸排矸組合系統(tǒng)（５）巖巷施工組織管理系統(tǒng)一次成巷施工：一次鑿巖、一次爆破、一次支護(hù)正規(guī)循環(huán)作業(yè)和多工序平行交叉作業(yè)綜合施工隊的作業(yè)方式：三掘一噴、三掘二噴、四掘二噴，掘噴平行科學(xué)的生產(chǎn)管理制度：交接班制、工種崗位責(zé)任制、設(shè)備維修保養(yǎng)制、質(zhì)量驗(yàn)收制、安全生產(chǎn)制、技術(shù)管理制、材料成本管理制、工資分配與獎懲激勵制度

。2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)2.2巖巷機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備配套（1）風(fēng)動鑿巖機(jī)作業(yè)線——顯德汪礦（2）液壓鉆車作業(yè)線——邢東礦（3）掘進(jìn)機(jī)作業(yè)線——東龐礦2.3三類典型巖巷作業(yè)模式的應(yīng)用實(shí)踐2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)（１）風(fēng)動鑿巖機(jī)作業(yè)線——顯德汪礦巷道概況：一采九煤軌道石門下山，4.2×3.4m。主要設(shè)備：7655風(fēng)鉆、P-60B耙矸機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)2.3三類典型巖巷作業(yè)模式的應(yīng)用實(shí)踐2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)施工工藝：爆破：準(zhǔn)楔形復(fù)式掏槽中深孔全斷面一次爆破技術(shù)。裝巖與排矸：P60B型耙?guī)r機(jī)裝巖，后路皮帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)載矸石。支護(hù)方式：二次錨噴支護(hù)。作業(yè)方式：“三八”制，三掘一噴、掘噴平行。炮眼布置圖（２）液壓鉆車作業(yè)線——邢東礦巷道概況：-760軌道大巷，斷面4.3×3.7m。主要設(shè)備：CMJ-17液壓鉆車、LWL-100B挖斗機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)。2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)施工工藝：爆破：準(zhǔn)楔形復(fù)式掏槽中深孔全斷面一次爆破技術(shù)。排矸：前路挖斗機(jī)裝巖，后路皮帶運(yùn)輸機(jī)把矸石轉(zhuǎn)運(yùn)到水平臨時矸石倉，耙?guī)r機(jī)配合礦車排矸出巷。支護(hù)方式：二次錨噴支護(hù)。作業(yè)方式：“三八”制，三掘二噴、掘噴平行。2.3三類典型巖巷作業(yè)模式的應(yīng)用實(shí)踐（３）巖巷掘進(jìn)機(jī)作業(yè)線——東龐礦巷道概況：三水平輔助軌道大巷，斷面4.8×3.8m。主要設(shè)備：EBZ300掘進(jìn)機(jī)、DSB40-4皮帶機(jī)、BZ—60耙斗裝巖機(jī)。2

項目研究的關(guān)鍵技術(shù)施工工藝：破巖：EBZ300掘進(jìn)機(jī)。巖石硬度f>8時，采用深孔松動爆破后再截割。掘進(jìn)機(jī)截割前開啟KCS-200除塵風(fēng)機(jī)。裝巖與排矸：后路配兩部皮帶出碴到臨時矸石倉，然后通過BZ-60型耙斗機(jī)、1臺5T電瓶車裝碴。支護(hù)方式：二次錨噴支護(hù)作業(yè)方式：“四六”、“三八”制，四掘二噴、掘噴平行。2.3三類典型巖巷作業(yè)模式的應(yīng)用實(shí)踐3

項目的創(chuàng)新點(diǎn)（1）首次采用爆破動焦散、超動態(tài)測試系統(tǒng)，研究了爆破裂紋在層節(jié)理介質(zhì)中的擴(kuò)展規(guī)律和中深孔掏槽爆破機(jī)理，這對優(yōu)化爆破方案和改善爆破效果具有重要的理論指導(dǎo)意義；（2）提出了新型準(zhǔn)楔形復(fù)式掏槽中深孔全斷面一次爆破技術(shù)（3）構(gòu)建和完善了巖巷排矸組合系統(tǒng)；（4）初步形成了風(fēng)動鑿巖機(jī)、液壓鉆車和掘進(jìn)機(jī)施工的三類典型巖巷作業(yè)模式；（5）優(yōu)化了巖巷施工作業(yè)方式：提出了“三掘一噴、三掘二噴、四掘二噴，掘噴平行”等作業(yè)方式。4

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及與國內(nèi)外同類先進(jìn)項目對比（1）準(zhǔn)楔形復(fù)式掏槽中深孔一次爆破技術(shù)：炮眼利用率90％以上，每班循環(huán)進(jìn)度1.8米以上，最高達(dá)2.2m。（2）巖巷排矸組合系統(tǒng)：

出矸效率提高2倍以上。（3）全斷面一次成巷技術(shù)：一次打眼、一次起爆、一次支護(hù)。（4）解決了掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)卡鏈故障、爬坡能力、除塵效率等施工技術(shù)問題。（5）提高了巖巷掘進(jìn)速度：實(shí)現(xiàn)巖巷風(fēng)動鑿巖機(jī)作業(yè)線石門下山120.3m/月、液壓鉆車作業(yè)線150m/月、掘進(jìn)機(jī)作業(yè)線208m/月。（6）提高了巖巷的工程質(zhì)量：顯著提高炮眼利用率，降低單位炸藥消耗量，控制了巷道超欠挖，維護(hù)了圍巖自承能力。（7）降低了材料消耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益：降低了單位炸藥消耗量、通風(fēng)、噴漿和人工等費(fèi)用，每米巷道節(jié)約200～400元左右。5

推動技術(shù)進(jìn)步或科學(xué)發(fā)展的作用，推廣效果

項目緊密聯(lián)系邢臺礦區(qū)巖巷施工實(shí)際，解決了全斷面中深孔爆破、支護(hù)設(shè)計優(yōu)化、排矸系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)問