一种煤矿大断面硬岩巷道综掘与炮掘联合快速高效掘进方法
【专利摘要】本发明涉及一种煤矿大断面硬岩巷道综掘与炮掘联合快速高效掘进方法。如图1，在普氏系数f＞10.0的硬岩巷道断面布置炮眼直径Φ40.0mm及装药直径Φ35.0mm的掏槽眼和辅助眼开挖s≈14.0m2槽腔。如图2，掏槽眼采用三级斜眼掏槽，逐级加深，倾角逐级加大，单位体积耗药量依据硬岩普氏系数、炮眼深度按图3量化确定。三级斜眼掏槽分别选择I、III、IV段毫秒延期雷管，辅助眼选择V段毫秒延期雷管，掏槽眼与辅助眼全断面一次起爆，总延时不超过130.0ms。爆破法形成槽腔后，综掘机在较大自由面作用下，选择合理刀齿参数快速扩展槽腔至设计断面并修整轮廓线。掏槽眼三级毫秒延期起爆以及较大炮眼直径使炮泥堵塞增长确保了岩石抛掷不损坏工作面后方综掘机，达到安全、高效效果。
【专利说明】
一种煤矿大断面硬岩巷道综掘与炮掘联合快速高效掘进方法
技术领域
[0001]本发明专利涉及一种煤矿大断面硬岩巷道快速高效掘进方法，具体涉及一种将综掘与炮掘结合起来用于煤矿大断面硬岩巷道快速高效掘进方法。
【背景技术】
[0002]综掘由于掘进速度快、掘进效率高广泛应用于巷道掘进，但对于硬度较大的岩石，优点并不明显，对于坚硬岩石，掘进速度及效率显著降低甚至无法正常掘进。工程实践表明:岩石普氏系数f < 6.0时综掘效果明显；当f = 6.0?8.0时综掘速度及效率有一定降低；当f = 8.0?10.0时综掘效果有明显下降；当f > 10.0时，由于刀齿无法在巷道断面中形成槽口，几乎无法综掘，必须采用炮掘。f > 10.0的硬岩炮掘时，当巷道断面增大至一定程度，由于炮眼数目较多，受发爆器一次起爆雷管数量的限制，必须分次起爆，不能做到全断面一次起爆；工程实践中当f > 10.0的硬岩巷道断面S ^ 14.0m2时，必须分次起爆，存在安全隐患，同时掘进效率及速度明显降低；对于有瓦斯的巷道，受微差爆破总延期不容许超过130.0ms的限制，微差爆破雷管段数不能超过5段，严重影响硬岩炮掘速度及效率。工程实践表明:目前大断面硬岩炮掘月进尺不超过40.0m，采掘严重失调，已成为制约煤炭高产高效生产的主要因素，大断面硬岩巷道快速掘进成为高产高效矿井必须首先要解决的问题。本发明专利将综掘与炮掘结合用于大断面硬岩巷道掘进之中，首先采用爆破法在巷道断面中部形成一定范围槽腔，然后，采用综掘法扩大槽腔至设计巷道断面，达到安全快速尚效掘进效果。
【发明内容】
[0003]为达到煤矿大断面硬岩巷道安全高效快速掘进效果，本发明专利为将巷道炮掘与综掘结合起来进行巷道掘进的一种方法。
[0004]本发明专利为实现其目的所采取的技术方案为:一种煤矿大断面硬岩巷道综掘与炮掘联合快速高效掘进方法，主要包括巷道中部爆破法掘进槽腔，综掘法扩大槽腔至设计形成规整大断面巷道。
[0005]所述的爆破法巷道中部掘进槽腔:根据目前全断面一次起爆技术及最优爆破效果要求，大断面硬岩巷道中部爆破法开挖面积Sl?14.0m 2的槽腔。
[0006]所述的综掘法扩大槽腔至设计形成规整大断面巷道:巷道中部槽腔形成之后，选择合理综掘机刀齿参数，综掘机在较大范围槽腔自由面作用下快速切割岩石扩展槽腔范围至整个掘进断面并对巷道周边修整形成规整的大断面巷道。
[0007]本发明专利的有益效果
[0008]周边眼炮眼间距小，一般仅在400.0mm左右，由于周边眼取消，减少了近40.0%的炮眼数目，钻眼工作量及时间明显减少；掏槽眼分3段起爆，增加了掏槽眼延期时间，确保了掏槽效果，掏槽眼炮眼利用率可达90.0% ;减少了单次起爆装药量，掏槽爆破崩落岩石飞散不超过10.0m，保证了综掘机安全；起爆总延期时间不超过130.0ms，保证了瓦斯巷道施工安全。与全断面分次炮掘比较，循环进尺增加了约100.0%。尽管综掘工序的应用增加了巷道综掘时间，但同时取消了周边眼钻眼时间及减少了辅助眼钻眼时间，总体来说，巷道掘进速度提高了 100.0%左右，掘进工效增加120.0%左右，直接成本下降80.0%。
[0009]附图表说明
[0010]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明专利进一步说明。
[0011]图1为大断面硬岩巷道炮掘与综掘联合掘进示意图；
[0012]图2为大断面硬岩巷道爆破法掘进槽腔爆破图表；
[0013]图3为大断面硬岩巷道槽腔炮掘掏槽眼单位体积耗药量计算；
[0014]图4为袁店二矿101采区运输上山及石门大断面硬岩巷道全断面爆破分次掘进爆破图表；图中:1、爆破法掘进槽腔，I1、综掘法扩展槽腔。
[0015]图1为大断面硬岩巷道炮掘与综掘联合掘进示意图:爆破法掘进面积s?14.0m 2的槽腔I，采用综掘机装岩机构对炮掘后破碎岩石进行装运，清理出槽腔I后，形成较大范围自由空间；由于自由面存在选择合理的综掘机刀齿参数，用综掘机切割巷道断面II，沿槽腔向巷道断面轮廓线推进，切割深度据硬岩普氏系数不同一般取150.0-200.0_，用综掘机将巷道断面修整为设计的巷道断面，避免炮掘对巷道围岩损伤，达到了比光面爆破更好效果，节省了周边眼及部分辅助眼，显著减少了炮掘炮眼数目，做到槽腔炮掘部分全断面一次爆破；同时，槽腔存在使槽腔外II部分综掘速度及效率明显提高。
【具体实施方式】
[0016]图2为爆破法掘进槽腔I的爆破图表:炮眼布置分掏槽眼和辅助眼两部分，掏槽眼分三级掏槽，每级掏槽炮眼逐级加深，倾角逐渐加大，一级掏槽与二级掏槽采用50.0ms延期，即一级掏槽选择第I段毫秒雷管，二级掏槽选择第III段毫秒雷管，三级掏槽选择第IV段毫秒雷管，根据炮眼深度及岩石硬度即普氏系数较为量化选择掏槽眼单位体积耗药量，依据单位体积耗药量、每炮孔负担的爆破岩石体积确定掏槽眼单孔装药量，辅助眼选择第5段雷管同段起爆，掏槽眼与辅助眼5段毫秒延期一次起爆，总延期100.0ms左右，不超过130.0ms0为充分破碎岩石并确保有足够炮泥堵塞长度，改变工程中目前常用的Φ32.0_小直径钻孔与Φ27.0mm小直径药卷，选择Φ40.0mm直径钻孔与Φ35.0mm直径药卷；改变工程中大断面硬岩炮掘常用的炮眼深度为1.5-1.Sm左右浅眼爆破方式，根据断面大小及正规循环，选择炮眼深度为2.2-2.5m中深孔爆破。掏槽眼三级掏槽应用、掏槽眼装药量较为定量估算、大直径炮眼直径及较长炮泥堵塞长度确保掏槽眼爆破岩石飞散不损伤综掘机。
[0017]图3为大断面硬岩巷道槽腔炮掘掏槽眼单位体积耗药量计算:掏槽眼装药量是影响掏槽爆破效果以及爆破安全的最显著因素，装药量偏多会使岩石抛掷过远而损坏综掘机，装药量偏少达不到预期掏槽效果而影响掘进循环进尺，本发明根据一般硬岩普氏系数及掏槽眼炮眼深度确定了掏槽眼单位体积耗药量。
[0018]以安徽淮北矿区袁店二矿101采区运输上山巷道掘进为例。
[0019](I)原巷道掘进方法
[0020]袁店二矿101采区运输上山及石门主要用于煤矿运输的穿层巷道，设计全长979.0m,底板标高在-532.0?-523.0m之间，埋深约530.0m。巷道围岩为硬度f?10.0的硬质砂岩，巷道面积s ^ 36.0m2,由于岩石硬度大，选择爆破法掘进，设计的巷道断面及掘岩爆破图表如图4，炸药选用工程中常用的水胶炸药，设计的炮眼数目96个，发爆器的起爆容量不能做到全断面一次起爆，不得不分2次起爆，受起爆总时差限制，掏槽眼仅采用同段的一段雷管同时起爆，与邻近起爆的辅助眼起爆延期时差仅相差25.0ms，掏槽效果较差，掏槽眼炮眼直径及装药直径分别为Φ32.0mm及Φ27.0mm,由于炮眼直径及装药直径小，单孔装药量及炮泥堵塞长度明显不够要求，炮眼深度2.1m的掏槽眼仅有1.2m的掏槽深度，掏槽不能有效形成，辅助眼就不能有效对岩石破碎，又由于辅助眼单孔装药量和炮泥堵塞长度也偏小，辅助眼不能有效使掏槽延伸和扩展，起不到应有的作用，一般循环进尺仅1.2m左右，炸药能量不能使岩石有效破碎而用于岩石抛掷。月进尺40.0m左右，掘进速度及效率较低，岩石抛掷过远也存在安全隐患。
[0021](2)综掘与炮掘联合快速掘进方法
[0022]针对原爆破掘进存在的问题，改用本发明专利使用的综掘与炮掘联合快速掘进方法。如图1，采用爆破法掘进槽腔I，综掘法掘进岩体II，由于巷道断面较大，为满足正规循环，取循环进尺为2.0m左右。如图2，炸药仍选择水胶炸药，分三级掏槽，掏槽炮眼直径及装药直径分别为Φ40.0mm及Φ35.0mm，掏槽深度分别为1.2m, 1.8m, 2.5m ;掏槽倾角分别为82°，85°，88° ;据图3较为定量确定每级掏槽单孔装药量分别为0.2kg、0.44kg、
1.04kg ;每级掏槽炮泥堵塞长度分别为1.1mU.4m、1.0m ;辅助眼炮眼直径及装药直径也分别为Φ40.0mm及Φ35.0mm,由于掏槽爆破较好达到预期效果，掏槽形成之后辅助眼起爆，破岩条件较好，选择如图2的辅助眼爆破参数能较好崩落岩石达到安全高效目的。掏槽眼选择第I段、第III段、第IV段雷管分三次延期起爆，且一级掏槽与二级掏槽延时50.0ms,起爆时差合理，掏槽效果好；辅助眼选择V段同时起爆，总炮眼分5段同时一次延期起爆，总延时不超过130.0ms。
[0023]全断面爆破掘进时，为达到周边轮廓光滑平整效果，周边眼采用光面爆破参数设计，炮眼间距较小，炮眼数目多，底眼夹制作用大也采用了小炮眼间距的布眼方式；选择综掘与炮掘联合掘进方式，取消周边眼，减少部分辅助眼，炮眼数目减少49个，每循环减少钻眼及装药时间约6.0小时，每循环综掘时间增加约4.0小时，总掘进工艺时间缩短。最为关键的是循环进尺显著提高，每循环进尺可达2.0m左右，每天1.5个正规循环，每月25天计，月进尺可达80.0m，掘进速度及效率明显提高。
【主权项】
1.一种煤矿大断面硬岩巷道综掘与炮掘联合快速高效掘进方法，主要包括在岩石普氏系数f > 10.0的硬岩巷道断面内爆破法掘进一定范围的槽腔，综掘机扩展槽腔至设计断面并修整巷道断面至设计断面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是:硬岩巷道断面内爆破法掘进槽腔范围一般在14.0m2左右以满足起爆器一次起爆能力要求，分掏槽眼掏槽爆破和辅助眼崩落爆破，炮眼深度一般在2.2-2.5m范围以满足正规循环和快速掘进要求，炮眼直径及装药直径分别为Φ40.0πιπι、Φ35.0mm以满足硬岩单孔装药量及炮泥堵塞长度要求。掏槽分三级斜眼掏槽，每级掏槽依次加深，倾角依次加大；掏槽眼单位体积耗药量根据硬岩硬度及炮眼深度按图3量化选取，每级单孔装药量依破碎岩石体积及单位体积耗药量量化确定；三级掏槽分别采用第I段、第III段雷管、第IV段雷管毫秒延期起爆，辅助眼第V段雷管毫秒延期起爆，掏槽眼、辅助眼五段雷管毫秒延期一次起爆。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是:爆破法掘进槽腔炮眼利用率达80.0%左右，循环进尺满足正规循环快速掘进要求，爆破后岩石飞散不致损伤掘进面后方综掘机。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是:爆破掘进后形成的槽腔为综掘机提供足够大小自由面，选择合理综掘机刀齿参数，在槽腔自由面作用下综掘机可以快速掘进将槽腔扩展并修边至设计的巷道断面。
【文档编号】E21D9/00GK105937395SQ201510601300
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年9月14日
【发明人】吴德义, 徐盼
【申请人】安徽建筑大学