专利名称：矿山掘进中立体作业快速出碴方法
技术领域：
本发明涉及矿山掘进中一种出碴方法，尤其涉及一种立体作业快速出碴方法。
背景技术：
在我国，掘进施工一般采“钻爆法”。该法主要工作包括四大环节，即钻孔、爆破、出碴、锚喷等。与本发明创造有关的“出碴”，即是将爆破出来的岩石(俗称“碴”)运走，俗称“出碴”；“锚喷”，即是在爆破后的岩壁上打入一排排的锚杆，锚杆每根长几米，煤矿上一般要求每根锚杆的抗拔出力不小于5吨，尤以拱部的锚杆最密。上述几个环节中，出碴工作是最繁重、而且又是最耗费工时的工序，据统计，一般占掘进循环(即钻-爆-出碴-锚喷)工时的50％左右，有的高达80％。据相关记载，在国外采用联合掘进机的场合，可将出碴的时间降到占掘进循环总时间的25％左右。可见与国外先进作业情况相比，我们这方面的工作还存在较大的差距，但联合掘进机价格高，普遍引进这类设备将付出高昂的代价。因此，如何充分利用现有出碴作业技术条件，创造出可行的快速出碴作业方法，以提高出碴的效率，缩短出碴占掘进循环总时间的百分比，已成为亟待解决的技术问题。现有技术中出碴作业方法如图1所示，煤矿巷道的开拓一般都采用“有轨运输”，煤矿巷道宽仅3米左右，并且装碴设备多为扒斗式装岩机，这种装岩机极其笨重，只能前移，不能后退。其出碴过程是，电机车4推着一列空车5至扒装机8，该列空车最前端的一辆先在扒装机尾部装碴；装满后(装满的矿车称为“重车”)，电机车到拉着整列矿车后退(含重车)，当该列矿车的重车移走过叉道701的后左口时，开车工人下车将道叉扳换至叉道，该叉道701是专设的重车6存车区，电机车开进左侧存放重车的存车叉道后，工人再下车，摘掉挂勾，放下重车，再退出叉道，再重新道叉扳回主轨道7，电机车又重新推着(空车皮)列车走向扒装机，将空车皮推进至“装车位”。我们这里将重车拉走并调换成空车皮的过程，称之为“调车”。接着，又重复上述过程，直至将全部碴石装完并运走为止。为估算这种作业方式的效率，特分析如下井下矿车容积一般为1立方米，装满1车只需2分钟左右，装满2车只需4分钟左右，而按上所述过程，“调车”一次，则大约需12-15分钟。显然，这种出碴方式，大部分时间都耗费在“调车”过程中了，致使出碴工序占整个出碴作业的75-79％，工效太低。还需要说明的是，针对这种作业方式，为提高作业效率，现在扒装机的尾部都改长了，以致尾部下面一次可放2辆空车皮，可先装满1辆、再稍推一下、装满另一辆，这样当装满2辆矿车时，才按上述调车方式，将2辆重车存入左侧的存车叉道，这样效率稍有提高，但并没有从根本上克服这种传统出碴方式所固有的效率低下的弊端。本发明主要是针对目前这种国内普遍采用的效率有所提高的出碴作业方式提出的。
发明内容
本发明的任务在于克服现有技术中出碴方式所固有的效率低下的弊端，提供一种矿山掘进中立体作业快速出碴方法。
其技术解决方案是一种矿山掘进中立体作业快速出碴方法，其主要采取电机车沿巷道地面轨道输送车辆操作方式和采取设置在巷道拱顶下方的空中车辆吊运装置吊运空车操作方式，二者协同配合形成立体出碴作业。
具体包括以下步骤(1)出碴开始时，电机车前侧推着两辆空车、后侧牵引着一列空车沿巷道地面轨道驶向工作面，直至电机车前面的空车到达扒装机尾部下方的装车位时停止；(2)扒装机开始扒装，先装尾部下方的第二辆空车，当笫二辆空车装满后，电机车牵引此重车和第一辆空车后退一个车长，第一辆空车接着装碴；与此同时，设置在巷道拱顶下方的空中车辆吊运装置开始工作，其吊挂机构将电机车后侧空车中处于最后位置的两辆空车吊起，从空中跨过电机车，一直吊运至扒装机尾部后侧上方的等待下放空车位上，待命下放；(3)上述处于装车位的两辆空车装满后，电机车牵引重车后退，当退出两个车位后，吊置于等待下放空车位的两辆空车受命立即下放至地面铁轨上，这时电机车前进，推着重车、连同刚放下的两辆空车前行，直至前面的两辆空车到达扒装机尾部下方的装车位时停止；这时扒装机又开始装碴，与此同时，吊挂机构又开始将电机车后侧空车中处于最后位置的两辆空车吊运至等待下放空车位上，待命下放；(4)待所有空车依照步骤(3)操作装载后，由电机车牵引着一列重车沿地面轨道驶出巷道，完成一次出碴作业。
上述吊挂机构选为单轨吊，其包括工字钢形成的单轨，及能在单轨上往复移动的吊挂机构；该吊挂机构的运行方式通过无线遥控施行。
上述单轨固定联接在巷道拱顶的锚杆上。
上述单轨为选定长度，其由多节工字钢连接而成。
上述单轨随着工作面每推进一段距离，就将单轨上末节工字钢拆解下，将其连接到单轨的前端作为首节，使单轨随工作面向前适宜跟进。
本发明采取巷道地面轨道运输，及利用空中车辆吊运装置从空中调配准装空车协同方式，实现立体出碴作业。本发明与传统出碴作业方法相比，可大大提高出碴效率；与联合掘进机出碴方式相比，具有投资省，易于实现等优点。
图1为传统出碴作业方法有关设备及结构等示意图，并示出了工作过程中一个瞬间的情形。
图2为本发明一种实施方式中有关设备及结构等示意图，并示出了工作过程中一个瞬间的情形。
图3为本发明另一种实施方式中有关设备及结构等示意图，并示出了工作过程中一个瞬间的情形。
下面结合附图对本发明进行说明具体实施方式
实施例1，结合参看图2，一种矿山掘进中立体作业快速出碴方法，其有关设备及结构主要有吊置在巷道拱顶1锚杆2上的单轨吊3、电机车4、空车皮(空车)5、重车6、地面轨道7、扒装机8等。单轨吊3是由一节节工字钢连接而成的单轨301与一套吊装机构302组成的，现有某些矿山机械厂(例如石家庄煤机厂)生产有成系列的用于其它高空作业领域的“单轨吊”产品，可直接选用该类成型产品作为本实施方式单轨吊3，单轨吊3被吊在拱顶1的锚杆2上，其吊装机构的运行状态可采取无线遥控的操作方式。
其工作步骤及过程是出碴开始时，电机车4前侧推着一辆空车、后侧牵引着一列空车沿地面轨道7驶向工作面(掘进迎头)，直至电机车4前面的空车到达扒装机8尾部下方的装车位时停止；扒装机8开始扒装，与此同时，单吊轨3开始工作，吊装机构302将电机车4后侧空车中处于最后位置的一辆空车吊起，从空中跨过电机车，一直吊运至扒装机8尾部后侧上方的等待下放空车位9上，待命下放；上述处于装车位的空车装满后，电机车牵引该辆重车后退，当退出一个车位后，吊置于等待下放空车位9的一辆空车受命立即下放至地面轨道上，这时电机车4前进，推着刚装满的一辆重车、连同刚放下的一辆空车前行，直至前面的空车到达扒装机尾部下方的装车位时停止。扒装机8又开始扒装，与此同时，单吊轨3继续工作，吊装机构302将电机车4后侧空车中处于最后位置的一辆空车吊起，从空中跨过电机车及其前侧的重车，一直吊运至扒装机8尾部后侧上方的等待下放空车位9上，待命下放；上述处于装车位的一辆空车装满后，电机车牵引两辆重车后退，当退出一个车位后，吊置于等待下放空车位9的一辆空车受命立即下放至地面铁轨上，这时电机车4前进，推着刚装满的两辆重车、连同刚放下的一辆空车前行，直至前面的空车到达扒装机尾部下的装车位时停止。如此操作运行，直至将所有的空车装载完毕，由电机车4牵引着一列重车沿地面轨道7驶离工作面(掘进迎头)，完成一次出碴作业。上述空中吊运“调车”的整个过程1分钟就足能完成。单轨吊中单轨总长度可根据实际需要设定，可选定为30、40或50米等；工作面每向前前进一段，可将最后端的一节工字钢拆下再接到单轨的最前端，一般情况下一个工作班次至多调整一次即可，如此调整单轨的总长度可保持不变。锚杆是为隧道安全支护设置的，不论是否用其固定单轨吊它都是必备的，因此，该作业方法，直接选用拱顶锚杆作为单轨吊悬挂拉杆，只是在操作中增加了一次将一段工字钢挂在对应锚芹上的工作量，而无需另行设置单轨吊悬吊拉杆。
上述技术内容中记载的相关“前侧”、“前行”、“前进”、“前端”中的“前”，是指掘进迎头的方向。
实施例2，结合参看图3，一种矿山掘进中立体作业快速出碴方法，其有关设备及结构主要有吊置在巷道拱顶1锚杆2上的单轨吊3、电机车4、空车5、重车6、地面轨道7、扒装机8等。单轨吊3是由一节节工字钢连接而成的单轨301与一套吊挂机构302组成的，现有某些矿山机械厂(例如石家庄煤机厂)生产有成系列的用于其它运输作业领域的“单轨吊”产品，可直接选用该类成型产品作为本实施方式单轨吊3，单轨吊3被吊在拱顶1的锚杆2上，其吊挂机构的运行状态可采取无线遥控的操作方式。
其工作步骤及过程是出碴开始时，电机车4前侧推着两辆空车、后侧牵引着一列空车沿地面轨道7驶向工作面(掘进迎头)，直至电机车4前面的空车到达扒装机8尾部下方的装车位时停止；扒装机8开始扒装，先装尾部下方的第二辆空车即两辆空车中位于后侧的空车，当第二辆空车装满后成为一辆重车，电机车4牵引此重车和第一辆空车即两辆空车中位于前侧的空车后退一个车长，第一辆空车接着装碴；与此同时，单吊轨3开始工作，吊挂机构302将电机车4后侧空车中处于最后位置的两辆空车吊起，从空中跨过电机车，一直吊运至扒装机8尾部后侧上方的等待下放空车位9上，待命下放；上述处于装车位的两辆空车装满后，电机车牵引两辆重车后退，当退出两个车位后，吊置于等待下放空车位9的两辆空车受命立即下放至地面轨道上，这时电机车4前进，推着刚装满的两辆重车、连同刚放下的两辆空车前行，直至前面的两辆空车到达扒装机尾部下方的装车位时停止。扒装机8又开始扒装，先装尾部下方的第二辆空车即两辆空车中位于后侧的空车，当第二辆空车装满后成为一辆重车，电机车4牵引三辆重车和第一辆空车即两辆空车中位于前侧的空车后退一个车长，第一辆空车接着装碴；与此同时，单吊轨3继续工作，吊挂机构302将电机车4后侧空车中处于最后位置的两辆空车吊起，从空中跨过电机车及其前侧的重车，一直吊运至扒装机8尾部后侧上方的等待下放空车位9上，待命下放；上述处于装车位的两辆空车装满后，电机车牵引4辆重车后退，当退出2个车位后，吊置于等待下放空车位9的两辆空车受命立即下放至地面铁轨上，这时电机车4前进，推着刚装满的四辆重车、连同刚放下的两辆空车前行，直至前面的两辆空车到达扒装机尾部下的装车位时停止。如此操作运行，直至将所有的空车装载完毕，由电机车4牵引着一列重车沿地面轨道7驶离工作面(掘进迎头)，完成一次出碴作业。上述空中吊运“调车”的整个过程2分钟就足能完成。单轨吊中单轨总长度可根据实际需要设定，如选定为30、40或50米等；工作面每向前前进一段，可将最后端的一节工字钢拆下再接到单轨的最前端，一般情况下一个工作班次至多调整一次即可，如此调整单轨的总长度可保持不变。锚杆是为隧道安全支护设置的，不论是否用其固定单轨吊它都是必备的，因此，该作业方法，直接选用拱顶锚杆作为单轨吊悬挂拉杆，只是在操作中增加了一次将一段工字钢挂在对应锚杆上的工作量，只需几分钟的时间，而无需另行设置单轨吊悬吊拉杆。
上述技术内容中记载的相关“前侧”、“前行”、“前进”、“前端”中的“前”，是指掘进迎头的方向。
上述实施例2与传统出碴作业方法有益效果对比如下①传统出碴作业方法，按“乐观”的标准估计每装1车需2分钟，若一次先后装2车，则装车需4.5分钟(中间需推一次车)，调车约12分钟(一般为12-15分钟)，这样每“进车-装2车-调车”1次，占用时间16.5-19.5分钟；如果按每班爆出20立方岩石(相当于进尺约2m)计算，则旧出碴方式约需165-195分钟，即2小时45分钟-3小时15分钟，现在每掘进循环一般为一个班，出碴时间约占34-40％；②本发明的作业方法，按“保守”的标准估计装1车需2分钟(同上)，调车(即下放空车皮及推至扒装位)1.5分钟，再装满1车又是2分钟，这样每“进车-装2车-调车”1次，占用时间5.5分钟；同样按出碴20立方岩石计算，仅需55分钟，即新出碴方法，与旧方式相比，每班节约110--140分钟，而出碴时间仅占整个循环(即同样按1个班)的11.5％。
以上是按钻孔深度2m计算的，显然孔越深，出碴量就越大，本发明就越显示其出碴效率高的优越性。
基于本发明创造，若钻孔、爆破及锚喷3项工序仍按4小时计算的话，则由于出碴速度加快，掘进新循环的总循环时间将为4小时55分钟，这时出碴占整个循环的比例为18.6％。显然，即使按保守的估计，在不采用外国″联合掘进机″重大设备的情况下，也能达到甚至优于联合掘进机的出碴效率。且投资省，还可充分利用现有巷道结构及有关装备(设备)等条件，易于实现。
权利要求
1.一种矿山掘进中立体作业快速出碴方法，特征在于其主要采取电机车沿巷道地面轨道输送车辆操作方式和采取设置在巷道拱顶下方的空中车辆吊运装置吊运空车操作方式，二者协同配合形成立体出碴作业。
2.根据权利要求1所述的矿山掘进中立体作业快速出碴方法，具体包括以下步骤(1)出碴开始时，电机车前侧推着两辆空车、后侧牵引着一列空车沿巷道地面轨道驶向工作面，直至电机车前面的空车到达扒装机尾部下方的装车位时停止；(2)扒装机开始扒装，先装尾部下方的第二辆空车，当第二辆空车装满后，电机车牵引此重车和第一辆空车后退一个车长，第一辆空车接着装碴；与此同时，设置在巷道拱顶下方的空中车辆吊运装置开始工作，其吊挂机构将电机车后侧空车中处于最后位置的两辆空车吊起，从空中跨过电机车，一直吊运至扒装机尾部后侧上方的等待下放空车位上，待命下放；(3)上述处于装车位的两辆空车装满后，电机车牵引重车后退，当退出两个车位后，吊置于等待下放空车位的两辆空车受命立即下放至地面铁轨上，这时电机车前进，推着重车、连同刚放下的两辆空车前行，直至前面的两辆空车到达扒装机尾部下方的装车位时停止；这时扒装机又开始装碴，与此同时，吊挂机构又开始将电机车后侧空车中处于最后位置的两辆空车吊运至等待下放空车位上，待命下放；(4)待所有空车依照步骤(3)操作装载后，由电机车牵引着一列重车沿地面轨道驶离工作面，完成一次出碴作业。
3.根据权利要求2所述的矿山掘进中立体作业快速出碴方法，其特征在于所述空中车辆吊运输装置选为单轨吊，其包括工字钢形成的单轨，及能在单轨上往复移动的吊挂机构；该吊挂机构的运行方式通过无线遥控施行。
4.根据权利要求3所述的矿山掘进中立体作业快速出碴方法，其特征在于所述单轨固定联接在巷道拱顶的锚杆上。
5.根据权利要求4所述的矿山掘进中立体作业快速出碴方法，其特征在于所述单轨为选定长度，其由多节工字钢连接而成。
6.根据权利要求5所述的矿山掘进中立体作业快速出碴方法，其特征在于所述单轨随着工作面每推进一段距离，就将单轨上末节工字钢拆解下，将其连接到单轨的前端作为首节，使单轨随工作面向前适宜跟进。
全文摘要
本发明公开了一种矿山掘进中立体作业快速出碴方法，其主要采取电机车沿巷道地面轨道输送车辆操作方式和采取设置在巷道拱顶下方的空中车辆吊运装置吊运空车操作方式，二者协同配合形成立体出碴作业。与传统出碴方法比，效率大幅提高；与联合机出碴方式比，具有投资省，易于实现等优点。
文档编号E21F13/00GK1719001SQ20051004344
公开日2006年1月11日 申请日期2005年5月3日 优先权日2005年5月3日
发明者苏学成, 樊炳辉, 江浩, 张志献, 王传江 申请人:山东科技大学