非爆破式矿井巷道水切割掘进方法与流程

本发明属于矿井生产建设技术领域，主要涉及非爆破式矿井巷道水切割掘进方法。

背景技术：

在矿井巷道建设中常采用机械挖掘或爆破的方式来进行巷道的挖掘，但这些方式都会引起巷道周围岩石的振动，对巷道挖掘产生不利影响，化学破碎剂静力破岩法，静力破碎剂使用范围有一定的局限性，与炸药相比，能量不如炸药大，钻孔多，破碎效果受气温及施工人员经验影响较大；液压劈裂机静力破岩法，劈裂面积较小，对岩石的坚硬度要求高，岩石越坚硬，抗拉性越脆弱，劈裂效果就越好，因岩石硬度不均匀而使掘进巷道的效率降低；巷道铣挖法施工，适用范围相对较小，对于围岩强度较高的巷道，掘进效率低或无法掘进，岩石巷道掘进的成本相对较高，掘进时会产生一定的粉尘。

目前还有采用水钻机进行钻孔破碎岩石形成巷道面，这种方式由于岩体岩石较坚硬，会造成砖头磨损严重而无法钻孔，因此需要更换大量钻头，增加巷道挖掘成本，而且钻头钻取的岩芯需要从钻头中取出，费时费力，投入人力物力交大，严重影响挖掘时效；并且在煤矿井下作业时会受矿井内瓦斯聚集的影响会产生爆燃，特别是水钻机的钻头在煤岩中高数旋转，如果浇水不及时或不到位的情况就会发生钻头与坚硬的煤岩石摩擦产生火花，若聚集大量瓦斯就会瞬间燃爆，危险性极高。

因此，急需一种简便、稳定、省力、无爆破破坏力和无煤岩摩擦火花产生的巷道挖掘方式来提升巷道挖掘工作效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供了一种非爆破式矿井巷道水切割掘进方法，在矿井巷道掘进面边沿投射激光轮廓线，用水切割机喷射的高压水流沿激光轮廓线缓慢切割，然后在巷道掘进面斜向切割，再交叉斜向切割，致使切割岩石破裂沿切割面滑落，简便、稳定、省力、无爆破破坏力的切割方式使巷道挖掘的工作效率得到提升。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

非爆破式矿井巷道水切割掘进方法，包括如下步骤：

第一步，巷道轮廓设定：矿井巷道中心线架设激光投射装置，并在矿井巷道掘进面上投射出巷道的拱形激光轮廓线；

第二步，架设水刀切割机械手臂：矿井巷道中线上设置多轴机械臂，且设置于激光投射装置的后方，多轴机械臂的夹具夹持水刀切割机头，水刀切割机头通过管路连接高压供水设备；

第三步，选取掘进面高压水流入射点：手动遥控多轴机械臂夹持的水刀切割机头选取投射在巷道掘进面的激光轮廓线上某个线点作为喷射高压水流入射点；

第四步，沿激光轮廓线切割：手动遥控多轴机械臂夹持的水刀切割机头沿激光轮廓线缓慢移动，水刀切割机头喷射高压水流由入射点沿激光轮廓线切割，使水刀切割机头喷射的高压水流能够通过巷道掘进面在岩体内切入的更深，切割纵深为1.5～2米；

第五步，巷道掘进面斜向切割：完成轮廓切割后，手动遥控多轴机械臂夹持的水刀切割机头倾斜于巷道掘进面进行高压水流喷射进行斜向切割，喷射水流与巷道掘进面的入射角度倾斜呈25°～45°夹角状，水刀切割机头沿巷道掘进面纵向逐层倾斜切割；

第六步，切割面相交岩石断裂：水刀切割机头斜向切割的切线与巷道轮廓切线相交，相交处的岩石断裂，因水刀切割机头沿巷道掘进面逐层倾斜切割，断裂的岩石呈条板状叠压在一起；

第七步，条板岩石斜切破碎：水刀切割机头横向斜切条板岩石，与条板岩石的切割面形成交叉切割，条板岩石被切断后沿切割面破碎滑落；

第八步，清理破碎岩石。

所述巷道掘进面斜向切割时有两种切割方式，一种是沿沿巷道掘进面由下至上的逐层斜向切割，另一种是沿沿巷道掘进面由上至下的逐层斜向切割。

所述条板岩石斜向切割方式有两种，一种是由下至上的横向斜切割，另一种是由上至下的横向斜切割。

所述巷道掘进面纵向逐层斜向切割与轮廓线切割呈交叉切割，且切割后的掘进面岩体上形成若干层斜向切割面，由此两个倾斜对称且平行的切割面之间形成条板状岩石。

所述巷道轮廓线切割、巷道掘进面斜向切割和巷道掘进面条板岩石斜向切割在切割时均缓慢切割以延伸切割纵深深度。

本发明有益效果：

1、避免了采用机械直接作用在巷道掘进面上造成的巷道周围岩石的振动，同时也杜绝了挖掘设备与矿石产摩擦产生火花引爆瓦斯的情况，安全性较高；

2、切割岩石采用喷射高压水流的切割机，适应不同岩石层的切割，适应性较强；

3、无需更换刀头，维护方便，省时省力，节约生产成本；

4、对巷道掘进岩体进交叉切割，切割的岩体体积较大，掘进空间大，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明巷道轮廓投影设定示意图；

图2为本发明巷道掘进面斜向切割示意图；

图3为本发明巷道掘进面再次斜向切割与条板岩石相切示意图；

图4为本发明巷道掘进体切割面相交岩石断裂示意图。

轮廓线切割面1、巷道掘进面斜向切割面2、轮廓线切割面与巷道掘进面斜向切割面交叉切割点3、巷道掘进面条板岩石斜向切割面4、巷道掘进面斜向切割面与条板岩石交叉切割点5、巷道掘进面6、巷道掘进面斜向切割高压水流入射角7、巷道掘进面条板岩石斜向切割高压水流入射角8、拱形激光轮廓线10、激光投射装置11、轮廓切割线12、巷道掘进面斜向切割线13、条板岩石14、多轴机械臂15、水刀切割机头150、高压供水设备151、巷道掘进岩体61、条板岩体碎石62。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

非爆破式矿井巷道水切割掘进方法，包括如下步骤：

第一步，巷道轮廓设定：由图1所示，矿井巷道中心线架设激光投射装置11，并在矿井巷道掘进面上投射出巷道的拱形激光轮廓线；

第二步，架设水刀切割机械手臂：由图1所示，矿井巷道中线上设置多轴机械臂15，且设置于激光投射装置11的后方，多轴机械臂15的夹具夹持水刀切割机头150，水刀切割机头150通过管路连接高压供水设备151；

第三步，选取掘进面高压水流入射点：手动遥控多轴机械臂15夹持的水刀切割机头150沿激光轮廓线缓慢移动，且选取投射在巷道掘进面的拱形激光轮廓线10上某个线点作为水刀切割机头150喷射的高压水流入射点；

第四步，沿激光轮廓线切割：水刀切割机头150喷射高压水流由入射点沿激光轮廓线切割，切割时水刀切割机头150沿激光轮廓线缓慢移动，使水刀切割机头150喷射的高压水流能够在巷道掘进面上射入的更深，切割的更深，切割纵深为1.5～2米；

第五步，巷道掘进面斜向切割：由图2所示，完成轮廓切割后，水刀切割机头150倾斜于巷道掘进面进行高压水流喷射，喷射水流与巷道掘进面的入射角7倾斜呈25°～45°夹角状，形成巷道掘进面斜向切割面2，若干条巷道掘进面斜向切割线13垂直于轮廓切割线12。

第六步，切割面相交岩石断裂：由图3所示，水刀切割机头150斜向切割的切面与水刀切割机切割的轮廓切面相交，形成轮廓线切割面与巷道掘进面斜向切割面交叉切割点3，相交处的岩石断裂，断裂的岩石呈条板状，为条板岩石14；

第七步，条板岩石斜切破碎：由图4所示，再次采用水刀切割机头150斜向切割条板岩石14，形成巷道掘进面条板岩石斜向切割高压水流入射角8，且与条板岩石14交叉切割，形成巷道掘进面斜向切割面与条板岩石交叉切割点5，由于高压水流斜向切割岩石留有切割缝隙形成切割面，条板岩石被切断后沿切割面破碎滑落；

第九步，切割后的碎裂岩石滑落，随后清理破碎岩石，清理碎石后的空间即为巷道空间。

所述巷道掘进面斜向切割时有两种切割方式，一种是沿沿巷道掘进面由下至上的逐层斜向切割，另一种是沿沿巷道掘进面由上至下的逐层斜向切割。

所述条板岩石斜向切割方式有两种，一种是由下至上的横向斜切割，另一种是由上至下的横向斜切割。

所述巷道掘进面纵向逐层斜向切割与轮廓线切割呈交叉切割，且切割后的掘进面岩体上形成若干层斜向切割面，由此两个倾斜对称且平行的切割面之间形成条板状岩石。

所述巷道轮廓线切割、巷道掘进面斜向切割和巷道掘进面条板岩石斜向切割在切割时均缓慢切割以延伸切割纵深深度，水刀切割机头150切割煤矿岩石的厚度可根据需要对刀切割机头150不同直径的喷头进行更换，更换喷头直径范围5mm～20mm，由于喷射的水流压力大速度快，因此，煤矿岩石的的切割面厚度均大于喷射的高压水流直径。

由于矿井巷道所掘进的煤层结构复杂，有较大块的煤矿石，也有较小或松软的煤矿石，但水刀切割机头所喷射的高压水流不受矿石结构的影响，能够持续有效的切割岩石体。

本掘进方法避免了采用机械直接作用在巷道掘进面上造成的巷道周围岩石的振动，同时也杜绝了挖掘设备与矿石产摩擦产生火花引爆瓦斯的情况，安全性较高；切割岩石采用喷射高压水流的切割机，适应不同岩石层的切割，适应性较强；无需更换刀头，维护方便，省时省力，节约生产成本；对巷道掘进岩体进交叉切割，切割的岩体体积较大，掘进空间大，提高工作效率。

本发明的描述和应用都只是说明性和示意性的，并非是想要将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施方式的变形和改变是完全可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说，实施方式的替换和等效的各种部件均是公知的。本领域技术人员还应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现，以及在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。