一种快速掘进坚硬岩层巷道的方法与流程

本发明属于煤矿巷道掘进技术领域，具体地说，涉及一种快速掘进坚硬岩层巷道的方法。

背景技术：

岩层巷道掘进是煤矿开采的一个关键环节，是煤矿开采领域持续关注和研究的热点，传统的岩巷掘进主要采用风排凿岩机人工打眼的方法，近年来，随着研究的不断开发，在岩巷掘进机械装备及掘进技术方面有不少改进，但成熟应用及效果均不理想，例如盾构机只能在大断面及长距离巷道应用，综掘机不适应坚硬岩石掘进等。

目前，应用最广泛的坚硬岩层掘进技术即掏槽爆破掘进技术，现有的掏槽爆破掘进技术普遍采用凿岩台车等机械打眼设备进行浅眼多循环作业，该工艺因掏槽眼眼孔直径与其他爆破眼孔直径一致，均比较小，掏槽效果差，导致爆破效果差、循环进度低、掘进效率低等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中上述的不足，本发明提供了一种快速掘进坚硬岩层巷道的方法，能够有效提高掘进效率，缩短掘进时间。

为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种快速掘进坚硬岩层巷道的方法，包括如下步骤：s1，采用掏槽装置在工作面中部沿巷道走向向前施工直径为d1，深度为l的掏槽孔，随后退出掏槽装置至爆破安全区；s2，采用钻孔装置在工作面中进行中深孔凿眼，得到直径为d2，深度为m的炮眼，随后退出钻孔装置至爆破安全区，其中d2＜d1；s3，装药爆破掘进，每循环掘进尺寸为n，n≤m；s4，装矸并将矸石运出巷道；s5，重复步骤s2-s4，直至掏槽孔剩余长度小于每循环掘进尺寸，即l-xn＜n，其中2≤x≤12；s6，重复步骤s1-s5，依次循环实现快速掘进。

通过在工作面中部施工大孔径掏槽孔，该掏槽孔不作为炮眼，只是用来增加爆破自由面，以提高爆破效果和循环进度；使用掏槽装置施工大直径掏槽孔时，一次性施工长距离钻孔，为后期x个循环一次性形成掏槽孔，降低掏槽装置施工频次，为实施爆破提供更多时间，提高循环次数，增加掘进效率，实现了岩巷快速掘进。

作为优选的，本发明的循环次数x为8～12次，更进一步大大的降低了掏槽装置的施工时间，提高掘进效率。

作为优选的，步骤s1中，掏槽装置为掏槽钻机。具体的选用cms1-6500/75型煤矿用液压钻车，该装置是新一代履带行走的钻孔取芯设备，最大扭矩6500n,电机功率75kw。此液压钻车以防爆电机为动力带动回转机构驱动钻具及液压泵进行钻孔取岩芯研究及掏槽孔作业，可以安全高效的实现对坚硬岩层的大孔径长距离钻孔。

作为优选的，掏槽孔布置在巷道断面的正中位置，掏槽孔的直径d1和深度l分别满足：400mm≤d1≤600mm，8m≤l≤20m。将掏槽孔布置在正中位置，能够很好的配合周围布置的掏槽眼，起到最大限度的增加自由面的作用；掏槽孔的直径d1设置为400mm～600mm，是结合工作面的尺寸、掏槽钻机的工作能力以及自由面与循环进度之间的关系等共同确定的，以最大限度的保证高效安全的爆破掘进为目的。

炮眼包括掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼；炮眼的直径d2，深度m分别满足：30mm≤d2≤35mm，1.6m≤m≤2.5m。本发明的掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼是结合现有技术设计的，掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼的直径和角度等不尽相同，需要根据具体岩层断面情况进行相应的设计。本发明的炮眼深度较现有技术的炮眼深度(1.0m-1.6m)深，现有技术下，炮眼深度过深则爆破效果差，爆破不完全，而本发明由于在工作面中部施工了大直径长距离掏槽孔，使得爆破自由面增加，爆破效果强，从而使得本发明可以在中深孔炮眼深度条件下也能够达到较好的爆破效果，从而有效提高了循环进度。在其他某些矿井断面参数下，各炮眼的尺寸不限于本发明限制的炮眼尺寸范围，主要还是根据实际矿井断面的参数进行设计。

作为优选的，掏槽眼采用楔形掏槽，掏槽眼的数量为4～6个，掏槽眼排列成2列，2列掏槽眼对称分布在掏槽孔两侧，且位于巷道中部偏下的位置。楔形掏槽是尽量在炮眼底集中装药，使炸药爆炸时形成更大的威力把岩石爆破成抛掷漏斗，集中装药在眼底呈一条直线。掏槽眼的数量可根据具体情况进行设计。

作为优选的，掏槽孔的中心线与掏槽眼的中心线之间的距离为450mm～550mm。合理的设计掏槽孔与掏槽眼之间的距离，有利于更好的增加爆破效果，提高循环进度。

作为优选的，步骤s2中，钻孔装置为钻装机、凿眼台车等设备中的一种，进一步优选的，采用钻装机的钻孔功能进行炮眼的钻孔。作为优选的，步骤s4中，采用钻装机的蟹爪进行装矸，并利用钻装机二运刮板将矸石转运至后方矿车或皮带运输机运出地面。

具体的，本发明的钻装机采用cmzy2-120/18煤矿用钻装机，该钻装机是一种集凿岩与装载出矸于一体的高效综合掘进设备，由八部分组成，分别为履带行走机构、反铲机构、凿岩机构、机架、刮板运输机、液压系统、水路系统和电气系统，可以实现钻孔、装矸、排矸等功能，一组装置即可实现多种功能，无需过多配置设备，机械化水平高，可以大大减少人工劳动力。

作为优选的，爆破进度n满足：1.4m≤n≤2.2m。本发明的爆破进度，是在增加了掏槽孔后有效提高了的爆破进度。

作为优选的，本发明的方法用于在岩层的普氏系数f在8～11范围内的坚硬岩巷进行掘进。能够实现在坚硬的岩层中高效掘进的有益效果。

本发明的有益效果是：

(1)循环进度高、掘进效率高。本发明采用掏槽装置在岩巷中部施工大直径掏槽孔，掏槽孔的设置增加了爆破自由面，提高了爆破效果和循环进度，使得循环进度由现有技术70％左右提高至88％左右；使用掏槽装置施工大直径掏槽孔时，一次性施工长距离钻孔，为后期x个循环一次性形成掏槽钻孔，降低掏槽装置施工频次，为实施爆破提供更多时间，提高循环次数，增加掘进效率，实现了岩巷快速掘进；由于掏槽孔的存在，增大了爆破自由面，使得中深孔的炮孔也能实现较好的爆破效果，增加了循环尺寸；本发明采用机械化设备施工掏槽孔和炮眼，缩短打眼时间，也有利于提高掘进效率。

(2)减少职工劳动强度，减少用工。本发明采用机械化钻孔和机械化装矸等代替了人工打眼和耙斗司机装矸，大大减少了职工的劳动强度，减少了用工量。

(3)具有较高的经济效益和安全效益。提高岩巷掘进机械化水平，经济安全效益显著，实现矿井安全高效发展。

(4)提高岩巷掘进机械化和单进水平，缩短岩巷掘进施工时间，为煤巷掘进工作面治灾争取时间，缓解矿井采掘接替紧张局面。

附图说明

图1为本发明实施例的炮眼布置图，图1(a)、图1(b)、图1(c)分别为炮眼布置图三个方向的视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

以下结合具体实施例对本发明的方法进行进一步的说明。

实施例和对比例的掘进坚硬岩层巷道的方法，均在龙滩煤矿进行实施，龙滩矿井位于华蓥山中段煤田北部，广安市城东约40km，隶属广安市前锋区桂兴镇、邻水县柑子镇和达州市大竹县欧家镇所辖。

实施例和对比例的巷道断面参数相同，具体为：巷道按三心拱断面设计，巷道净宽5000mm，直墙高2500mm，中顶高1000mm，全净高3500mm，巷道净断面积为s净＝15.95m²，s掘＝16.18m²。

实施例中，掏槽装置为掏槽钻机，具体为cms1-6500/75型煤矿用液压钻车。

实施例和对比例中钻孔、装矸及运输装置均采用cmzy2-120/18煤矿用钻装机。

实施例的炮眼布置图如附图1所示，对比例的炮眼布置图与实施例的区别在于：(1)对比例无掏槽孔，(2)对比例的掏槽眼的眼深为1.6m，对比例的辅助眼、周边眼和底眼的眼深均为1.4m。

实施例的炮眼参数如表1所示，对比例与实施例的炮眼参数的区别仅在于：对比例的掏槽眼的眼深为1.6m，对比例的辅助眼、周边眼和底眼的眼深均为1.4m

实施例和对比例的炮眼直径均为32mm。

表1实施例的炮眼参数

实施例和对比例的爆破用药量根据炮眼深度和岩层情况确定。

实施例

本实施例提供一种快速掘进坚硬岩层巷道的方法，包括如下步骤：

s1，采用掏槽钻机在工作面正中位置沿巷道走向向前施工直径为400mm，深度为10m的掏槽孔，随后退出掏槽钻机至爆破安全区；

s2，采用钻装机的钻孔功能在工作面中进行中深孔凿眼，得到掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼，随后退出钻孔装置至爆破安全区，各炮眼的具体尺寸如表1所示；

s3，装药爆破掘进，每循环掘进尺寸为n；

s4，采用钻装机的蟹爪进行装矸，并利用钻装机二运刮板将矸石转运至后方矿车或皮带运输机运出地面；

s5，重复步骤s2-s4，直至掏槽孔剩余长度小于每循环掘进尺寸，即l-xn＜n，其中2≤x≤12；

s6，重复步骤s1-s5，依次循环实现快速掘进。

对比例

本对比例提供了一种掘进坚硬岩层巷道的方法,具体包括如下步骤：

s1，采用钻装机的钻孔功能在工作面中进行凿眼，得到掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼，随后退出钻孔装置至爆破安全区，各炮眼的具体参数如表1所示；

s2，装药爆破掘进，每循环掘进尺寸为n；

s3，采用钻装机的蟹爪进行装矸，并利用钻装机二运刮板将矸石转运至后方矿车或皮带运输机运出地面；

s4，重复步骤s1-s3，依次循环进行掘进。

实验例

按照实施例的方法掘进时，采用三八制，一个班为准备班，负责施工掏槽孔，另外两个班为掘进班，每个班2个循环；按照对比例的方法掘进时，采用三八制，每个班掘进2个循环。计录实施例和对比例的掘进方式实施时的每循环掘进尺寸、日进度、月进度等，并计算循环进度，结果表2所示：

表2实施例和对比例的掘进方法的结果对比

由表2的结果可以看出：实施例的循环进度和月进度均远远高于对比例的循环进度和月进度；说明采用本发明的掘进岩层巷道的方法能够有效提高掘进效率，缩短掘进时间；这主要是由于实施例采用掏槽钻机在岩巷中部施工大直径掏槽孔，掏槽孔的设置增加了爆破自由面，提高了爆破效果和循环进度；使用掏槽钻机施工大直径掏槽孔时，一次性施工长距离钻孔，为后期4个循环一次性形成掏槽钻孔，降低掏槽钻机施工频次，为实施爆破提供更多时间，提高循环次数，增加掘进效率，从而实现了岩巷的快速掘进。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。