大采深缓倾斜煤层快速掘进技术研究

1、 附件1山东能源集团科技计划项目申报表项目名称：大采深大断面全岩下山挖掘式装岩机配梭式矿车快速掘进技术研究 申报日期： 2013年1月19日 研究期限： 2012 年 6 月至 2012 年 12 月 项目负责人： 肖庆华 申报单位： 山东能源临矿集团王楼煤矿 二一三年一月制目录一、项目基本信息表（一）单位基本情况（二）项目负责人基本情况（三）项目基本情况二、项目主要内容项目课题组成员项目摘要：国内外研究综述(1000字以内)主要研究内容(2000字以内)主要创新点、先进性(600字以内)研究方法和技术路线(1000字以内)主要技术指标(600字以内)工作基础条件(600字以内)市场需求及产业

2、化前景(600字以内)三、本单位审查、推荐意见一、项目基本信息表（一）单位基本情况单位名称山东东山王楼煤矿有限公司主管部门省国资委单位类型0101.国有企业 02.集体企业03.私营企业 04.有限责任公司05.股份有限公司 06.股份合作企业07.联营企业 08.其它通讯地址山东省济宁市中区喻屯镇王楼煤矿邮政编码 272063单位负责人姓名性别出生年月肖庆华男1975年12月身份证号码联系电话传真37090219751222273x0537-25361990537-2531899手机E-maiiaoqinghua职工总数1922人大专以上人员132人研发人员 20人

3、（二）项目负责人基本情况项目负责人姓名性别出生年月肖庆华男1975年12月身份证号码联系电话传真37090219751222273x138637468360537-2531899手机E-maiiaoqinghua近三年来获得专利授权数 其中发明专利数实用新型数外观设计数 近三年来获得科技进步奖励数 其中国家奖励数省部级奖励数市级奖励数 近三年承担的省级以上科技计划项目(按影响和经费情况列出前5项，项目负责人需列项目课题组前三位)项目名称计划类别项目编号经费数量(万元)负责人（三）项目基本情况项目简介(300字以内)近年来各个煤矿相继引进了一些岩巷掘进机械化作业设备,但

4、由于种种原因大都不能充分发挥其效能,因此如何提高岩巷掘进机械化作业线的效能成为煤炭矿山建设急需解决的关键性问题。经过我矿多方调研，综合各类岩巷掘进机、装岩机实际应用情况，与我矿地质条件结合，我矿引进了中铁五局集团机电有限公司研制的ZWY-120/56.5L型挖掘式装岩机，用与七采轨道下山的施工，为解决后路矸石运输问题我矿引进江西鑫通机械研制的SD-25型梭式矿车，与挖掘式装岩机配套使用，从而发挥最大效能，并于2012年6月份投入试运行。巷道采用先进的机械设备与先进的工艺技术，解决了岩石掘进机施工受岩石硬度系数的局限性，也实现了后路连续出矸。使该巷道的掘进速度得到大大地提高，也为我矿的开采接续工

5、作奠定了坚实的基础。主要技术指标(300字以内)1 挖掘式装岩机的技术参数：挖掘式装岩机的特点：高效、节能、噪音低。挖掘式装岩机的耙爪从岩堆表面往里插入，把岩碴耙进装载机，从扒矸方式上比较合理、不留死角，是一种高效的连续装载设备。主要技术参数：该掘进机的作业范围：宽高=38503600mm，挖取距离为2200mm，挖掘深度为700mm，工作坡度为14；外形尺寸：长宽高=9.92.253米，重量14t；主电机功率为：55Kw，额定工作压力为20Mpa。2 梭式矿车的技术参数：梭式矿车技术参数：容积为25m，载重53t，自重26.3t，电机功率为2*22kw，外形尺寸为：长宽高=16.2161.7

6、63.25m。主要创新点、先进性(此内容作为查新机构的查新点) (600字以内)（1）充分挖掘煤矿机械设备在掘进工作面的使用效能，采取“以长补短”方法，将挖掘式装岩机与梭式矿车联合应用，既解决了挖掘式装岩机在后路运输方面的局限性，同时也发挥了梭式矿车的最大效能，实现在后路没有煤仓的情况下的连续出矸，出矸速度快。（2）采用打眼爆破作业炮孔深度、角度便于控制,适用于各种岩性巷道，利于光面爆破,巷道成型较好，有利于减少巷道支护材料浪费。（3）巷道施工采用一次成巷，不留死角、尾工，连续作业，无需停头。挖掘式装岩机后无浮矸淤煤，有利于现场文明施工及劳动组织管理。（4）巷道临时支护采用初喷浆工艺，此种工艺

7、能够完整的弥补巷道爆破后超挖现象，更好的控制巷道成型，且能够较快的封闭围岩阻止风化的作用，初喷浆工艺的将被裂隙分割开的岩块粘结在一起，保持了岩块间的整体性；复合作用，围岩与喷射混凝土结合成一个复合体，使二者在径向和切向上都共同受力，这种效应改变了围岩的应力状态，有利于提高喷射混凝土和围岩共同承载的能力；增强作用，喷射混凝土充填了围岩四周，使岩面与喷层粘贴的较为平整，因此提高了围岩的强度，也减少了围岩的应力集中，并且相比传统工艺每个循环可节约50分钟的时间，大大提高施工效率。二、项目主要内容项目起始时间2012年6月计划完成时间2012年12月技术领域 02 01.煤炭安全 02.采矿 03.机

8、电（含电力、装备制造） 04.通防、防治水05.交通运输06.地质 07.化工 08.医疗卫生 09.教育10.经营管理（含财务） 11.新能源 12.新材料14.海洋科技 15.资源与节约16.环境与可持续发展 20.生物技术 项目类别 2 1.科研 2.中试 3.新产品开发研究方式 3 1.本单位独立完成 2.产学研结合 3.引进消化再创新合作单位名称中铁五局集团机电有限公司，主要优势 5 4 3 (按优势大小选择三项)1.重大理论突破 2.技术工艺创新突出 3.市场前景广阔4.经济效益显著 5.社会效益显著 6.形成自主知识产权 9.其它项目计划总投资317.7万元其中已完成投资317.

9、7万元计划新增投资来源单位自筹317.7万元金融贷款0万元财政拨款0万元其中:国家财政拨款0万元省科技经费0万元地方政府配套0 万元其它 万元新增投资中科技经费支出预算仪器设备购置及维修费141.4万元能源及材料消耗费61.8万元场地租赁费0万元试验外协费0万元资料印刷费0万元调研差旅费0.1万元鉴定验收费0万元管理费15万元人员劳务费98.4万元其它费用1万元项目课题组成员姓名性别出生年月职称/职务工作单位项目中分工参加月/年肖庆华男1975年12月工程师/矿长山东能源临矿集团王楼煤矿主持项目研究2012年3月齐东合男1967年9月高工/副矿长山东能源临矿集团王楼煤矿主要研究人员2012年3

10、月张俊宝男1966年9月工程师/副矿长山东能源临矿集团王楼煤矿主要研究人员2012年3月任智德男1965年5月研究员/副矿长山东能源临矿集团王楼煤矿主要研究人员2012年3月诸葛祥华男1975年10月工程师/采掘副总山东能源临矿集团王楼煤矿主要研究人员2012年3月董勤凯男1978年4月工程师/防冲副总山东能源临矿集团王楼煤矿主要研究人员2012年3月张信男1987年3月助理工程师山东能源临矿集团王楼煤矿项目研究人员2012年3月王来收男1986年2月助理工程师山东能源临矿集团王楼煤矿项目研究人员2012年3月宋涛男1982年8月助理工程师山东能源临矿集团王楼煤矿项目研究人员2012年3月郭东

11、亮男1983年12月助理工程师山东能源临矿集团王楼煤矿项目研究人员2012年3月王海龙男1985年6月科员山东能源临矿集团王楼煤矿项目研究人员2012年3月张假妮男1982年9月助理工程师山东能源临矿集团王楼煤矿项目研究人员2012年3月刘光饶男1989年4月技术员山东能源临矿集团王楼煤矿项目研究人员2012年3月项目摘要：大采深大断面全岩下山挖掘式装岩机配梭式矿车快速掘进技术研究，主要研究挖掘式装岩机与梭式矿车配合使用劳动组织，介绍了使用初喷浆工艺、挖掘式装岩机、梭式矿车的优点，技术经济指标、劳动组织，以及所产生的经济效益及社会效益。国内外研究综述(1000字以内)耙斗式装载机主要用于铁路隧

12、道施工、矿山平巷掘进、引水洞和国防洞窟施工中的装载作业。在煤矿应用报道少，特别是在大采深大断面全岩下山掘进开拓巷道中应用未见报道，然而混凝土喷射工艺已在矿井施工应用30多年，初期喷射施工工艺较为简单，逐渐趋于成熟。初喷浆工艺在近两年才被提出，现国内主要矿业集团均有矿井在试用研究。我国装载机行业通过十几年的发展走出了一条自主发展的道路，并逐渐发展壮大，牢牢控制了国内90%以上的市场份额。同时国产装载机产品以其出色的性价比优势，已经开始在国际市场上崭露头角，呈现出较好的发展势头。与工程机械其他机种相比，轮式装载机的桥、箱、泵、阀及缸等零部件产品配套相对成熟，已经形成了比较完整的配套体系。 而省内矿

13、山企业对挖掘式装岩机与梭式矿车的应用仍处于初步探索阶段，相关报道较少，经过我矿多方调研，综合各类岩巷掘进机、装岩机实际应用情况，与我矿地质条件结合，我矿引进了中铁五局集团机电有限公司研制的ZWY-120/56.5L型挖掘式装岩机，用与七采轨道下山的施工，为解决后路矸石运输问题我矿引进江西鑫通机械研制的SD-25型索式矿车，与挖掘式装岩机配套使用，从而发挥最大效能。改变以往矿车运输，对运输系统进行改造，在下山安装皮带运输，总长度达1500米，是一种连续生产的高效率耙装矸设备。主要用于下山掘进的装载作业。应用于断面为15.45m2的巷道。岩石的普氏硬度（f）小于等于10，块度小于等于400mm。在

14、挖掘式装岩机配梭式矿车使用的基础上，我矿借鉴其他煤矿的施工经验，进一步提出了自己的研究理论、研究目标，经过了近两年的时间，研究出了自己的一套初喷浆支护成果，并在本矿井主要开拓巷道实施，效果良好。大大提高了巷道施工效率。本机靠履带推进扒取岩石送入自身的刮板输送机，输送机从尾部将岩石卸入梭式矿车。同时可利用反铲挖掘臂扒取远处的岩石，也可以用铲斗来清理工作面。本机采用电动全液压传动，结构紧凑，推进力大，扒取范围广。可以全断面装岩，不留死角，不需人工辅助清理工作面。本机主要动作采用先导阀控制，操作轻松简便，工作平稳无冲击，性能可靠，维修方便。本机具有优良的人性化设计，液压系统采用风冷，有座椅，有驾驶棚

15、，有行程超限、油温超高、油路堵塞、电机过载等报警系统，极大地减轻了工人的劳动强度。司机操作本机时安全、轻松、舒适。主要研究内容(2000字以内)1 影响岩巷掘进速度的主要因素：1.1施工机械：煤矿综采、综掘机械化水平和技术不断提高，而岩巷掘进机械设备受岩石硬度及施工作业环境的影响，普通的掘进机难以达到所需的截割强度和电机功率，而国外同类产品虽然质量较好但造价极高，难以引进。故现有的岩巷掘进仍停留在原来的水平，即风钻打眼、耙斗机装岩、1t1.5t矿车运输。机械设备的相对落后，严重制约了岩巷单进的提高。1.2 光爆质量影响：光爆的主要因素是：打眼数量、打眼质量、装药量及装药结构。光爆质量不好，存在

16、的问题主要是超挖，巷道超挖后危害有四：一是造成了预应力分布不均衡；二是造成出碴多；三是浪费喷浆材料；四是延长了施工时间，最终影响了岩巷单进的提高。1.3 岩性与循环进尺：循环进尺的高低主要取决于巷道岩性、炮眼深度和炮眼的质量。较硬的岩石巷道，炮眼可深一些，循环进尺也就高；较软的岩石巷道，采取短掘短支后，循环进尺低，则岩巷单进也低。1.4 循环率与排矸运输：工作面放炮后，车皮供应不及时，再加上矿车的容积小，造成工作面的矸石不能及时排出，也就无法进行下一个循环施工，这是影响岩巷单进的又一重要因素。2 劳动组织2.1 施工工艺流程 后路梭式矿车出矸 打下部眼-爆破-挖掘式装岩机出矸初喷浆（临时支护）

17、打锚杆挂网打上部眼挖掘式装岩机出矸支护帮部复喷浆支护此种施工工艺具有以下优点：炮孔深度、角度便于控制,利于光面爆破,挖掘式装岩机出矸节约出矸时间较短，提高了安全性降低噪音、粉尘,改善了工作环境,减少职业病尘肺病的发生, 采用巷道初喷作为临时支护，降低了支护材料成本、工人劳动强度。2.2 初喷浆支护在技术人员和实际操作人员经过一段时间的现场摸索、改进，初喷浆工艺改进后的良好效果在以下几方面逐渐表现了出来。2.2.1 增强了施工安全性由于我矿施工巷道揭露岩层多为稳定性较差岩层，巷道开挖后后，围岩稳定时间较短，经过暴露风化，岩石会出现碎块掉落现象，现在爆破后，先进行初喷浆，围岩得到及时封闭，稳定性得

18、到加强，施工现场安全性得到很大提高，顶板类轻微伤害事故降低至零。2.2.2 施工进度加快以前放炮后，临时支护使用前探梁，现场操作即繁琐又浪费时间，巷道顶部锚网支护完后，前探梁还要进行拆除，前后时间大约要90120分钟，现在使用初喷浆作为临时支护，大概需要3045分钟，每循环可节约4590分钟，即缩短了循环时间，又提高了循环率，进而加快了施工进度，全月可提高进尺68米。2.2.3 现场巷道观感好，工程内在质量好，工程优良率得到提高初喷浆工艺未改进时，由于岩石暴露风化，加上因岩面不平整造成锚杆角度不协调一致，导致施工现场未成巷段观感较差，同时巷道初喷后，喷体孔隙多，工程内在质量不能保证；初喷浆工艺

19、改进后，巷道壁面平整度好，锚网贴紧巷道壁面，巷道未成巷段观感较好，且巷道复喷后，喷体几乎无孔洞，工程内在质量有了很大保证，经过对喷体现场取样进行强度检验，试件强度均大于设计值，工程优良率大大提高。2.3 出矸方式：应用履带式耙斗装载机，配合2节矸石仓装岩排矸,可以实现连续排矸，梭式矿车内的矸石装矿车后经电瓶车运至矸石仓改变以往传统的直接经矿车运输的模式，能够将掘进迎头的矸石第一时间扒出，该装岩排矸方式一次用时需约20分钟，比使用普通耙斗式耙装机倒矸时间少用30分钟/次，大大提高了人工效率, 降低劳动强度，缓解了车皮供应不及时对迎头掘进的影响，大大减少每循环时间，为高效、快速、安全掘进奠定了坚实

20、的基础。主要创新点、先进性(600字以内)1 充分挖掘煤矿机械设备在掘进工作面的使用效能，采取“以长补短”方法，将挖掘式装岩机与梭式矿车联合应用，既解决了挖掘式装岩机在后路运输方面的局限性，同时也发挥了梭式矿车的最大效能，实现在后路没有煤仓的情况下的连续出矸，出矸速度快。2 采用打眼爆破作业炮孔深度、角度便于控制,适用于各种岩性巷道，利于光面爆破,巷道成型较好，有利于减少巷道支护材料浪费。3 巷道施工采用一次成巷，不留死角、尾工，连续作业，无需停头。挖掘式装岩机后无浮矸淤煤，有利于现场文明施工及劳动组织管理。4 巷道临时支护采用初喷浆工艺，此种工艺能够完整的弥补巷道爆破后超挖现象，更好的控制巷

21、道成型，且能够较快的封闭围岩阻止风化的作用，初喷浆工艺的将被裂隙分割开的岩块粘结在一起，保持了岩块间的整体性；复合作用，围岩与喷射混凝土结合成一个复合体，使二者在径向和切向上都共同受力，这种效应改变了围岩的应力状态，有利于提高喷射混凝土和围岩共同承载的能力；增强作用，喷射混凝土充填了围岩四周，使岩面与喷层粘贴的较为平整，因此提高了围岩的强度，也减少了围岩的应力集中，并且相比传统工艺每个循环可节约50分钟的时间，大大提高施工效率。研究方法和技术路线(1000字以内)经过现场实际应用，分析研究王楼煤矿应用履带式耙斗装载机，配合2节矸石仓装岩排矸经长距离皮带运输,可以实现连续排矸，能把一次爆破产生的

22、矸石放到梭式矿车，且从梭式矿车出矸时迎头可以平行施工打锚杆、喷浆、打眼等工序。同时巷道采用初喷浆支护，节约了巷道支护成本，提高是供效率，加强了巷道施工期间的安全。分析研究经济、社会效益及推广应用前景，特别是在大采深下山开拓条件下的履带式耙斗装载机技术参数研究，选取针对性的施工工艺参数，并组织实施。1 挖掘式装岩机的特点挖掘式装岩机靠履带推进扒取岩石送入自身的刮板输送机，输送机从尾部将岩石卸入梭式矿车。同时可利用反铲挖掘臂扒取远处的岩石，也可以用铲斗来清理工作面。挖掘式装岩机的耙爪从岩堆表面往里插入，把岩碴耙进装载机，从扒矸方式上比较合理、不留死角，是一种高效的连续装载设备。挖掘式装岩机采用电动

23、全液压传动，结构紧凑，推进力大，扒取范围广。可以全断面装岩，不留死角，不需人工辅助清理工作面。本机具有优良的人性化设计，液压系统采用风冷，有座椅，有驾驶棚，有行程超限、油温超高、油路堵塞、电机过载等报警系统，极大地减轻了工人的劳动强度。司机操作本机时安全、轻松、舒适。高效、节能、噪音低。2 梭式矿车的特点梭式矿车的特点：即可单车使用，也能若干台结成列运行;容积大，能连续装载，自动卸渣;既能承担运矸设备，又可作为大的储仓使用。3 初喷浆工艺特点能够使围岩得到及时封闭，稳定性得到加强，施工现场安全性得到很大提高，节约施工时间，提高施工效率，提高工程质量，有助于减少材料浪费现象。主要技术指标(600

24、字以内)1 ZWY120/56.5L型履带式挖斗装载机其主要技术参数为： 项 目 单位 数值装载能力 m3/h 120挖掘宽度 mm 3850挖掘高度 mm 3600挖掘深度 mm 700卸载高度 mm 2550额定工作压力 MPa 20行走速度 m/s 0.3-0.6爬坡能力 度 14接地比压 MPa 0.1主电机功率 kw 56.5整机重量 kg 14000外形尺寸（长宽高）mm 9900225030002 SD25型梭式矿车主要技术参数型号 防爆型最大装车容积 25m3最大载重量 53吨接载高度 1544毫米梭车轨距 600毫米梭车自重 26.3吨满载卸料时间 约6.5分钟外形尺寸（长宽

25、高） 1621617603250毫米3 主要技术经济指标：每循环在册人数 15人每循环出勤人数 12人出勤率 80%循环进尺 1.6m效率 0.09m/工月循环次数 60个月进尺 86.4m循环率 90%树脂锚杆消耗 19.13套/m树脂锚固剂消耗 21.13套/m锚索 1套/m金属网消耗 12.65m2/m坑木消耗 0.022m3/m炸药消耗 10.94Kg/m雷管消耗 46.25个/m 喷浆料消耗 1.6 m3/m 工作基础条件(600字以内)山东东山王楼煤矿有限公司专业技术人员层次高、业务水平强，具有多年的矿井开采经验，拥有一批知识面广、作风扎实、年富力强的专业技术队伍；具备了较强的业务

26、技术素质和现场施工经验,是一支具有多年从事掘进施工的专业队伍，拥有多名操作熟练的装载机司机及锚网喷巷道支护人员，有一套成熟可靠的综合机械化掘进技术经验。但是为了达到各种指标还必须做到以下几点：1、需严格控制好光面爆破效果,使巷道岩面有较好的平整度,以确保初喷浆时喷层厚度均匀,起到减少回弹的作用,避免低凹处喷体过厚坠落,增强喷体均匀承载能力。2、施工中应加强现场管理和人员培训,只有做好这些工作,才就能达到“事半功倍”的效果,否则,将不快反慢,不省反费。如喷浆机司机,应保持上料的连续、均匀;同时要掌握好初喷时间,预先将速凝剂拌在干料中,比临时掺入要好,但掺入过早易受潮结块,亦影响质量;搅拌料的存放时间不能超过规定时间,即使在规定时间内,也要防水防潮,防止混入杂物；掌握好配合比,合理的配合比是保证喷射土质量的重要措施,因初喷浆厚度小,为保证喷射质量和减少回弹,可适当调低粗骨料的比例。市场需求及产业化前景(600字以内)应用履带式耙斗装载机，配合2节梭式矿车装岩排矸,可以实