煤矿岩巷机械化高效掘进的关键应用集成技术研究

煤矿岩巷机械化高效掘进的关键

应用集成技术研究

1

立项背景和目的2

项目研究的关键技术

5

推动技术进步或科学发展的作用，推广效果

3

项目的创新点4

主要技术经济指标及与国内外同类项目对比6

研究成果产生的经济效益和社会效益1立项背景和目的近二十年来，我国采煤技术、工艺和装备发展很快，而在矿建方面，特别是岩巷施工技术、工艺和配套装备不尽如意，岩巷施工速度甚至低于立井的施工速度。以邢台矿区为例，岩巷平均月进50～70m，最高100m/月左右。为避免采掘严重失调，实现矿井稳产、高产和新建矿井尽快达产，开展风动凿岩机、液压钻车和掘进机三类典型作业形式的岩巷机械化高效掘进关键技术与应用研究显得尤为迫切。2

项目研究的关键技术含节理岩体控制爆破机理研究岩巷机械化掘进的关键技术与设备选型中深孔控制爆破技术——准楔形复式掏槽锚喷二次支护技术主要掘进装备选择连续排矸组合系统施工组织管理系统三类典型岩巷作业模式的应用实践风动凿岩机作业线——显德汪矿液压钻车作业线——邢东矿掘进机作业线——东庞矿2.1

含节理岩体控制爆破机理研究

（1）节理岩体爆生裂纹扩展模型试验：

动焦散线试验、超动态应变测试（2）中深孔掏槽爆破模型试验研究研究目的：为运用定向断裂控制爆破技术改善巷道成形质量和提高掏槽爆破效率提供理论基础。

2

项目研究的关键技术（1）节理岩体爆生裂纹扩展模型试验爆破动焦散线试验系统2.1

含节理岩体控制爆破机理研究

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项目研究的关键技术注：中国矿业大学（北京）与北京大学合作研制（1）节理岩体爆生裂纹扩展模型试验2.1

含节理岩体控制爆破机理研究

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项目研究的关键技术不同夹角的爆破裂纹扩展效果d=1.5cm、4.5cmd=4cm

ω=30o

ω=450

ω=90o

不同距离的爆破裂纹扩展效果

裂纹扩展方向与层节理不同夹角及炮孔与层节理不同距离时的裂纹扩展效果：爆生裂纹在扩展穿过节理面时，裂纹有一定的偏移。T=37μst=67.7μs

t=76.4μs

t=118μst=157μs

t=179μst=246μs动焦散线图片2.1

含节理岩体控制爆破机理研究

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项目研究的关键技术（1）节理岩体爆生裂纹扩展模型试验动焦散线图片反映了爆破裂纹的扩展过程，可准确获得不同时间的爆破裂纹尖端扩展位置、速度、加速度和动态应力强度因子等断裂动力学特征量。（2）中深孔掏槽爆破模型试验研究采用模型试验，研究掏槽爆破深度、装药结构、装药量及其炮孔利用率之间关系。研究结论：随装药量增大，爆破漏斗体积逐渐增加，但单位装药量的介质破碎体积存在极值。因此，如炮孔深度一定，掏槽爆破应选取最佳装药量；如堵塞长度一定，则应选取最佳孔深。相同条件下，单孔爆破漏斗的炸药单耗较小，多孔爆破漏斗的炸药单耗较大；单孔爆破大块率比多孔爆破要高。槽腔底部介质破裂是保证掏槽效果的基本条件。2.1

含节理岩体控制爆破机理研究

2

项目研究的关键技术（1）中深孔控制爆破技术——准楔形复式掏槽（2）锚喷二次支护技术（３）主要掘进装备选择：CMJ17履带式液压钻车EBZ-300型掘进机LWL-100B移动式挖斗装载机（４）三类皮带运输排矸组合系统（５）施工组织管理系统2

项目研究的关键技术2.2岩巷机械化掘进的关键技术与设备配套（１）中深孔控制爆破技术——准楔形复式掏槽布置形式与楔形掏槽近似，但具体参数不同于楔形、直眼掏槽。技术要点：

①3对主掏槽眼；2对辅助掏槽眼；1对中心眼。

②中心眼比掏槽眼超深200mm，掏槽眼深可与循环炮孔深一致；③掏槽眼尽量采用大药径炸药；④中心眼迟于主掏槽眼起爆，可与辅助掏槽眼同时起爆。2

项目研究的关键技术2.2岩巷机械化掘进的关键技术与设备配套（１）中深孔控制爆破技术——准楔形复式掏槽广泛适用于大小断面的中深孔、深孔的软、硬岩石爆破；掏槽方式简单、掏槽效果好、炮眼利用率高、适应性广。主要特点：2

项目研究的关键技术中心眼作用：①克服岩石“再生”，有利于槽腔清渣。②后爆中心孔为主掏槽眼爆破起到空孔导向作用。2.2岩巷机械化掘进的关键技术与设备配套（２）锚喷二次支护技术锚杆布置示意图锚杆支护断面示意图工艺流程：爆破出碴→初喷（临时支护）→打锚杆眼→安装锚杆→喷浆（第一次支护）→打锚杆眼→安装锚杆→挂网→复喷（第二次支护）。2

项目研究的关键技术2.2岩巷机械化掘进的关键技术与设备配套（３）主要掘进装备选择：CMJ17履带式液压钻车①凿岩速度快，效率高。比气动凿岩机提高2倍以上。②劳动强度低，人员少，安全可靠。2

项目研究的关键技术EBZ-300型掘进机LWL-100B移动式挖斗装载机全断面装岩，连续快速出矸。工作臂作业范围大，自带皮带与运输皮带无缝衔接。安全性高。机械臂扒矸，工人作业安全。通用性强。履带式行走，爬坡能力强，适用上下山巷道。操作轻松。故障检测、电路保护系统，全液压传动。2.2岩巷机械化掘进的关键技术与设备配套（４）岩巷三类皮带运输排矸组合系统A.水平矸石仓1000米岩巷掘进，建议矸石仓高度≥8m、直径≥4m，容量为1~2个循环出矸量。挖斗机配合皮带、矸石仓示意图2

项目研究的关键技术2.2岩巷机械化掘进的关键技术与设备配套B.移动矸石仓一对梭车：１部迎头移动装碴，１部后路相对固定对接卸载。①装矸：放炮后，挖斗机前移扒矸，同时绞车牵引2台梭车前移，梭车与挖斗机搭接好，装矸满车(38m3)，梭车外运至转载皮带机尾装载点。②一次矸石转载：开动梭车的刮板机、转载皮带机，1号、2号电瓶车牵引20辆矿车连续转载（2×19m3），运至大巷车场。③二次矸石转载：2号列车装载完成，开动绞车牵引2台梭车至挖斗机后方，进行二次转载，挖斗机外移50m，迎头完成出矸。2

项目研究的关键技术2.2岩巷机械化掘进的关键技术与设备配套挖斗机配合梭车、皮带出碴示意图（４）岩巷三类皮带运输排矸组合系统掘进机配合皮带、水平临时矸石仓示意图C.水平临时矸石仓矸石仓容量约100m3，可容纳两个掘进班的矸石量，靠巷道一侧沿底板下挖长15m，采用2.2m铁板或木板隔离。掘进机+皮带或挖斗机+皮带，矸石运至距迎头300m以外临时水平矸石仓。2

项目研究的关键技术2.2岩巷机械化掘进的关键技术与设备配套（４）岩巷三类皮带运输排矸组合系统（５）岩巷施工组织管理系统一次成巷施工：一次凿岩、一次爆破、一次支护正规循环作业和多工序平行交叉作业综合施工队的作业方式：三掘一喷、三掘二喷、四掘二喷，掘喷平行科学的生产管理制度：交接班制、工种岗位责任制、设备维修保养制、质量验收制、安全生产制、技术管理制、材料成本管理制、工资分配与奖惩激励制度

。2

项目研究的关键技术2.2岩巷机械化掘进的关键技术与设备配套（1）风动凿岩机作业线——显德汪矿（2）液压钻车作业线——邢东矿（3）掘进机作业线——东庞矿2.3三类典型岩巷作业模式的应用实践2

项目研究的关键技术（１）风动凿岩机作业线——显德汪矿巷道概况：一采九煤轨道石门下山，4.2×3.4m。主要设备：7655风钻、P-60B耙矸机、皮带运输机2.3三类典型岩巷作业模式的应用实践2

项目研究的关键技术施工工艺：爆破：准楔形复式掏槽中深孔全断面一次爆破技术。装岩与排矸：P60B型耙岩机装岩，后路皮带运输机转载矸石。支护方式：二次锚喷支护。作业方式：“三八”制，三掘一喷、掘喷平行。炮眼布置图（２）液压钻车作业线——邢东矿巷道概况：-760轨道大巷，断面4.3×3.7m。主要设备：CMJ-17液压钻车、LWL-100B挖斗机、皮带运输机。2

项目研究的关键技术施工工艺：爆破：准楔形复式掏槽中深孔全断面一次爆破技术。排矸：前路挖斗机装岩，后路皮带运输机把矸石转运到水平临时矸石仓，耙岩机配合矿车排矸出巷。支护方式：二次锚喷支护。作业方式：“三八”制，三掘二喷、掘喷平行。2.3三类典型岩巷作业模式的应用实践（３）岩巷掘进机作业线——东庞矿巷道概况：三水平辅助轨道大巷，断面4.8×3.8m。主要设备：EBZ300掘进机、DSB40-4皮带机、BZ—60耙斗装岩机。2

项目研究的关键技术施工工艺：破岩：EBZ300掘进机。岩石硬度f>8时，采用深孔松动爆破后再截割。掘进机截割前开启KCS-200除尘风机。装岩与排矸：后路配两部皮带出碴到临时矸石仓，然后通过BZ-60型耙斗机、1台5T电瓶车装碴。支护方式：二次锚喷支护作业方式：“四六”、“三八”制，四掘二喷、掘喷平行。2.3三类典型岩巷作业模式的应用实践3

项目的创新点（1）首次采用爆破动焦散、超动态测试系统，研究了爆破裂纹在层节理介质中的扩展规律和中深孔掏槽爆破机理，这对优化爆破方案和改善爆破效果具有重要的理论指导意义；（2）提出了新型准楔形复式掏槽中深孔全断面一次爆破技术（3）构建和完善了岩巷排矸组合系统；（4）初步形成了风动凿岩机、液压钻车和掘进机施工的三类典型岩巷作业模式；（5）优化了岩巷施工作业方式：提出了“三掘一喷、三掘二喷、四掘二喷，掘喷平行”等作业方式。4

主要技术经济指标及与国内外同类先进项目对比（1）准楔形复式掏槽中深孔一次爆破技术：炮眼利用率90％以上，每班循环进度1.8米以上，最高达2.2m。（2）岩巷排矸组合系统：

出矸效率提高2倍以上。（3）全断面一次成巷技术：一次打眼、一次起爆、一次支护。（4）解决了掘进机掘进卡链故障、爬坡能力、除尘效率等施工技术问题。（5）提高了岩巷掘进速度：实现岩巷风动凿岩机作业线石门下山120.3m/月、液压钻车作业线150m/月、掘进机作业线208m/月。（6）提高了岩巷的工程质量：显著提高炮眼利用率，降低单位炸药消耗量，控制了巷道超欠挖，维护了围岩自承能力。（7）降低了材料消耗，提高了经济效益：降低了单位炸药消耗量、通风、喷浆和人工等费用，每米巷道节约200～400元左右。5

推动技术进步或科学发展的作用，推广效果

项目紧密联系邢台矿区岩巷施工实际，解决了全断面中深孔爆破、支护设计优化、排矸系统等关键技术问