一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺的制作方法

1.本发明属于煤矿掘进工艺与装备的技术应用领域，具体涉及一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺。


背景技术：

[0002][0003]
近年来，随着综合机械化和智能化开采水平的提高，年消耗回采巷道数量大幅增加，而掘进装备、技术水平和智能化方面发展在一定程度上较为缓慢，未能紧随综采发展的步伐。例如：综掘平均月进尺仅180m，综采面平均月消耗巷道超600m，全国煤矿掘进队与综采队平均配比3.1：1，采掘比例失衡，严重制约了煤炭安全高效开采。
[0004]
掘锚一体化快速掘进工艺是较为理想的掘进作业方式。目前，国内外的煤巷、半煤岩巷机械化掘进工艺主要有3种：掘进机综合机械化掘进工艺、连续采煤机-锚杆钻车双巷掘进工艺、掘锚一体化快速掘进工艺。掘锚一体化快速掘进工艺采用掘锚一体机横滚筒全宽一次截割成巷，利用掘锚一体机和锚杆转载机组的顶锚杆钻臂、帮锚杆钻臂实现多臂、多排协同滞后支护，在大断面、长距离、地质条件中等以上、围岩稳定的单巷掘进中具有明显优势，代表了国内外最高技术水平。
[0005]
掘锚一体化快速掘进工艺的适用性有待提高。全宽截割滚筒和机身钻臂的排布既带来技术变革，又使得机身庞大，巷宽占用率接近90%，使掘锚一体机在巷道内可操作、转移的余地非常小，特殊工况或地质构造时不能灵活处理，使得机身需要以不变应万变。
[0006]
机动灵活性不足的原因：1、机宽占用巷道宽度。以巷道宽度5.5m为例，掘锚一体机横滚筒截宽为5.5m，截割滚筒缩回宽度仍长达5.0m，铲板缩回宽度长达4.9m，机身最宽处约4.7m左右，因此可移动空间非常狭小；2、支护材料占用一定巷宽。巷道支护后两侧的外露锚杆（锚杆外露螺母10～50mm）、螺母、垫片、托盘，以及可能有的帮锚索、网片、钢筋梯子梁、钢带等材料厚度的影响，巷道宽度减小可达0.3~0.5m左右，进一步加剧空间紧张的问题。
[0007]
适用性和灵活性不足所引发系列问题：1、人员和小型支护装备进入工作面端头困难，严重影响设备对地质条件的适用性。例如在迎头揭露地质构造，需进行超前支护或者缩小空顶距空帮距时，作业人员、支护设备、支护材料、设备管线等均需手抬肩扛翻越1.5m高的铲板，甚至在滚筒和截割臂上进行作业，作业空间十分狭窄，大幅降低掘进效率，严重打乱工序计划，安全隐患急剧增加；2、钻探设备无法进入工作面。常规钻探设备约为1.6m宽，巷道与掘锚一体机的间隙约为0.5m，钻探设备需要开设钻场或者采用千米定向钻探设备，增加掘进工作量和成本而不能到达迎头进行相关作业；3、装备长距离回撤困难。由于滚筒宽度和两侧支护原因，需要拆解部分零件才能减小宽度，反复拆装易影响设备正常使用；4、围岩变形严重时，设备退机困难。部分煤矿因巷道围岩应力较大，易发生收敛变形，如巷宽缩减叠加巷帮支护物，此时需要拆解更多的部件，严重影响掘锚一体机的正常使用，增加工期、劳动强度、运输成本等。5、转弯半径较大，切眼和联巷施工不便。掘锚一体机转弯半径通常达到11m，且转弯时运输困难，造成巷道相关的切眼及联巷等施工不便。6、掘锚一体机快
速掘进之前需要掘进机等灵活性强的设备先进行巷道开口，开掘一定距离至可安置快掘成套装备后，掘进机及其配套装备退出，掘锚一体机快掘相关装备安装后方可正常掘进，增加准备工序。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的在于，提供一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺，增强快掘工艺的适用性，灵活性，降低巷宽占用率，强化辅助硐室、巷道的施工能力。解决掘锚一体机仅适用于中等以上且稳定的地质条件，在中等和复杂地质条件交替变化或者局部地质构造频繁出现时：适用性差、退机困难、人员和设备进入迎头不便、难以采取减小排距、随掘随支等加强支护措施，整机通过性差，安全隐患增加，进尺下降严重，工序混乱的问题。解决钻探设备无法进入工作面进行探放水、钻孔卸压、迎头抽放瓦斯的问题。解决装备回撤需要拆解，反复拆装影响设备正常使用的问题。解决常规掘锚一体机快速掘进工艺存在的转弯半径较大，切眼和联巷施工不便的问题。
[0009]
本发明采用如下技术方案：常规地质条件下组合式快掘工艺、通过地质构造时组合式快掘工艺、超前钻探时组合式快掘工艺、分次成巷时组合式快掘工艺、转弯抹角时组合式快掘工艺、开切眼时组合式快掘工艺。
[0010]
1.根据实际条件和工况，以掘锚一体机、小型掘锚机为主要装备组合使用，配套相应的转载运输、通风设施、钻探设备等辅助设备，形成一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺。
[0011]
2.掘锚一体机、小型掘锚机组合使用，各自发挥其优势。常规条件下以掘锚一体机高效掘支运为主，小型掘锚机仅辅助支护等工序。特殊地质条件或掘进要求时，发挥小型掘锚机可机动灵活完成掘进、支护的特点，并辅以专业独立设备，高效、精细、专业化满足不同掘进要求。解决当前以掘锚一体机为主，通过不断在其机身不断加载装备或者反复退机移机，以不变应万变式的巷道掘进，解放作业理念和工序。
[0012]
掘锚一体机、小型掘锚机组合使用时，以连续运输工艺为主，间断式运输工艺为辅，协同运转。实际工况具备连续运输条件时，采用大运量连续化的运输方式，兼用间断式完成辅助运输，实际工况需要灵活转弯等特殊要求时，采用小型装载机或者梭车等间断式往返运输为主，搭配部分连续运输，机动灵活完成任务。
[0013]
本发明的有益效果如下：1. 所述常规地质条件下组合式快掘工艺的优势在于：（1）充分发挥掘锚一体机和小型掘锚机钻臂效率，由掘锚一体机完成部分锚杆、锚索支护，由小型掘锚机的完成剩余锚杆、锚索的滞后支护任务；（2）简化快速掘进配套装备，省去锚杆转载机组，小型掘锚机可放置于硐室，减小巷道空间占用。
[0014]
2. 所述通过地质构造时组合式快掘工艺的优势在于：（1）利用小型掘锚机身自带钻臂，解决原掘锚一体机通过地质构造时空顶、空帮距离大的问题；（2）利用小型掘锚机悬臂式纵轴截割头去割煤破岩，解决原掘锚一体机横轴全宽
一次截割的扰动大的问题；（3）利用小型防爆装载机解决临时支护等设备运输问题，解决所截割煤岩的转载运输问题；（4）通过错车硐室，人员和设备可顺利到达掘进工作面，充分发挥人员作业在特殊条件下机动灵活的特点，解决原来快掘工艺中人员和设备前往工作面困难，超前支护难以施工的问题。
[0015]
3. 所述超前钻探时组合式快掘工艺的优势在于：（1）解决原掘锚一体机快速掘进工艺中机身自带探水钻机钻孔角度，钻孔高度，钻孔深度受限的问题；（2）采用该工艺可为掘锚一体机减负，省去机身加载探水钻机部分或省去千米定向钻机，降低成本；（3）采用该工艺适应性强，除常规探水钻孔外，还可适用于迎头的瓦斯排放孔，防突措施孔等，保证高瓦斯矿井或者突出矿井的专业技术措施得以实施。
[0016]
4. 所述分次成巷时组合式快掘工艺的优势在于：（1）解决巷道变形导致的掘锚一体机退机困难，需要拆解的问题；（2）长距离用该工艺掘进时，增加掘锚一体机快掘工艺的灵活性，简化回撤工序，缩短回撤时间。
[0017]
5. 所述转弯抹角时组合式快掘工艺的优势在于：（1）减小转弯半径；（2）增加快掘工艺适用范围，无需退出快掘设备后采用掘进机等设备专门进行巷道开口作业，缩减工期；（3）小型防爆装载机解决转弯时短距离转载运输困难的问题；（4）掘锚一体机充当转载破碎机的角色，利用伸缩铲板、星轮、截割滚筒、机身运输机等发挥破碎、转载给料、运输的功能，最大限度发挥巷道内设备功效。
[0018]
6. 所述开切眼时组合式快掘工艺的优势在于：（1）解决切眼宽度一般为8m以上，而掘锚一体机截割滚筒宽度一般不超过6m，需要重复进行退机斜切进刀或者由掘进机作业的问题；（2）切眼一般长度为200m~300m，配套运输设备采用梭车、履带式转载破碎机等方式，简单灵活，解决短距离掘进作业时运输转载困难的问题。
附图说明
[0019]
图1为本发明的常规地质条件下组合式快掘工艺示意图。
[0020]
图2为本发明的通过地质构造时组合式快掘工艺示意图。
[0021]
图3为本发明的超前钻探时组合式快掘工艺示意图。
[0022]
图4为本发明的分次成巷时组合式快掘工艺示意图。
[0023]
图5为本发明的转弯抹角时组合式快掘工艺示意图。
[0024]
图6为本发明的开切眼时组合式快掘工艺示意图。
[0025]
图中：1-煤层；2-巷道（顺槽）；3-掘锚一体机；4-风筒；5-带式转载机；6-皮带运输机；7-小型掘锚机；8-小型装载机；9
‑‑
伸缩式风筒端口；10-错车硐室；11-履带式钻探机；
12-钻孔；13-窄型掘锚一体机；14-料斗；15-联巷；16-梭车；17-履带式转载破碎机；18-切眼。
具体实施方式
[0026]
结合附图1~6所示，对本发明的具体实施方式做进一步说明，以掘锚一体机3与小型掘锚机4为主，对常规地质条件、通过地质构造、超前钻探、转弯抹角、开切眼的工艺与装备实施案例说明本发明，实践中有多种掘锚装备组合方式，因此，该案例并非用于限制本发明范围。
[0027]
本发明所述掘锚一体机型号为：ejm340/4-2h，采用伸缩式横滚筒截割落煤，采用伸缩式铲板与耙爪装煤，机身自带运输部完成运煤，整机采用履带行走，并且配备4台顶锚杆钻机，2台帮锚杆钻机完成锚杆或锚索的支护任务。
[0028]
小型掘锚机是在ebz160掘进机或其他掘进机的基础上，减小机身尺寸，其特点是保存一定截割能力的同时，可机械化支护锚杆与锚索，最重要的是机身十分小巧，在狭小空间内可灵活作业和行走。
[0029]
窄型掘锚一体机是在ejm340/4-2h掘锚一体机的基础上，在保留掘锚一体机横滚筒截割、临时支护、机械化锚护功能的基础上，尽可能减小机身宽度，与小型掘锚机等装备配套，完成分次成巷等特殊条件下的快速掘进。
[0030]
小型装载机是在wj-4fb的基础上，在保留基础功能的同时，减小机身宽度，与小型掘锚机或窄型掘锚一体机等装备配套，辅助完成特殊条件下的快速掘进。
[0031]
a. 如图1所示，常规地质条件下组合式快掘工艺：常规地质条件下掘进时，完成割煤、装煤、转载运输、支护工序。其中：掘锚一体机3用伸缩式横滚筒完成一次截割成巷工序；用伸缩式铲板和星轮完成装煤工序；用机身自带运输机并配套带式转载机5、皮带运输机6完成转载运输工序；用机身自带的顶锚杆钻臂、帮锚杆钻臂完成断面内的部分顶锚杆、锚索，侧帮锚杆、锚索的支护，用小型掘锚机7完成剩余顶锚杆、顶锚索的支护任务。
[0032]
b. 如图2所示，通过地质构造时组合式快掘工艺：掘进工作通过地质构造时，由于整机通过性差、空顶距空帮距大，因此采用小型掘锚机7、小型装载机8为主要装备，依次完成错车、超前支护、割煤或破岩、装煤岩、转载运输、支护工序、辅助运输。
①
错车工序：在距离工作面一定距离时，扩帮掘进长度为25~30m，宽度大于小型掘锚机0.8m左右的错车硐室10；掘进时通风除尘方式主要为风筒4的侧端增设伸缩式风筒端口9通风除尘，机载泡沫除尘和喷雾除尘；错车硐室10附近空间内进行加强支护，保证安全；为保护构造附近围岩稳定性，错车硐室10距离工作面最小要保证10m以上的距离；错车硐室10掘进完成后，小型掘锚机7和小型装载机8移动至错车硐室10内部，掘锚一体机3后退一定距离，小型掘锚机7和小型装载机8依次由错车硐室10进入掘进主巷，完成错车工序。
②
超前支护工序：顶板破碎时，由小型掘锚机7施工超前锚杆进行超前支护，保证顶板稳定。
③
割煤工序：由小型掘锚机7采用悬臂式纵轴截割头按照既定的截割路线或者结合实际情况进行割煤或者破岩。
④
装煤工序：由小型掘锚机7的铲板和星轮完成装煤工序；
⑤
转载运输工序：用小型掘锚机7自带运输机将煤岩运出后，由小型装载机8将煤岩推放入掘锚一体机3的铲板上，并由掘锚一体机3的星轮将煤岩转移至其运输机上，最后配套带式转载机5、皮带运输机6完成转载运输工序；
⑥
支护工序：由小型掘锚机7自带两个机械钻臂完成锚杆、锚索等支护任务。
⑦
辅助运输工序：
整个流程中所需设备和材料由小型装载机8往返运输。
[0033]
c. 如图3所示，超前钻探时组合式快掘工艺：掘进工作面迎头需要钻孔时，采用履带式钻探机11为主要装备，依次完成错车、调机、布孔钻探、退机错车工序。
①
错车工序具体步骤参考地质构造时组合式快掘工艺中的错车工序；
②
调机工序：将小型掘锚机7移至掘锚一体机3的前方，向巷道一侧靠拢，为履带式钻探机11空出前进通道；
③
布孔钻探工序：履带式钻探机11移动至掘进工作面后，按照既定的位置、钻孔角度和深度、孔径等进行钻探作业。
④
退机错车工序：履带式钻探机11、小型掘锚机7依次移至错车硐室10内，掘锚一体机3前进继续下一步作业计划。
[0034]
d. 如图4所示，分次掘进时组合式快掘工艺：如遇掘锚一体机3退机困难时，为保证不增加巷道宽度，采用窄型掘锚一体机、小型掘锚机为主要装备，完成分次成巷。（1）初次掘进：窄型掘锚一体机13、带式转载机5、皮带运输机6等装备依次完成割煤、装煤、转载运输，具体步骤可参考常规地质条件下掘锚一体机3快速掘进工艺；支护工序，由窄型掘锚一体机13完成顶板、一侧帮的锚杆、锚索的支护任务；另外一待掘侧帮上部的两根锚杆，防止片帮。（2）二次掘进：依次完成扩帮、装岩、转载运输、支护、除尘工序。
①
扩帮工序：由小型掘锚机7完成割煤扩帮工序；
②
装煤工序：由小型掘锚机7的铲板和星轮完成装煤工序；
③
转载运输工序：煤岩经小型掘锚机7的运输机转运至小型装载机8，再由小型装载机8转运至料斗14，最后由皮带运输机6运出；
④
支护工序：二次扩帮掘进时，侧帮上部两根锚杆随煤岩被截割后松动脱落，人工回收后可重复使用，由小型掘锚机7自带的钻臂完成全部支护任务。
⑤
除尘工序：在风筒4的侧端增设伸缩式风筒端口9进行通风除尘，并且在截割端头增加内外喷雾除尘或者泡沫除尘，巷道转载点设置喷雾除尘。
[0035]
e. 如图5所示，转弯抹角时组合式快掘工艺：掘进工作面需要转弯时，采用小型掘锚机7、小型装载机8为主要装备，依次完成错车及掘进工序、装煤工序、转载运输工序、加强支护工序，转弯通过后继续掘进一定距离，之后小型掘锚机7、小型装载机8进入错车硐室，掘锚一体机3前进、转弯，最后按照以掘锚一体机3为主要装备的常规地质条件下组合式快掘工艺继续施工。
①
错车及掘进工序：掘锚一体机3掘进至指定位置，再后退一定距离，小型掘锚机7在巷道一侧开掘错车硐室10并加强支护，此时将小型掘锚机7和小型装载机8移动至错车硐室10内部，掘锚一体机3与小型掘锚机7、小型装载机8依次错车，错车后小型掘锚机7和小型装载机8进入掘进工作面，小型掘锚机7完成掘进工序；
②
装岩工序：由小型掘锚机7的铲板和星轮完成装煤工序；
③
转载运输工序：煤岩经小型掘锚机7的运输机转运至小型装载机8，再由小型装载机8转运至掘锚一体机3的铲板上，经其机身自带的运输机转运至带式转载机5，最后由皮带运输机6运出；
④
加强支护工序：转弯抹角部分空顶面积增大，由小型掘锚机7自带钻臂完成加强支护。
[0036]
f. 如图6所示，开切眼时组合式快掘工艺：回采工作面的顺槽掘进完成后，需要掘进切眼时采用掘锚一体机3、小型掘锚机7为主要装备，一次成巷。掘锚一体机3等装备在前部的工作面依次完成掘进、装岩、转载运输、支护、除尘工序，小型掘锚机7等装备在侧后方的工作面依次完成掘进、装岩、转载运输、支护、除尘工序。（1）掘锚一体机3掘进：掘锚一体机3、梭车16、履带式转载破碎机17等装备完成割煤、装煤、转载运输、支护、除尘工序。
①
割煤工序：掘锚一体机3用伸缩式横滚筒完成截割工序；
②
装煤工序：掘锚一体机3自带伸缩式铲板和星轮完成装煤工序；
③
转载运输工序：用掘锚一体机3自带运输机并配套梭车16、履
带式转载破碎机17、皮带运输机6完成转载运输工序；
④
支护工序：用掘锚一体机3自带的顶锚杆钻臂、帮锚杆钻臂完成断面内的顶锚杆、锚索，单侧帮锚杆的支护工序；
⑤
除尘工序：风筒4通风除尘，并且在截割端头增加内外喷雾除尘或者泡沫除尘，巷道转载点设置喷雾除尘。（2）小型掘锚机7掘进：小型掘锚机7、梭车16、履带式转载破碎机17等装备完成割煤、装煤、转载运输、支护、除尘工序。
①
割煤工序：小型掘锚机7在滞后掘锚一体机3掘进断面一定距离，完成截割工序；
②
装煤工序：小型掘锚机7自带铲板和星轮完成装煤工序；
③
转载运输工序：用小型掘锚机7自带运输机并配套梭车16、履带式转载破碎机17、皮带运输机6完成转载运输工序；
④
支护工序：用小型掘锚机7自带的钻臂成断面内的顶锚杆、锚索，单侧帮锚杆的支护工序；
⑤
除尘工序：在风筒的侧端增设伸缩式风筒端口9进行通风除尘，并且在截割端头增加内外喷雾除尘或者泡沫除尘，巷道转载点设置喷雾除尘。

技术特征：
1.一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺，其特征在于：根据实际条件和工况，以掘锚一体机和小型掘锚机组合使用，配套相应的转载运输、通风设施、钻探设备辅助设备，形成组合式掘锚一体机快速掘进工艺，包括常规地质条件下组合式快掘工艺、通过地质构造时组合式快掘工艺、超前钻探时组合式快掘工艺、分次成巷时组合式快掘工艺、转弯抹角时组合式快掘工艺、开切眼时组合式快掘工艺。2.根据权利要求1所述的一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺，其特征在于：所述常规地质条件下组合式快掘工艺，掘锚一体机用伸缩式横滚筒完成一次截割成巷工序；用伸缩式铲板和星轮完成装煤工序；用机身自带运输机并配套带式转载机、皮带运输机完成转载运输工序；用机身自带的顶锚杆钻臂、帮锚杆钻臂完成断面内的部分顶锚杆、锚索，侧帮锚杆、锚索的支护，用小型掘锚机完成剩余顶锚杆、顶锚索的支护任务。3.根据权利要求1所述的一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺，其特征在于：所述通过地质构造时组合式快掘工艺，采用小型掘锚机、小型装载机，依次完成错车、超前支护、割煤或破岩、装煤岩、转载运输、支护工序、辅助运输。4.根据权利要求1所述的一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺，其特征在于：所述超前钻探时组合式快掘工艺，采用履带式钻探机，依次完成错车、调机、布孔钻探、退机错车工序。5.根据权利要求1所述的一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺，其特征在于：所述分次成巷时组合式快掘工艺，采用窄型掘锚一体机、小型掘锚机，完成分次成巷。6.根据权利要求1所述的一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺，其特征在于：所述转弯抹角时组合式快掘工艺，掘进工作面需要转弯时，采用小型掘锚机、小型装载机为主要装备，依次完成错车及掘进工序、装煤工序、转载运输工序、加强支护工序，转弯通过后继续掘进一定距离，之后小型掘锚机、小型装载机进入错车硐室，掘锚一体机前进、转弯，最后按照以掘锚一体机为主要装备的常规地质条件下组合式快掘工艺继续施工。7.根据权利要求1所述的一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺，其特征在于：所述开切眼时组合式快掘工艺，回采工作面的顺槽掘进完成后，需要掘进切眼时采用掘锚一体机、小型掘锚机，一次成巷，掘锚一体机装备在前部的工作面依次完成掘进、装岩、转载运输、支护、除尘工序，小型掘锚机装备在侧后方的工作面依次完成掘进、装岩、转载运输、支护、除尘工序。

技术总结
一种组合式掘锚一体机快速掘进工艺，属于煤矿掘进工艺与装备的技术应用领域，可解决掘锚一体机快速掘进中：装备机动灵活性差，地质条件适用性不足，退机或回撤装备不便，切眼和联巷等施工不完全适用，准备工作繁多的问题，在充分考虑掘锚一体机掘支效率高，小型掘锚机机动灵活特点的基础上，提出一种组合式快速掘进工艺，大小型装备组合使用，专业装备配套工作，增强适用性和机动灵活性，强化辅助硐室、巷道的施工能力。该工艺适用于围岩介于一般稳定和不稳定之间，地质构造较为发育，钻探作业频繁，回撤设备困难，开掘辅助硐室或辅助巷道等条件。条件。条件。


技术研发人员：魏帅 马进功 梁大海 宋栋 桑盛远 张强 贾建伟 刘峰 王佳鸣 马强 刘文武 王晓凯 石晓光 徐森 李源
受保护的技术使用者：山西天地煤机装备有限公司
技术研发日：2023.01.03
技术公布日：2023/7/19