煤矿巷道快速支护钻架平台的研究_冯俊杰.pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 1概况 目前， 阳煤集团煤矿综掘巷道的支护多采用人工 扶锚索钻， 钻机进行钻眼， 人工打注锚索锚杆的支护 作业方式。这种支护方式的现场作业人员、 钻机设备 配备多， 综掘工作面噪音大， 工人劳动强度高。 与此同 时风钻钻机的不稳定性， 造成了支护期间的作业安全 系数低， 容易出现人身事故。而且这种作业方式的掘 进效率一般为 240～300m/ 月， 掘进效率低， 无法适应 当前高效煤矿生产的要求。 针对上述问题设计了一种 巷道综掘快速支护钻架平台， 可以实现巷道的快速及 时安全高效的支护，该平台减少工作面作业人员数 量， 降低工人劳动强度， 提高工作面作业的安全系数， 提高综掘工作面的工作效率[1]， 实现综掘工作面的机 械自动化。在巷道掘进过程中， 由于煤矿进行狭小的 工作空间， 很难实现支护与掘进的同时作业， 这是限 制掘进速度的主要原因。 即使现在使用比较简便的巷 道锚杆支护时，也由于在巷道钻眼作业时速度慢， 难 以有效的提高掘进速度。基于这两方面的问题， 工程 部在大量实践总结的基础上， 设计了适于煤矿巷道的 钻架平台。 该平台可以钻机有效的结合， 能自由升降， 方便了巷道支护的作用。 本文介绍了该钻架平台的结 构以及工作原理， 并介绍了初步应用情况。 2钻架平台结构 快速支护钻架平台由钻架、顶部钻机与帮部钻 机、 顶部与帮部升降连杆机构、 平台液压自移移动机 构、 乳化液泵站及泵箱、 油压泵站及泵箱、 操作开关、 各种操作阀组共同组成。快速支护钻架平台长为 4500mm,高为 1300mm， 宽为 3700mm。通过快速支护 钻架平台上布置的钻机移动轨道， 轨道上的布置两部 电动油压钻机， 钻机配套安装爬行轨道可以轻松的实 现上下升降， 这有利于钻机的快速推进以及不同高度 巷道的快速实现支护。 快速支护钻架平台的两部顶部 钻机在钻架轨道上的左右移动可以实现对掘进巷道 的顶板全断面的支护， 同时快速支护钻架平台的两部 钻机与水平方向可在 30 以内的度角进行自由的摆 动。 快速支护钻架平台的钻机通过连杆机构固定在钻 架轨道上， 帮锚杆钻机是通过快速支护钻架平台的底 部内的连杆机构实现上下移动及对掘进巷道的帮部 钻眼[2-3]。快速支护钻架平台的底部是皮带输送机， 其 主要作用是将掘进过程中产生的岩石及岩块运输出 去， 实现了巷道的支护和掘进的同时作业。通过钻架 平台和掘进机的协同作用， 掘进的效率有了大幅度的 煤矿巷道快速支护钻架平台的研究 冯 俊 杰 （山西宁武榆树坡煤业有限公司 ， 山西 宁武 036700 ） 摘要 针对阳煤集团煤矿综掘巷道支护的人工劳动强度大， 支护效率低而且存在安全隐患的问题， 设计了煤矿巷道快速支护钻架平台。 该平台实现了巷道的快速及时安全高效的支护， 实现综掘工作面 的机械自动化。现场实践表明， 在使用该平台后， 巷道掘进的效率由原来的 240～300m/ 月， 提升到 500m/ 月， 效率极大的提高。 关键词 综掘 ； 巷道支护 ； 钻架平台 ； 掘进效率 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0122-03 Research on Rapid Support Drilling Plat of Coal Mine Roadway FENG Junjie （Shanxi Ningwu Yushupo Coal Industry Co., Ltd. , Ningwu 036700 , China ） Abstract Aiming at the problems of high labor intensity, low support efficiency and potential safety hazards for the comprehensive road- way support of Yangmei Coal Mine, a fast support rig plat for coal mine roadway was designed. The plat realizes the fast, timely, safe and efficient support of the roadway, and realizes the mechanical automation of the comprehensive working face. Field practice shows that after using the plat, the efficiency of roadway excavation is increased from 240-300 m/month to 500 m/month, and the ef- ficiency is greatly improved. Key words comprehensive excavation ; roadway support ; rig plat ; tunneling efficiency 122 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 提高。 快速支护钻架平台的顶部与帮部钻机均选用钻 速为 300r/min，额定压力为 16MPa，推进行程为 980mm， 额 定 转 矩 为 200N.m， 冲 洗 水 压 力 为 1.5～2.0MPa, 钻 孔 深 度 为 2200mm， 适 应 钎 具 为 B19- 22。 机高为 1950mm， 机重为 50kg， 适用于煤岩硬 度不大于 f7 的巷道的钻进。 从整体上来看，设计的快速支护钻锚平台可以 分为分前、 后两排钻机， 前排钻机主要工作是打注顶 板锚杆、 锚索孔， 如图 1 示间距， 前排两台钻机需要 两名工人同时操作， 在工作时， A 钻机主要是负责打 注 （5、 6、 7 ） 号锚杆， B 钻机主要是负责打注 （8、 9、 10 ） 号锚杆。 图 1快速支护钻架平台的前排钻机 设计的快速支护钻锚平台的后排钻机主要工作 是打注帮锚杆、 锚索孔， 如图 2 所示间距。 后排两台钻 机需要由两名工人同时进行操作， C 钻机主要负责打 注 （2、 3、 4 ） 号锚杆， D 钻机主要负责打注 （11、 12、 13 ） 号锚杆。 图 2快速支护钻架平台的后排钻机 与过去的支护方式相比，现场作业人员数量、 工 作面的噪声以及工人的劳动强度大大降低。 相比于过 去的手持式风钻钻机，采用的油式钻机功率较大， 且 钻机是固定在钻架平台上， 实现了钻眼的机械化。采 用钻架平台进行支护钻眼作业后， 降低了采用风钻钻 机钻眼时钻机不稳定出现事故的可能性， 很好的保证 了作业的安全性， 这对于煤矿井下的安全生产可以说 是一项重大的改进。工人在平台上工作， 实现了机械 化作业， 降低了整个过程的劳动强度， 而且作业人员 的数量大大降低。整个平台在使用起来非常方便， 具 有良好的可移动性， 对于煤矿井下巷道支护作业的优 势十分明显。 此外， 整个平台的结构非常简单， 具有良 好的可拆卸性， 在掘进完成后可以很方便的进行巷道 运输。 3快速支护钻架平台的工作原理 在进行煤矿巷道的掘进时， 快速支护钻架平台通 常布置在综掘机后 30～50m远的位置。 随着综掘机的 截割而快速支护钻架平台移动， 快速支护钻架平台跟 在掘进临时支护液压支架后移动， 快速支护钻架平台 采用液压自移式移动， 在作业完成后， 平台的移动非 常方便。钻架的移动最大步距为 1000mm， 移动一次 能对掘进的巷道进行一次全断面支护。 在进行巷道的 锚杆支护时， 锚杆支护间排距为 900mm。当综掘机截 割一个循环完成后，移动临时支护液压支架一个排 距，快速支护钻架平台跟着自移一个排距后稳定好， 操作人员站在快速支护平台上操作液压操控阀实现 对顶部与帮部钻机的操控， 开始钻眼， 注锚索。 每名工 人操控 1 台钻机，由于采用的是配套的油压钻机， 钻 机的钻速快， 额定压力大、 扭力矩大， 能实现 5min 一 个钻孔， 两部钻机六个钻孔 15～20min 之内施工完毕， 加上注锚索、 锚杆的时间， 现场测定 30min 内能完成 一个循环的支护。 快速支护钻机平台在作业的同时综 掘机同时进行下一个循环的截割。 在快速支护钻架平台上只需一人操作一部钻机， 同时开钻， 同时完成一个支护循环， 因此快速支护钻 架平台上配备 2～4 个工人作业就能完成支护作业。 原支护方式一部风动钻机就要配备 2～3 人。 快速支护钻架平台上布置一台 BRW80/35 乳化 液泵一台 RX640 泵箱供钻架平台液压自移式移动、 升降以及、 钻机的角度摆动； 配备一台电动油压泵是 钻机转动及上下升降的动力源； 还有操作开关。快速 支护钻架平台移动通过乳化液泵站压力供给快速支 护钻架平台固定的多个伸缩千斤来完成。 4钻架的应用意义 液压移动钻架平台配合掘进过程中的临时支护 装置有效地提高了巷道的支护速度， 促进了巷道掘进 （下转第 126 页 ） 123 ChaoXing （上接第 123 页 ） 效率， 对证矿井的衔接具十分重要的意义。随着煤矿 综采技术的发展， 推进速度越来越快， 这对于煤矿的 掘进产生了重大影响。 由于煤矿巷道的掘进设计到掘 进和支护两个过程， 两个过程协调不好， 掘进的速度 会非常慢， 这很容易导致采掘紧张问题。当发生采掘 紧张问题时， 势必会影响到工作面的高效的生产。同 时液压移动钻架在井下投入使用是实现快速支护、 巷 道断面的一次成形， 实现矿井建设高效高进的必要保 证， 与此同时也是建设高效、 绿色、 环保、 无染矿井的 一个革命性的突破。 这对于矿井的减员增效与推进矿 井现代化具有很重要的意义。2018 年在 2 号煤总回 风巷的工作面， 采用掘进临时支护与钻架平台组成快 速掘进系统进行作业， 截止到 2018 年 11 月实现了月 进 500m速度， 这是煤矿综掘工作面掘进最好水平。 参考文献 [1] 杨涛.煤矿巷道掘进工艺及装备的发展分析[J].机械工程 与自动化,2018 （05） 221- 222. [2] 项鹏飞. 山西省煤矿巷道掘进支护技术的实例应用研究 [J].内蒙古煤炭经济,2018 （15） 17- 18. [3] 刘超.煤矿巷道快速掘进工艺与其装备的发展[J].南方农 机,2018,49 （14） 245248. 作者简介 冯俊杰（1980 年 4 月 -） ,男,汉族， 山西省阳泉市平定县 人， 采矿工程师， 现就职于山西宁武榆树坡煤业有限公司生 产技术部。 （收稿日期 2018- 12- 6） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 了相应的变化。 对比图 3 中锤击探测所得的速度曲线 与炮震探测所得速度曲线，明显发现在 15m 处均有 明显异常。这说明该处存在明显的地质构造或分层。 后经采煤工作实际开采验证，证明在 15m 有巷道揭 露断层。进一步表明瑞利波技术探测结果的准确性。 图 3探测速度曲线 通过两项实例可发现瑞利波技术在应用时， 可准 确发现地质断层与其他构造的存在， 并可准确探测出 相应位置。 同时经实证发现瑞利波对地质断层的感应 相当敏感， 无论以哪种震源进行测量都可准确发现断 层构造的存在及其准确位置。 应用瑞利波技术进行煤 矿地质结构探测， 大大提高了探测的精准性， 促进我 国煤矿工作的安全进行。 4结论 瑞利波技术是当前煤矿地质结果超前探测中应 用的重要技术， 尤其是新型 YTR （D ） 瑞利波的应用， 大大促进探测工作精准性与科学性与全面性性能的 提升。但其应用中仍存在不足之处， 工作人员在应用 过程中要不断探索其技术的高效应用方法， 促进探测 结果精准性的将进一步提升。 如探测时实现浅层与深 层探测相结合， 避免出现不必要的疏漏。在当前探测 基础上加大技术的研发， 使其在更深层的探测中发挥 实际效用。 参考文献 [1] 刘广亮. 瑞利波技术在煤矿地质构造超前探测中的应用 [J].工程地球物理学报 , 2016 , 13（3） 361- 366 [2] 张昭年 ，张帅 ，谢经涛. 多元信息融合技术在车集煤矿 超前探测中的应用[J].煤炭技术 , 2016 , 35（3） 114- 116 作者简介 张泽宇 （1988.08.8-） ， 山西寿阳人， 2011 年 6 月毕业于 中国矿业大学地质工程专业， 本科， 地质助理工程师， 主要从 事煤矿瓦斯地质、 矿井地质、 水文地质技术及管理工作。 （收稿日期 2018- 10- 26） 126 ChaoXing