一種煤礦大斷面硬巖巷道綜掘與炮掘聯(lián)合快速高效掘進(jìn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種煤礦大斷面硬巖巷道綜掘與炮掘聯(lián)合快速高效掘進(jìn)方法。如圖1，在普氏系數(shù)f＞10.0的硬巖巷道斷面布置炮眼直徑Φ40.0mm及裝藥直徑Φ35.0mm的掏槽眼和輔助眼開挖s≈14.0m2槽腔。如圖2，掏槽眼采用三級斜眼掏槽，逐級加深，傾角逐級加大，單位體積耗藥量依據(jù)硬巖普氏系數(shù)、炮眼深度按圖3量化確定。三級斜眼掏槽分別選擇I、III、IV段毫秒延期雷管，輔助眼選擇V段毫秒延期雷管，掏槽眼與輔助眼全斷面一次起爆，總延時不超過130.0ms。爆破法形成槽腔后，綜掘機在較大自由面作用下，選擇合理刀齒參數(shù)快速擴展槽腔至設(shè)計斷面并修整輪廓線。掏槽眼三級毫秒延期起爆以及較大炮眼直徑使炮泥堵塞增長確保了巖石拋擲不損壞工作面后方綜掘機，達(dá)到安全、高效效果。
【專利說明】
一種煤礦大斷面硬巖巷道綜掘與炮掘聯(lián)合快速高效掘進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明專利涉及一種煤礦大斷面硬巖巷道快速高效掘進(jìn)方法，具體涉及一種將綜掘與炮掘結(jié)合起來用于煤礦大斷面硬巖巷道快速高效掘進(jìn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]綜掘由于掘進(jìn)速度快、掘進(jìn)效率高廣泛應(yīng)用于巷道掘進(jìn)，但對于硬度較大的巖石，優(yōu)點并不明顯，對于堅硬巖石，掘進(jìn)速度及效率顯著降低甚至無法正常掘進(jìn)。工程實踐表明:巖石普氏系數(shù)f < 6.0時綜掘效果明顯；當(dāng)f = 6.0?8.0時綜掘速度及效率有一定降低；當(dāng)f = 8.0?10.0時綜掘效果有明顯下降；當(dāng)f > 10.0時，由于刀齒無法在巷道斷面中形成槽口，幾乎無法綜掘，必須采用炮掘。f > 10.0的硬巖炮掘時，當(dāng)巷道斷面增大至一定程度，由于炮眼數(shù)目較多，受發(fā)爆器一次起爆雷管數(shù)量的限制，必須分次起爆，不能做到全斷面一次起爆；工程實踐中當(dāng)f > 10.0的硬巖巷道斷面S ^ 14.0m2時，必須分次起爆，存在安全隱患，同時掘進(jìn)效率及速度明顯降低；對于有瓦斯的巷道，受微差爆破總延期不容許超過130.0ms的限制，微差爆破雷管段數(shù)不能超過5段，嚴(yán)重影響硬巖炮掘速度及效率。工程實踐表明:目前大斷面硬巖炮掘月進(jìn)尺不超過40.0m，采掘嚴(yán)重失調(diào)，已成為制約煤炭高產(chǎn)高效生產(chǎn)的主要因素，大斷面硬巖巷道快速掘進(jìn)成為高產(chǎn)高效礦井必須首先要解決的問題。本發(fā)明專利將綜掘與炮掘結(jié)合用于大斷面硬巖巷道掘進(jìn)之中，首先采用爆破法在巷道斷面中部形成一定范圍槽腔，然后，采用綜掘法擴大槽腔至設(shè)計巷道斷面，達(dá)到安全快速尚效掘進(jìn)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為達(dá)到煤礦大斷面硬巖巷道安全高效快速掘進(jìn)效果，本發(fā)明專利為將巷道炮掘與綜掘結(jié)合起來進(jìn)行巷道掘進(jìn)的一種方法。
[0004]本發(fā)明專利為實現(xiàn)其目的所采取的技術(shù)方案為:一種煤礦大斷面硬巖巷道綜掘與炮掘聯(lián)合快速高效掘進(jìn)方法，主要包括巷道中部爆破法掘進(jìn)槽腔，綜掘法擴大槽腔至設(shè)計形成規(guī)整大斷面巷道。
[0005]所述的爆破法巷道中部掘進(jìn)槽腔:根據(jù)目前全斷面一次起爆技術(shù)及最優(yōu)爆破效果要求，大斷面硬巖巷道中部爆破法開挖面積Sl?14.0m 2的槽腔。
[0006]所述的綜掘法擴大槽腔至設(shè)計形成規(guī)整大斷面巷道:巷道中部槽腔形成之后，選擇合理綜掘機刀齒參數(shù)，綜掘機在較大范圍槽腔自由面作用下快速切割巖石擴展槽腔范圍至整個掘進(jìn)斷面并對巷道周邊修整形成規(guī)整的大斷面巷道。
[0007]本發(fā)明專利的有益效果
[0008]周邊眼炮眼間距小，一般僅在400.0mm左右，由于周邊眼取消，減少了近40.0%的炮眼數(shù)目，鉆眼工作量及時間明顯減少；掏槽眼分3段起爆，增加了掏槽眼延期時間，確保了掏槽效果，掏槽眼炮眼利用率可達(dá)90.0% ;減少了單次起爆裝藥量，掏槽爆破崩落巖石飛散不超過10.0m，保證了綜掘機安全；起爆總延期時間不超過130.0ms，保證了瓦斯巷道施工安全。與全斷面分次炮掘比較，循環(huán)進(jìn)尺增加了約100.0%。盡管綜掘工序的應(yīng)用增加了巷道綜掘時間，但同時取消了周邊眼鉆眼時間及減少了輔助眼鉆眼時間，總體來說，巷道掘進(jìn)速度提高了 100.0%左右，掘進(jìn)工效增加120.0%左右，直接成本下降80.0%。
[0009]附圖表說明
[0010]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明專利進(jìn)一步說明。
[0011]圖1為大斷面硬巖巷道炮掘與綜掘聯(lián)合掘進(jìn)示意圖；
[0012]圖2為大斷面硬巖巷道爆破法掘進(jìn)槽腔爆破圖表；
[0013]圖3為大斷面硬巖巷道槽腔炮掘掏槽眼單位體積耗藥量計算；
[0014]圖4為袁店二礦101采區(qū)運輸上山及石門大斷面硬巖巷道全斷面爆破分次掘進(jìn)爆破圖表；圖中:1、爆破法掘進(jìn)槽腔，I1、綜掘法擴展槽腔。
[0015]圖1為大斷面硬巖巷道炮掘與綜掘聯(lián)合掘進(jìn)示意圖:爆破法掘進(jìn)面積s?14.0m 2的槽腔I，采用綜掘機裝巖機構(gòu)對炮掘后破碎巖石進(jìn)行裝運，清理出槽腔I后，形成較大范圍自由空間；由于自由面存在選擇合理的綜掘機刀齒參數(shù)，用綜掘機切割巷道斷面II，沿槽腔向巷道斷面輪廓線推進(jìn)，切割深度據(jù)硬巖普氏系數(shù)不同一般取150.0-200.0_，用綜掘機將巷道斷面修整為設(shè)計的巷道斷面，避免炮掘?qū)ο锏绹鷰r損傷，達(dá)到了比光面爆破更好效果，節(jié)省了周邊眼及部分輔助眼，顯著減少了炮掘炮眼數(shù)目，做到槽腔炮掘部分全斷面一次爆破；同時，槽腔存在使槽腔外II部分綜掘速度及效率明顯提高。
【具體實施方式】
[0016]圖2為爆破法掘進(jìn)槽腔I的爆破圖表:炮眼布置分掏槽眼和輔助眼兩部分，掏槽眼分三級掏槽，每級掏槽炮眼逐級加深，傾角逐漸加大，一級掏槽與二級掏槽采用50.0ms延期，即一級掏槽選擇第I段毫秒雷管，二級掏槽選擇第III段毫秒雷管，三級掏槽選擇第IV段毫秒雷管，根據(jù)炮眼深度及巖石硬度即普氏系數(shù)較為量化選擇掏槽眼單位體積耗藥量，依據(jù)單位體積耗藥量、每炮孔負(fù)擔(dān)的爆破巖石體積確定掏槽眼單孔裝藥量，輔助眼選擇第5段雷管同段起爆，掏槽眼與輔助眼5段毫秒延期一次起爆，總延期100.0ms左右，不超過130.0ms0為充分破碎巖石并確保有足夠炮泥堵塞長度，改變工程中目前常用的Φ32.0_小直徑鉆孔與Φ27.0mm小直徑藥卷，選擇Φ40.0mm直徑鉆孔與Φ35.0mm直徑藥卷；改變工程中大斷面硬巖炮掘常用的炮眼深度為1.5-1.Sm左右淺眼爆破方式，根據(jù)斷面大小及正規(guī)循環(huán)，選擇炮眼深度為2.2-2.5m中深孔爆破。掏槽眼三級掏槽應(yīng)用、掏槽眼裝藥量較為定量估算、大直徑炮眼直徑及較長炮泥堵塞長度確保掏槽眼爆破巖石飛散不損傷綜掘機。
[0017]圖3為大斷面硬巖巷道槽腔炮掘掏槽眼單位體積耗藥量計算:掏槽眼裝藥量是影響掏槽爆破效果以及爆破安全的最顯著因素，裝藥量偏多會使巖石拋擲過遠(yuǎn)而損壞綜掘機，裝藥量偏少達(dá)不到預(yù)期掏槽效果而影響掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺，本發(fā)明根據(jù)一般硬巖普氏系數(shù)及掏槽眼炮眼深度確定了掏槽眼單位體積耗藥量。
[0018]以安徽淮北礦區(qū)袁店二礦101采區(qū)運輸上山巷道掘進(jìn)為例。
[0019](I)原巷道掘進(jìn)方法
[0020]袁店二礦101采區(qū)運輸上山及石門主要用于煤礦運輸?shù)拇酉锏溃O(shè)計全長979.0m,底板標(biāo)高在-532.0?-523.0m之間，埋深約530.0m。巷道圍巖為硬度f?10.0的硬質(zhì)砂巖，巷道面積s ^ 36.0m2,由于巖石硬度大，選擇爆破法掘進(jìn)，設(shè)計的巷道斷面及掘巖爆破圖表如圖4，炸藥選用工程中常用的水膠炸藥，設(shè)計的炮眼數(shù)目96個，發(fā)爆器的起爆容量不能做到全斷面一次起爆，不得不分2次起爆，受起爆總時差限制，掏槽眼僅采用同段的一段雷管同時起爆，與鄰近起爆的輔助眼起爆延期時差僅相差25.0ms，掏槽效果較差，掏槽眼炮眼直徑及裝藥直徑分別為Φ32.0mm及Φ27.0mm,由于炮眼直徑及裝藥直徑小，單孔裝藥量及炮泥堵塞長度明顯不夠要求，炮眼深度2.1m的掏槽眼僅有1.2m的掏槽深度，掏槽不能有效形成，輔助眼就不能有效對巖石破碎，又由于輔助眼單孔裝藥量和炮泥堵塞長度也偏小，輔助眼不能有效使掏槽延伸和擴展，起不到應(yīng)有的作用，一般循環(huán)進(jìn)尺僅1.2m左右，炸藥能量不能使巖石有效破碎而用于巖石拋擲。月進(jìn)尺40.0m左右，掘進(jìn)速度及效率較低，巖石拋擲過遠(yuǎn)也存在安全隱患。
[0021](2)綜掘與炮掘聯(lián)合快速掘進(jìn)方法
[0022]針對原爆破掘進(jìn)存在的問題，改用本發(fā)明專利使用的綜掘與炮掘聯(lián)合快速掘進(jìn)方法。如圖1，采用爆破法掘進(jìn)槽腔I，綜掘法掘進(jìn)巖體II，由于巷道斷面較大，為滿足正規(guī)循環(huán)，取循環(huán)進(jìn)尺為2.0m左右。如圖2，炸藥仍選擇水膠炸藥，分三級掏槽，掏槽炮眼直徑及裝藥直徑分別為Φ40.0mm及Φ35.0mm，掏槽深度分別為1.2m, 1.8m, 2.5m ;掏槽傾角分別為82°，85°，88° ;據(jù)圖3較為定量確定每級掏槽單孔裝藥量分別為0.2kg、0.44kg、
1.04kg ;每級掏槽炮泥堵塞長度分別為1.1mU.4m、1.0m ;輔助眼炮眼直徑及裝藥直徑也分別為Φ40.0mm及Φ35.0mm,由于掏槽爆破較好達(dá)到預(yù)期效果，掏槽形成之后輔助眼起爆，破巖條件較好，選擇如圖2的輔助眼爆破參數(shù)能較好崩落巖石達(dá)到安全高效目的。掏槽眼選擇第I段、第III段、第IV段雷管分三次延期起爆，且一級掏槽與二級掏槽延時50.0ms,起爆時差合理，掏槽效果好；輔助眼選擇V段同時起爆，總炮眼分5段同時一次延期起爆，總延時不超過130.0ms。
[0023]全斷面爆破掘進(jìn)時，為達(dá)到周邊輪廓光滑平整效果，周邊眼采用光面爆破參數(shù)設(shè)計，炮眼間距較小，炮眼數(shù)目多，底眼夾制作用大也采用了小炮眼間距的布眼方式；選擇綜掘與炮掘聯(lián)合掘進(jìn)方式，取消周邊眼，減少部分輔助眼，炮眼數(shù)目減少49個，每循環(huán)減少鉆眼及裝藥時間約6.0小時，每循環(huán)綜掘時間增加約4.0小時，總掘進(jìn)工藝時間縮短。最為關(guān)鍵的是循環(huán)進(jìn)尺顯著提高，每循環(huán)進(jìn)尺可達(dá)2.0m左右，每天1.5個正規(guī)循環(huán)，每月25天計，月進(jìn)尺可達(dá)80.0m，掘進(jìn)速度及效率明顯提高。
【主權(quán)項】
1.一種煤礦大斷面硬巖巷道綜掘與炮掘聯(lián)合快速高效掘進(jìn)方法，主要包括在巖石普氏系數(shù)f > 10.0的硬巖巷道斷面內(nèi)爆破法掘進(jìn)一定范圍的槽腔，綜掘機擴展槽腔至設(shè)計斷面并修整巷道斷面至設(shè)計斷面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:硬巖巷道斷面內(nèi)爆破法掘進(jìn)槽腔范圍一般在14.0m2左右以滿足起爆器一次起爆能力要求，分掏槽眼掏槽爆破和輔助眼崩落爆破，炮眼深度一般在2.2-2.5m范圍以滿足正規(guī)循環(huán)和快速掘進(jìn)要求，炮眼直徑及裝藥直徑分別為Φ40.0πιπι、Φ35.0mm以滿足硬巖單孔裝藥量及炮泥堵塞長度要求。掏槽分三級斜眼掏槽，每級掏槽依次加深，傾角依次加大；掏槽眼單位體積耗藥量根據(jù)硬巖硬度及炮眼深度按圖3量化選取，每級單孔裝藥量依破碎巖石體積及單位體積耗藥量量化確定；三級掏槽分別采用第I段、第III段雷管、第IV段雷管毫秒延期起爆，輔助眼第V段雷管毫秒延期起爆，掏槽眼、輔助眼五段雷管毫秒延期一次起爆。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:爆破法掘進(jìn)槽腔炮眼利用率達(dá)80.0%左右，循環(huán)進(jìn)尺滿足正規(guī)循環(huán)快速掘進(jìn)要求，爆破后巖石飛散不致?lián)p傷掘進(jìn)面后方綜掘機。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:爆破掘進(jìn)后形成的槽腔為綜掘機提供足夠大小自由面，選擇合理綜掘機刀齒參數(shù)，在槽腔自由面作用下綜掘機可以快速掘進(jìn)將槽腔擴展并修邊至設(shè)計的巷道斷面。
【文檔編號】E21D9/00GK105937395SQ201510601300
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年9月14日
【發(fā)明人】吳德義, 徐盼
【申請人】安徽建筑大學(xué)