软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与工程实践

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与装备是煤矿安全高效开采以及智能化建设的迫切需求。以具备膨胀性、节理化等软岩特征的煤矿回采巷道工程为背景,梳理了国内外掘锚一体机快速掘进技术发展现状,剖析了软弱围岩条件下掘锚一体机快速掘进面临3个方面的难题,包括全宽截割对围岩的扰动控制,软弱围岩及时高效永久支护,软弱围岩快速掘进煤帮临时支护。提出了软弱围岩掘锚一体化快速掘进的5项关键技术,包括:(1)低扰动截割技术。主要包括椭型全宽截割滚筒、截齿排布优化、截割动力学优化等。(2)减小空顶空帮距的及时支护技术。该技术是在掘锚一体化技术基础上,研制了集双圆柱导向、多连杆升降、支护油缸撑顶撑底、随动挡矸帘防护于一体的多钻机整体滑移平台,将掘锚一体机作业空顶距由2.5 m降至1 m,作业空帮距由3.5 m降至1 m。(3)软弱围岩多维度协同支护技术。综合考虑锚杆锚索支护参数间的时空协同效应和支护体与围岩的协同效应,掘进工作面采用低密度强力锚杆支护控制顶板,后部同步实施增强永久支护。(4)钻锚一体化技术。主要包括锚杆结构和力学特性、锚固剂材料及泵注技术等。(5)煤帮喷涂临时支护技术。主要包括快反应高延伸率喷涂材料、高比例精度喷涂泵送、不规则煤壁表面自适应轨迹控制、矿用防爆高精度机械臂、喷涂材料配套补给等。基于以上内容,研制了可控作业空顶距掘锚一体机,并进行了井下试验。试验表明,该装备有效缩短了作业空顶距和空帮距,实现了作业空顶距“可控”,适应于软弱围岩巷道快速掘进,掘进效率提高了1倍。

快速掘进支护技术在大断面煤巷中的应用

近年来,中国煤矿开采技术水平不断提升,其中综合机械化技术被广泛应用于煤矿巷道掘进作业中。以矿井大断面煤巷工作面为例,探讨了快速掘进支护技术的应用,并制定了一系列优化措施,为其他煤矿的开采作业提供了一定的指导与借鉴,不仅推进了快速掘进支护技术的发展,还提高了煤矿的经济效益与安全生产水平。

煤巷钻锚一体化快速掘进技术与装备及应用

分析煤巷掘进技术与装备现状及存在的问题,介绍研发的钻锚一体化快速掘进新模式、新技术、新装备及井下应用效果。研发出钻锚一体化锚杆支护技术与设备,包括钻锚一体化锚杆、泵注式锚固剂、钻锚一体化钻臂、钻箱、锚杆仓、锚固剂泵注系统及智能控制系统,将传统树脂锚固锚杆安装6道工序简化为1道连续工序,实现了锚杆自动化“一键”打设,单根锚杆作业时间由原来5~6 min减少为3 min。研发出自动化喷涂支护技术与装备,包括高强、速凝、抗变形喷涂护表材料,抗拉强度超过9 MPa,断裂伸长率超过100%,黏结强度高于3 MPa;研发出6自由度喷涂系统,可实现随掘自动化快速喷涂作业。研发出巷道随掘变形动态监测技术与系统,实现随掘大粉尘、多干扰、低照度环境下的巷道表面变形监测,监测精度能够满足围岩稳定性评价要求。提出煤巷掘支锚运分区并行协同快速掘进新模式,研制出钻锚一体化快速掘进成套装备。对试验矿井陕西陕煤曹家滩煤矿回采巷道掘进过程中围岩位移和稳定性进行了监测,在时间上,巷道掘出2~3 h后80%以上的围岩位移已经发生;在空间上,距离掘进工作面相当于2倍巷道宽度的位置,90%以上的围岩位移已经完成。快速掘进引起的巷道围岩位移在很短时间内就基本完成,要求支护必须及时且快速。在曹家滩煤矿10 m超大采高综采工作面特大断面回采巷道完成近6000 m的巷道掘进工程,打设钻锚一体化锚杆60000余根。锚杆施工时间、支护用工人数及作业人员劳动强度大幅降低,掘进速度、效率及自动化水平显著提高。试验巷道顶板位移量小、完整稳定,支护效果良好。煤巷钻锚一体化快速掘进技术与装备井下试验取得成功,具备了特大断面煤巷月掘进进尺1500~2000 m的能力。

我国煤矿快速掘进20a发展与展望

针对煤矿智能化快速发展,煤矿掘进面临新的机遇和挑战,笔者对我国煤矿快速掘进20 a的发展进行全面综述,以期理清掘进工艺、关键工序的技术及装备、成套装备的发展脉络及趋势,以便更好地推动掘进智能化的高速健康发展。在掘进工艺方面,双巷掘进开辟了截割、支护在不同巷道同时作业的新途径;掘锚同步工艺,时间-空间多维同步快速掘进工艺打破了先掘后支、及时全部支护的传统,创立了掘锚同步、迎头必要支护与多维空间永久支护动态匹配的分区支护方法。在掘进装备方面,形成了以纵轴、全宽横轴截割滚筒为主,全断面截割滚筒为辅的截割滚筒结构形式,并且在高功率密度减速器及整机设计理念不断突破的基础上,成功研制纵轴截割功率达315 kW、全宽横轴截割功率达560 kW的系列高效截割系统。在锚护装备方面,由传统的单体锚杆钻机发展出锚杆钻机、一键操作流程化钻机、钻机集群等,在有限空间内钻机的数量和作业安全性得到大幅提升,作业流程得到大幅简化,锚孔识别、锚护路径自动规划等智能化技术已进入工业性试验阶段。柔性运输系统的发明解决了掘进面短距离高效转载难题。在成套装备配置上,形成了以连续采煤机、掘锚一体机、掘锚机(掘进机+机载锚杆钻机)、煤矿全断面掘进机为龙头的四大类快速掘进系统,在四大快速掘进系统下,又分别形成了不同的作业线,实现了对不同地质条件巷道快速掘进的全覆盖。掘进工程系统层级上实现了具有成套装备的远程控制、集中控制、视频监测、闭锁联动、人员接近预警等智能化功能。回顾快速掘进的发展历程,提出完善时间-空间多维同步快速掘进理论、以智能掘进搜集透明地质的基础大数据、加强掘进巷道辅助作业工艺及设备研究、加强装备的智能化核心技术研发等智能掘进的发展方向。

煤矿快速掘进工作面产尘特点及综合防尘技术研究

针对煤矿快掘工作面掘进速度快、设备集中、产尘量大等特点,以曹家滩煤矿122107辅运巷快速掘进工作面为研究对象,详细分析了快速掘进工作面的产尘规律,开展“喷雾抑尘+机载通风控除尘”综合防尘技术及其工艺参数研究,结合快速掘进工作面产尘特性及掘锚一体机外形特点,设计了4种贴近截割滚筒的喷雾装置和1种机载控除尘装置,并进行了现场工业性试验。结果表明:应用快掘工作面综合防降尘技术,降尘效率在90.69%以上,能极大地改善快掘工作面粉尘污染情况。

浅析煤矿综合机械化快速掘进技术

随着工业化进程的加快,煤矿开采需求日益增加,为了提升煤矿开采的效率及安全性,煤矿综合机械化快速掘进技术应运而生,应用现代化机械设备和先进控制系统,对煤矿实施全面机械化开采,以实现快速掘进,降低劳动强度的同时还能有效提升开采效率。因此,本文主要进行综合机械化快速掘进技术概述,分析煤矿综合机械化快速掘进技术要点,并选择案例进行煤矿综合机械化快速掘进技术应用探究。

基于群体智能算法的巷道快速掘进自动化控制研究

以提高掘进效率、优化矿山资源的开采过程为目的,该文提出基于群体智能算法的巷道快速掘进自动化控制方法。采集掘进机截割电机的负载油缸压力、截割臂振动加速度和截割电机电流数据,将其输入到Q-RBF神经网络模型内,通过该模型迭代输出掘进机截割臂载荷信号,对该载荷信号转换成摆速后得到掘进机截割臂期望摆速,将期望摆速与实时摆速同时输入到模糊PID控制器内,并对模糊PID控制器参数进行整定处理,输出掘进机截割臂摆速控制参数,实现巷道快速掘进自动化控制。实验表明,该方法可实现掘进机截割臂摆速控制,超调数值较小,应用效果较为显著。

煤矿巷道快速掘进工艺研究

煤炭资源是中国的重要资源之一,煤炭采掘主要依赖于巷道快速掘进工艺。然而,当前的巷道掘进工艺在提高采煤效率的同时,也存在着安全隐患、污染等问题。因此,有必要研究开发新的煤矿巷道快速掘进工艺,以提高采煤效率、降低采掘成本、减少污染、保障煤炭采掘的安全性。分析了影响煤矿巷道掘进速度的主要因素,通过阐述掘进施工过程使用的掘进机械和支护结构,提出了有针对性的改进和优化措施,以期为煤矿巷道快速掘进作业提供一定的理论和实践指导。

分阶平行支护在岩石巷道快速掘进中的应用

随着煤矿开采技术的进步,掘进工作面推进的速度和产量也越来越高,对岩巷的掘进速度和效率也有了更高的要求。为解决掘进与支护不平行等问题,以下峪口煤矿22306进顺底板岩巷为研究对象,引进机械化设备来提升其掘支装备智能化水平及单进水平。在保证支护强度的基础上,按照“安全可靠、经济合理”的原则,对22306进顺底板岩巷巷道支护参数进行合理优化,实现了掘支分阶平行作业,大幅度提升了锚杆索支护效率。矿井岩巷月单进水平由102 m提高到241 m,提升了岩巷整体掘进速度,岩巷月进尺跻身至国内先进水平,提高了井下岩巷掘进单进水平。

煤矿巷道快速掘进支护方案优化路径研究

主要研究了煤矿巷道快速掘进支护方案的优化路径。通过介绍煤矿巷道快速掘进工程概况和评估原支护方案,建立了相应的数学模型。在快速掘进工作面支护方案优化方面,重点优化了支护参数和施工工艺,并通过稳定性分析和支护效果分析,评估了优化方案的效果。研究结果表明,通过优化支护参数和施工工艺,可以提高巷道的稳定性和安全性,实现巷道的快速掘进。研究为煤矿巷道快速掘进支护方案的优化提供了一条可行的路径,通过科学的支护设计和施工工艺优化,煤矿巷道的快速掘进将更加高效和安全。

煤巷快速掘进影响因素及掘进工艺优化分析

为进一步探究如何提升煤巷快速掘进作业的质量,以山西A矿2104工作面为研究对象,针对其在煤巷快速掘进过程中出现的巷道变形量较高的问题,应用数值模拟分析方法对其进行分析,制定了掘进工艺参数的优化策略。并在此基础上,通过已有经验及相关理论,对掘进工艺中的煤岩截割方案和支护方案及其相关参数进行了针对性的优化设计。结果表明,优化后的掘进工艺在降低煤巷变形方面上取得了良好的成绩,具有一定的应用价值。

煤巷快速掘进支护工艺优化探讨

对新疆准东煤田大井矿区的煤巷快速掘进支护技术及工艺进行了深入分析和优化,研究内容包括评估现有支护工艺、实施三维相似模拟试验及制定针对性的工艺优化策略。通过一系列的研究,旨在解决煤矿快速掘进过程中遇到的关键技术问题,以提高掘进效率,同时保证开采作业的安全性和稳定性。研究结果表明,通过优化支护材料、设计参数和调整掘进循环方式,可以显著提升煤巷的稳定性和开采效率。

煤巷快速掘进改进工艺研究

针对古城煤矿现有掘进切割工艺,介绍了1种煤巷快速掘进改进工艺设计方案。该方案以原掘进切割工艺的具体情况为基础,结合煤矿领域现有掘进技术水平,设计出了多种不同的掘进切割方案,然后利用有限元分析软件分别对各种方案在实际中的应用效果进行模拟分析,并通过对比模拟分析结果,以此确定出最终的掘进切割方案。应用该改进工艺,不仅可以提升煤巷掘进速度,而且还可以提高井下作业的安全性,具有一定的应用价值。

煤巷快速掘进工艺系统要素优化

为进一步探究煤巷快速掘进工艺系统的优化路径,结合具体案例,根据项目中存在的主要问题,将既有工艺系统分解为多个类型的要素,对快速掘进工艺模式下的支护参数、煤岩截割方式和掘进工序进行全面优化。根据实际测试结果,优化后的快速掘进工艺有效提升了掘进效率并降低了巷道变形风险,具有一定的实际应用价值。

悬臂式掘进机快速掘进技术与装备

悬臂式掘进机在国内煤矿巷道掘进中应用广泛,存在掘、支、锚、运工序不匹配和用人多、工人劳动强度大、智能化程度低等问题。以工序机械化、功能集成化、设备成套化、运行自动化为出发点,重点介绍了机载锚杆钻机技术、掘进系统配套技术、工作面辅助运输技术和智能控制技术等,通过相关技术的匹配融合提升悬臂式掘进机掘进作业线的工序匹配度和掘、支、锚、运的衔接平衡度,为类似条件下煤矿巷道掘进提供借鉴。

黄陵二矿辅运巷快速掘进系统装备研究

巷道的快速掘进有助于回采工作面早日开采,缓和矿井采掘交替的紧张状况。黄陵煤矿215辅运巷掘进范围内地质条件复杂,局部地段煤岩体破碎、围岩支护困难、费时、危险度高,从而提出采用基于智能控制的掘锚一体化快速掘进系统来实现回采巷道的快速、安全掘进。系统配套设备包括掘锚机、跨骑式锚杆钻车、可弯曲皮带转载机、迈步自移机尾、干式除尘系统(选配)、智能控制系统。现场验证表明,黄陵二号煤矿215辅运巷每月进尺能达到300 m以上,比一般综掘机掘进效率高1倍多,实现巷道的快速掘进,降低工人工作量,提高掘进安全性。

二氧化碳致裂爆破快速掘进技术应用及探索

针对钻爆法施工受限时硬岩掘进效率低下问题,提出了利用二氧化碳气相爆破方式对硬岩岩体进行松动致裂。以某矿煤仓掘进工作面为研究背景,运用理论分析和现场试验等方法设计了煤仓断面致裂孔布置参数,并进行了二氧化碳致裂松动现场试验。结果显示,在目前的技术体系下,由于封孔措施不当,二氧化碳气相爆破技术在硬岩致裂过程中未能达到预期的松动效果。根据试验反馈结果,提出了通过增设封孔装置、增设爆破能量导向裂隙及调整爆破参数的优化方法,并初步探索了适用于硬岩致裂的方案。这些改进思路有助于实现硬岩致裂并提高机械式掘进效率。

掘锚一体机的巷道煤矿快速掘进工艺研究

针对掘锚一体机快速掘进工艺开展系统研究,在分析掘锚一体机技术原理与特点的基础上,重点探讨设备选型与布局优化、同步掘锚工艺设计、地质探测与动态参数设定、安全高效管控流程等关键环节。通过仿真分析与现场工业性实验,验证了掘锚一体化工艺的高效性与实用性,其中单机掘进效率较常规工艺提升2~3倍,巷道围岩稳定性显著改善。研究表明,掘锚一体机是一种极具应用前景的煤巷快速掘进新设备,对推动煤矿智能化开采具有重要意义。

特厚煤层大断面顺槽快速掘进支护技术研究

在分析龙王沟煤矿61612工作面主运特厚煤层大断面顺槽地质和生产条件的基础上,研究其支护要点,根据地质条件和支护要点,提出快速掘进配套原则,选取快速掘进设备。采用理论计算和数值模拟的方法,对多种支护方案进行比较,提出配套的锚杆锚索支护设计和施工方案。井下试验表明,采用快速掘进设备和配套的快速支护设计,实现了快速掘进支护,大幅提高掘进速度。矿压监测结果表明,特厚煤层大断面顺槽支护效果很好。

基于AHP-TOPSIS的快速掘进工作面作业安全风险评判

对掘进工作面进行作业安全风险评判是矿井安全高效生产的必要条件,更是实现人矿平安的前提。以神东某矿12203主运顺槽快速掘进工作面为研究案例,从作业人员因素(人)、机器设备因素(机)、开采地质因素(环)、安全管理因素(管)等四个维度出发,采用层次分析法(AHP)和优劣解距离法(TOPSIS),分析了掘进工作面作业安全风险因素,建立了作业安全风险评判指标体系,确定了评判指标权重,提出了基于AHP-TOPSIS的快速掘进工作面作业安全风险评判模型。研究结果表明:该掘进工作面作业安全风险评判结果为0.358,安全风险等级为Ⅱ级。综合评判结果可为掘进工作面安全生产管理提供参考依据。