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。

基于临时支护新装置的工序优化与支护性能分析

针对掘进工作面存在的掘支平行作业难、用时比重失调问题,为实现平行作业、快速支护,设计了新的临时支护装置,具有尺寸可调、快速响应、及时支护的特点。采用理论分析加数值模拟的方法进行研究;介绍了装置的结构设计;以新巨龙煤矿综掘施工技术为例进行工艺优化,从理论上提出一种分区平行作业的施工技术;通过顶板两端简支岩梁力学模型,展开装置临时支护作用机理分析;并对装置的支护性能进行结构静力学分析。结果表明:在巷道顶板松动范围0~3.30 m时,装置支护所需承受的载荷为158.40 kN;仿真得到最大等效应力为57.37 MPa,在装置顶梁下端与耳座位置交接处,最大位移量出现在中间梁上端中部,为0.30 mm,装置的结构设计能满足支护要求。此研究可为实现快速掘进的平行作业,高效支护和安全生产,提供有益参考。

甜水堡煤矿煤巷支护参数与设备工艺优化研究

目前巷道快速掘进技术研究主要针对巷道快速掘进的影响因素、设备优化等,对巷道空顶距、支护参数、施工工艺联合优化的研究较少。针对该问题,以甘肃省环县甜水堡煤矿2号井1309工作面回风巷为研究对象,对煤巷支护参数与设备工艺优化方法进行研究。分析了巷道掘进各工序的用时特征,得出掘进、永久支护、临时支护用时最多,占比分别为25.3%,49.9%,6.2%;以耗时最长的3个工序为重点优化方向,构建了掘进工作面空顶区顶板力学模型,得出掘进工作面理论最大空顶距为2.32 m,考虑现场受设备、地质、工艺等因素影响,确定空顶距为2.0 m;根据不同支护方案下巷道围岩应力、变形、塑性区的分布特征,结合巷道高效掘进需求,确定最佳锚杆间排距为800 mm×1000 mm。结合巷道实际的地质条件,配套优化了掘进设备、临时支护工艺与施工工艺。现场试验结果表明,优化后最大日进尺由8 m提高到10 m,巷道掘进速度提高了25%;巷道围岩变形基本处于稳定状态,最大变形量为226 mm。优化方案不仅保证了巷道的安全稳定,还显著提高了巷道的掘进速度。

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。

范各庄煤矿岩巷快速掘进多次支护技术研究与应用

通过分析巷道开挖后上覆岩层重力在巷道围岩中的传递过程,提出了一种先对顶板进行支护、再对上帮及下帮分次支护、后补强的多次梯度支护技术,并采用FLAC3D数值模拟软件分析了多次梯度支护技术的可行性。分析表明,先进行顶板支护,合适的时机进行巷道上帮和下帮支护能够保证围岩的稳定。在帮部支护中,优先对巷道上帮支护可以更好的控制顶板变形;当优先对巷道下帮支护可以更好的控制底板变形。现场试验中利用钻装机后移提供的16 m长的作业空间可实现多次梯度支护的平行作业,通过现场监测,多次梯度支护可保证范各庄煤矿巷道围岩的稳定,提高巷道的掘进速度。

弱胶结软岩巷道快速掘进及支护工艺优化

随着机械化开采技术的不断发展,采掘失衡问题已成为影响煤矿高效生产的重要原因。以红庆梁矿12308胶带顺槽为工程背景,通过理论分析、数值模拟等方法优化掘进支护工艺,采用层次分析法对比分析了快速掘进的影响因素,并得出支护工艺为优化的重点;利用FLAC3D模拟软件,对循环进尺、截割顺序进行模拟,得出最优进尺为4m,最优顺序为先掘进小断面效果最好。经现场对巷道支护顺序进行调整后,整体支护效率提升约44%。

黄陵二号煤矿快速掘进影响因素分析及工艺优化

针对黄陵二号煤矿矿区地质条件,从影响快速掘进的因素入手,采用鱼骨图的方式对影响快速掘进的6种直接要素、15种间接要素进行了关键性分析,并对关键性因素进行了逐一优化。对比传统掘进工艺正规循环,并行作业时间由不足25%提高至70%,锚杆支护工序时间平均降低30%以上。根据巷道围岩条件和支护强度,利用多排多臂支护工艺实现巷道锚杆支护的分布式空间布局。经工业性试验,5个月总进尺2 535.1 m,月均进尺603.8 m,大幅提高了掘进效率,符合煤矿“机械化换人,自动化减人”的要求。

单巷快速掘进技术在斜沟煤矿的应用

以矿井煤层赋存条件和综掘技术为研究对象,深入研究了3~5 m厚煤层悬臂掘进机、巷道支架、跨胶带锚杆钻车、永磁胶带机及自移机尾等当前国内掘支运前沿设备,完成了单巷快速掘进技术配套设备的一体化设计、关键技术参数并创新掘进工艺。从根源上解决了综掘掘与支互相制约、互相影响的问题,初步实现了掘支运的连续平行作业,是对综掘技术的一次变革,将掘进效率提高了1.5倍以上。应用结果表明,单巷快速掘进技术保障了掘支运配套装备的协同作业和连续掘进,从2019年底到2020年二季度初试验以来,已将单进水平由原先的322 m/月提高到现在的485 m/月,效果明显,成为矿井生产接替的重要技术支撑,开创了晋西北地区千万吨级矿井单巷快速掘进技术的先河。

煤矿掘进工作面快速掘进工艺技术研究

介绍了现有掘进工艺现状,分析了现有掘进工艺存在的问题,并通过具体分析与研究提出三种不同模式的掘支平行快速掘进工艺,以寻求更加合理的掘进和支护作业新模式,从根本上缩短作业时间,提升掘进效率。

巷道快速掘进施工工艺研究

为了提高巷道掘进速度,缓解日益紧张的采掘接替,分析了影响快速掘进的影响因素,主要包括掘进支护失调、施工组织管理和队伍素质、掘进施工工艺、掘进配套设备、巷道地质条件等,然后研究了掘进设备成套装置优化、掘进施工工艺优化,建立了综掘机截割工艺、多工序交叉平行作业、支护工艺优化、优化作业循环方式等巷道快速掘进施工工艺。研究为巷道快速掘进提供了理论支持。

掘锚一体机在回采巷道快速掘进中的应用

矿井引进EBZ260 M-4掘锚一体机应用到3506运输巷中,以期提升巷道综合掘进效率。对EBZ260 M-4掘锚一体机结构参数、施工工艺及注意事项等内容进行阐述,并分析现场应用效果。结果表明,EBZ260 M-4掘锚一体机可明显提升巷道掘进效率以及安全保障能力,并改善掘进迎头环境。

曹家滩煤矿智能快速掘锚成套装备应用

为提升掘进速度,缓解采掘失衡问题,针对大断面煤巷采掘接替紧张、掘进装备落后的现状,曹家滩煤矿引进中国铁建重工集团研制的智能快速掘锚成套装备,打造掘支平行作业。在明确工程背景后,对装备在井下应用出现的问题进行了分析与改进,掘进速度逐步提升,月平均进尺1 501.5 m,单月最高进尺2 020 m。该套装备的应用,有效改善了曹家滩煤矿掘进滞后难题,超额完成了厂家的装备设计生产能力,保障了智能快速掘锚成套装备的正常运行,实现了巷道的安全高效掘进。

快速掘进系统在凉水井煤矿中的应用

为解决掘进面工作量大、进尺少、高投入低回报的难题,结合凉水井煤矿地质条件及巷道尺寸,合理地搭配快速掘进系统,实现掘、锚、运平行作业,降低移动设备次数,研制了快速掘进系统。该快速掘进系统通过实际运行,有效地解决了人力、物力与产出比例失调的难题,提高了工作效率,取得了较好的效果。

大断面煤巷快速掘进技术的应用

为提高大断面煤巷掘进速度,同时保证施工质量,提出了掘锚一体化的施工方案,并在2-504运输巷进行了应用。通过固化综掘机截割路径并优化施工工序,提高了巷道掘进速度。通过现场监测,采用该方案后顶底板最大移进量为75 mm,两帮最大移进量为100 mm,巷道变形较小,能够满足支护要求。实践证实:通过优化施工工艺,采用掘锚一体化技术,巷道掘进效率提升了一倍。

煤巷智能快速成巷技术研究

为解决采掘接续失调,掘进速度跟不上采煤速度的问题,以曹家滩122108主运顺槽为研究对象,进行煤巷快速成巷技术研究。运用大断面煤巷大间排距高性能锚杆支护优化理论和FLAC3D数值模拟软件,优化锚杆支护参数,实现科学支护;结合巷道地质条件、支护参数、装备配套原则,选择快速掘进和辅助保障装备;依据各工序的时间和空间关系,进行“以掘定支、掘支平行”施工工艺及劳动组织优化,达到施工工艺科学化。该快速成巷技术的成功应用,将为我国全面建成安全、高效、可持续的智慧煤矿发展新模式奠定技术和理论基础,同时对提升我国煤炭科技的国际竞争力具有重大意义。

复杂地质条件巷道快速掘进及支护系统的研究

为了提高巷道掘进及围岩支护效率,提出将融合掘进、支护、转载、运输等环节的快速掘进系统应用到35061巷快速掘进中,并进行工业应用。结果表明:速掘进系统不仅可明显提升巷道围岩支护效率,而且显著增加巷道掘进各工序平行程度;现场应用后巷道掘进进尺由以往的270 m/月提升至600 m/月,实现了巷道快速掘进以及支护的预期目标。该结论可为其他矿井巷道快速掘进工作提供一定借鉴。

如何提高煤巷的快速掘进

综掘工艺中掘、支、运三大工序即掘锚一体化、支护合理化、装运机械化之间的优化配置,可以最大限度提高单进水平和劳动效率,改善安全环境和工程质量,降低巷道掘进成本。

大断面煤巷快速掘进施工工艺

在高瓦斯条件下,巷道掘进的快慢将直接影响采掘工作面的正常接替。以余吾煤业掘进工作面为研究对象,通过对掘进工作面的现场观测分析,找到影响大断面煤巷快速掘进的影响因素,提出了改变顶板临时支护和优化掘进施工工艺等措施,同时利用工业工程现场管理知识对工序进行标准时间优化,提高了煤巷掘进速度。