掘进工艺（精选8篇）
掘进工艺 篇1
在煤矿生产过程中, 及时快速地为回采开拓出采煤工作面是确保矿井正常生产的前提, 尤其是像大兴煤矿这样的“双突”矿井, 如何提高新采区开拓巷道的掘进速度, 就成为了我矿管理及工程技术人员急需解决的重要课题。这使得我们不断探索在采区开拓过程中, 如何才能最大程度地采用先进的技术装备, 达到既满足安全需要, 又能实现井巷的快速掘进。此次44°斜巷掘进采用反井钻进法施工的成功, 为此类巷道实现安全、快速掘进提供了宝贵的经验。
1 工程概况及地质情况
1.1 工程概况
南五九层入风上山作为南五九层采区的安全出口之一, 是采区开拓巷道中必不可少的一部分, 起到行人、通风的作用。
南五九层入风上山是运输中巷与轨道中巷之间联络巷, 两条中巷间距40m, 高差为22m, 入风上山巷道全长45m, 其中44°斜长为40m, 设计为三心拱断面 (宽4m、高2.8m) , 采用锚喷支护。如图1。
1.2 地质情况
斜巷围岩岩性为泥岩、粉细砂岩互层, 水平层理, 夹中砂、粗砂岩及薄煤线, 围岩硬度适中, 较有利于反井钻机施工。
2 巷道施工方案选择与施工
2.1 施工方案的选择
本巷道施工共设计了两套方案。
方案一:采用传统炮掘方式。在两条中巷中间设计一条30°斜巷, 由下至上掘进, 掘进工程量为88m, 其中30°斜巷长为45m。
方案二:采用反井钻机导孔施工。在两条中巷中间设计一条44°斜巷, 提前在下口掘进一个5m深硐室 (为导孔贯通后上1.2m钻头使用) , 待反井钻机施工结束后, 采取由上至下的方式掘进, 掘进工程量为45m, 其中44°斜巷长为40m。
方案一是大倾角斜巷施工的常规方法, 其优、缺点如下。
优点:上山掘进易于排矸, 工作面无积水, 大大降低了丢炮、落炮的发生。
缺点:上山掘进作业危险性大, 容易出现顶板事故, 材料运输较困难, 工人劳动强度大, 施工时间长。
方案二是既要继承方案一的优点, 又要避免其缺点而研究的一种全新的施工工艺。但其技术难点是如何使用现有的反井钻机, 满足巷道设计要求, 突破其施工倾角限制。
经过对相关技术的反复研究与讨论, 制定了对反井钻机的安装与使用的改进方案, 使之在小倾角钻进过程中始终保持稳定的机身状态, 控制导孔钻进的方位能够在设计的范围内。最终确定采取方案二施工。由图可见, 方案二比方案一节省进尺43m, 且减少了两个拐角。
2.2 钻机选型
根据岩石条件、斜井长度及以往使用反井钻机施工的经验, 选择了ZFY1.2/120型 (LM-120) 煤矿用反井钻机施工。
ZFY1.2/120型 (LM-120) 煤矿用反井钻机主要部件技术参数:主机运搬尺寸 (长宽高) 2290*1110*1430mm, 主机工作尺寸2977*1422*3277mm, 主机重量6.0t, 全液压驱动电机功率66k W, 导孔直径244mm, 扩孔直径1200mm, 最大钻孔深度120m, 出轴转速5-33rpm, 额定扭矩15k N·m, 最大扭矩30k N·m, 钻头允许最大推力250k N, 扩孔最大拉力500k N, 钻孔倾角60-90°, 钻孔偏斜率≤1%, 钻杆直径*有效长度准。
2.3 钻机的安装及固定
ZFY1.2/120型 (LM-120) 煤矿用反井钻机由主机、液压泵站及操作控制台、钻具部分、转盘吊、机械手、钻机平车、斜撑杆和辅助卸扣装置等部分组成。由于此次斜巷倾角较小, 钻机设计斜撑杆的最小调节角度仅为60°, 无法满足44°反井施工的要求。因此此次施工的重点之一就是钻机的稳固问题, 需要对其的稳定方式、方法进行重新设计, 以满足施工的需要。
钻机基础具体步骤为:采取浇筑混凝土底座, 并安设锚杆稳固的底脚预埋件;上部采取“锚索-道木”刹顶;最后在主机与钻机平车用斜撑杆连接后, 再采用40T输送机链条将上支撑缸和钻机平车多点锚固的方式稳固钻机。钻机稳固示意图, 如图2。
2.3.1 混凝土基础的浇筑。
混凝土基础的浇筑是钻机稳固的关键步骤之一, 可以说钻机的稳固成与败主要取决于此。混凝土浇灌的尺寸为4000mm宽, 上部厚度为800mm。根据地测部门给定的中心、腰线, 浇灌出一座混凝土基础台, 斜面的方位及倾角偏差芨1°。在混凝土台斜面上按钻孔中心安设钻机稳定预埋件, 并按预埋件孔位埋设10根准锚杆, 要求锚杆外露为200mm。值得注意的是, 混凝土基础在扩孔范围内不能有钢筋等物件, 必须为素混凝土, 以保证导孔、扩孔的质量及安全。防止因为钢筋等刚性物件导致的导孔偏离, 以及扩孔至混凝土基础时因为钢筋损毁, 导致的混凝土基础的整体垮塌而出现的安全事故。
2.3.2 基础预埋件的使用。
预埋件采用30mm厚钢板制成, 长2325mm, 宽1340mm, 矩形。在钢板的几何中心剪切出一个大于直径1200mm圆的面积 (图中虚线为扩孔圆的面积) , 同时按钻机底脚的尺寸钻出四个配套的螺栓孔, 用螺栓将预埋件与钻机连接。钢板两侧如图所示布置10个锚杆孔位。安设时, 将四个螺栓安设在预埋件上, 并对角拉线, 其交点即为开孔中心。沿混凝土基础斜面平放校对中心后, 用水平尺调整至水平后, 将其锚固。
钻机稳固在混凝土预埋件上, 预埋件由10根锚杆锚固, 经单根锚杆拉拔力检测, 单根锚杆的拉拔力不小于10t。由上述内容可知, 预埋件的整体拉拔力不小于100t, 足以满足反井钻机的最大拉拔力为500k N, 也就是50t拉拔力的技术要求。
2.3.3 钻机安装及角度调整
混凝土基础浇灌及预埋件的安设完毕, 并经过24小时的养生期后, 开始进行钻机机身的安装及角度调整。
利用起重机通过顶板的起吊锚杆将主机吊入基础平台上, 对位至连接螺栓并拧紧, 在安装上斜撑杆。使钻机主体在和基础平台连接成一个整体的情况下, 在通过斜撑杆将钻机主体与钻车平台构成一个稳定的三角结构。由于钻机倾斜放置, 且上支撑缸距顶板较远, 无法直接利用上支撑缸对钻机进行稳定, 为此经过反复研究, 决定采取用40t链条顺钻机机身方向, 将钻机上支撑缸与底板锚杆连接, 使其达到对钻机进行支撑稳定的技术要求。
同时, 为了进一步保证钻机在使用期间的稳定性, 除了上述的常规稳钻手段外, 还额外增加了“锚索-道木”刹顶, 使钻机的稳定性得到了最大的保证。具体方法为:先在垂直机身上部的方向, 以机身宽度为锚索间距, 锚固两个外露超过机身300mm的锚索。用预先加工的钢板背在机身后, 两根锚索分别穿过钢板 (预先已钻孔) , 上好锁具。将准备好的木道木整齐的排列在钻机与顶板之间, 道木应该略长于锚索间距, 这样可以使锚索除了能起到紧固的作用, 外还能对道木起到支撑的作用, 防止了出现刹顶道木掉落的问题。
结束了以上的步骤后, 就要对钻机进行角度的校对了。因为在基础平台的施工过程中已经对角度及方位进行了规范。这时只需要采用机身底脚自带的调节功能进行微调即可, 允许偏差在1%以内, 确定无误后对钻车平台机械手以下部份进行二次混凝土浇灌。
2.4 钻具的组合使用
稳定钻杆与普通钻杆的组合使用是保证44°小倾角钻进精度的重要途径, 其组合方式与一般的竖井钻进有着显著区别, 主要原则是靠近导孔钻头段加密布置稳定钻杆, 20m以后为10m/根。此次施工连接导孔钻头的第1根为开孔钻杆, 以后分别在第3根、第6根、第10根、第15根、第21根、第31根使用了稳定钻杆, 一共使用6根稳定钻杆, 大幅度提高了钻进精度。
2.5 反井施工工艺
2.5.1 导孔施工。
开孔前应重新校对中心, 尤其是导孔中心必须是钻机的几何中心。否则, 稳定钻杆的稳定翼将与钻机下部棘轮套放生刮卡, 阻碍施工的正常进行。在正常钻进情况下, 导孔钻进采用高速钻进。动力头向下给适当压力, 正向旋转即可。导孔施工速度不宜过快, 且应保持连续钻进。对于松软地层和过度地层采用低钻压, 对于硬岩稳定地层采用较高钻压。本次地质岩性为泥岩、粉细砂岩互层和砂岩, 对导孔较有利, 平均每小时导孔钻进2m。随着导孔钻进深度的不断增加, 加钻杆停水前冲洗孔底的时间应适当增加 (2-5min) , 在钻透下水平透点3m左右, 应逐渐降低钻压, 并控制水压, 防止堵钻。
2.5.2 对接钻头及扩孔施工。
导孔钻透后, 将导孔钻头卸下, 扩孔钻头对接至钻杆处, 通过钻机控制钻杆进退、旋转将扩孔钻头对接牢固。扩孔前, 以导孔为圆心人工挖掘一个深1m的扩孔导洞, 防止扩孔开孔期间钻头剧烈晃动而损坏钻头钻具钻。提升时使用低钻压钻进, 并注意观察油泵压力变化, 当扩孔钻头进入导洞并且达到额定压力后, 即可按正常工序钻进。扩孔钻进相对于导孔来说, 其工序比较简单。但应考虑斜孔提升过程中, 岩壁对钻头轴向阻力的增加, 所以应比常规扩孔钻进速度有所降低, 平均每小时扩孔钻进1m。
2.6 扩断面掘进施工
反井钻机施工完毕后, 将上部设备拆除, 保留下水平运输系统, 为扩断面排渣服务。扩断面采用钻爆法施工, 其施工工艺类似煤仓扩孔, 出岩经中心钻孔自溜至下水平, 巷道采用锚喷支护, 循环进尺1.6m。
斜巷掘进期间人员采用固定梯子上下, 梯子铺设距工作面不大于10m, 两侧有1m高扶手。为确保施工人员安全, 防止坠物伤人及人员坠落, 掘进期间必须采取以下安全措施:
(1) 施工人员必须正确使用安全带。 (2) 在斜巷上口安设护栏, 并设专人警戒。 (3) 作业时, 除放炮外, 中心孔必须使用特制箅子进行封闭, 箅子边缘与孔壁搭接不小于400mm。箅子安设在孔底, 做到下无浮货、摆设均匀, 联结牢固。 (4) 下水平距孔底15m范围内严禁有人。 (5) 掘进迎头前倾至水平, 实现以迎头做临时底板, 为施工提供了一个水平宽敞的施工空间。
3 结束语
利用反井钻机施工倾角44°的斜巷在国内应该是首例, 尤其是44°钻孔的施工更是开创了反井钻机缓倾角施工的先河, 导孔偏斜率仅为0.28%, 精度完全能够满足同类施工的要求。施工技术参数见表1。
同时, 采用反井钻机施工工艺避免了上山斜巷施工片帮事故的发生, 解决了下山出岩困难的问题, 缩短了施工时间, 为斜巷掘进开创了一个全新的、安全的、高效的施工工艺。
参考文献
[1]徐永圻.煤矿开采学[M].中国矿业大学出版社, 2004.
[2]东兆星, 吴士良.井巷工程[M].中国矿业大学出版社, 2006.
[3]陶驰东.采掘机械[M].煤炭工业出版社, 2005.
[4]刘志强.反井钻机技术装备及发展[J].煤炭科学技术, 2001.
大断面沿空上山掘进施工工艺研究 篇2
关键词：大断面；沿空上山；掘进工艺；研究
伴随社会经济的飞速发展，科学技术逐步改革创新，为煤矿行业发展创造了绝佳契机。近年来，煤矿开采安全问题越来越为人们所关注，采煤工艺的推陈出新，先进技术、设备的广泛推广，一方面有效提升了煤矿巷道掘进速度；另一方面引发了一系列开采安全问题。经由应用科学可靠的沿空掘进巷道支护技术，可有效强化沿空巷道的稳定性，为作业人员的生命安全提供保障。
一、沿空掘进现状分析
（一）地势构造受到破坏
就煤矿开采而言，均是从浅层朝深层进行不断推进的，伴随开采地层的逐步深入，如此势必会对原本地质构造造成相应程度的破坏，且主要表现于顶板岩石的特性方面，开采期间会产生显著的转变，同时围岩也会面临极大的外力影响，进而加大煤矿掘进开采的难度。
（二）煤矿安全管理受到影响
受复杂地质环境影响，矿井上部、底部土质相对松散，同时存在煤的土层同样十分松软。鉴于此，在对煤矿巷道进行开挖期间往往要面临十分复杂的状况，在煤矿巷道开挖期间，巷道无法持续维持固定形态，而且一次成型后容易出现变形。另外，巷道顶部、底部板块同样会产生明显的收缩，如此便为安全管理有序开展带来了极大的威胁。
（三）开采设备易损坏
开采设备未得到及时更新同样在一定程度上加大了煤矿掘进开采的难度，就开采施工技术设备角度而言，与先进国家开采水平相比，我国在此方面仍旧处于初级发展阶段。在半煤岩开展掘进过程中，倘若出现的岩石硬度系数超过五级，开采设备各部分极易遭受严重磨损，进一步使得巷道掘进支护设备遭受破坏，从而对煤矿掘进开采工作的全面有序进行造成负面影响。
二、大断面沿空上山掘进施工工艺研究
（一）0921工作面概况分析
0921工作面中下段位于十采区下部，地面位置位于黄坨东侧。从十采横管开门，上山掘进，最后与0921上风贯通，巷道全长约166m。采用上净宽4.8m、下净宽5.4m；巷道高度为3.5～4m的梯形断面。该巷道正常地质条件下采用锚、网、索联合支护，作业方式为一掘一锚。
（二）断面沿空上山掘进施工安全技术措施分析
1、沿空掘进安全技术措施
沿空掘进安全技术具体是更改支护断面，增加与沿空侧煤柱，即原0921轨顺中下段设计断面为梯形断面，巷道上净宽4.8m、下净宽5.4m、巷高3.5～4.Om改为断面为微梯形断面，即右帮为矩形，左帮为梯形，巷道上净宽4.8m、下凈宽5.1m、巷高3.5～4.Om，如图1所示。
2、上山掘进安全技术措施
为确保0921正眼上山掘进期间的人员安全，根据现场实际情况特制订如下规定：
第一，掘进机司机前方设钢性防护网（防护网高800mm，宽600mm，用螺栓固定在掘进机操作台前，左前照明灯处），司机截割前检查防护网是否牢固，确保完好后再正常截割。
第二，掘进机截割时，其他人员严禁进入迎头，全部撤至掘进机电动滚筒后安全位置，并在电动滚筒后方拉警戒线，挂“截割期间，严禁进入”牌板。
第三，截割完毕后，司机用掘进机将迎头及掘进机两侧大块矸石清理干净，确保迎头及掘进机两侧3～5m范围内坡度平缓，不大于6°，行人路线畅通。
第四，严格执行敲帮问顶制度，当班班长进行敲帮问顶，站在永久支护下方，距迎头不小于2m，司机进行监护，及时找掉顶板危岩活岩，锚网支护期间做到动态敲帮问顶。
第五，敲帮问顶完毕后，再进行顶板支护，利用机载前探支护将钢带和顶网固定在顶板上，然后吊挂柔性型防护网，用专用钩子将柔性防护网上方固定在顶网上，下方用大阪和梯子固定到迎头。
第六，支护时先支护顶板，再支护两帮。顶板支护时，使用双层网，并及时联网，并根据现场情况，帮部未截割出来时允许拖后一排支护，同时确保锚索紧固及时。
第七，顶板破碎严重时，必须施工超前锚杆，超前锚杆与顶板夹角不得小于450，每排不少于3根。
参考文献：
[1]吕风，马丽华.东庞矿大断面沿空巷道快速掘进工艺研究[J].煤炭工程，2013，10：38-39.
[2]李建建.综放沿空留巷锚注支护应用[D].山东大学，2015.
掘进机采煤工艺 篇3
掘进机采煤工艺, 使采掘一体化, 无需再掘准备巷, 装机台数少。由于设备体积小、吨位小, 可以用顺槽巷兼作辅运巷。由于采煤工艺简单, 用一条顺槽巷作为进风巷, 另一条顺槽巷作为回风巷, 使巷道间煤柱变为可采煤柱, 提高了回采率, 保证了安全。
采面设计:采面走向长1000m, 两巷每推进100m开一条联络巷, 解决采掘通风, 采面布置在两巷中部和左翼、右翼。
采面设计长度:中部100～118m (两条顺槽巷中间) , 左翼、右翼各50-59m, 煤房与顺槽巷夹角80°。
两台掘进机掘进顺槽运输巷到走向长度后转弯对开煤房, 贯通形成通风系统后, 后退回采。随后反向开煤房后, 后退回采。由于配套设备小, 顺槽巷兼作设备检修的辅运巷, 同时一条顺槽巷作进风, 一条顺槽巷作回风, 解决了采煤工作面全负压通风。
与巷柱式开采工艺相比, 可节省两条通风巷和两条辅运巷, 使通风更简单和安全可靠;增大了可采面积, 提高了资源回采率;扩展了掘进机的功能, 不需掘准备巷, 降低了生产成本。
每套掘进机采煤系统年产25-30万t, 两套系统配用年产量50-60万t。
开采工艺流程:两台掘进机同时平行掘进两条顺槽平巷, 每掘进100m, 转弯相向掘一联络巷, 掘到走向长度后相向开煤房后, 后退采煤。采完煤后, 两台掘进机分别反向向左翼和右翼开煤房后, 后退回采。留区段隔离煤柱后进行下一循环。
装煤:由掘进机前部铲板自动收集煤。
运煤:由后配套的掘进机采煤连续运输系统一次完成, 取代了胶轮车、铲车、刮板转载机和滑移卸料车, 使工艺简单化。
支护;顺槽巷掘进断面为宽5m高3.5m (掘进机铲板宽2.8-4m, 由掘进机斜切进刀和转弯、侧移完成) , 锚杆支护;煤房支护采用履带行走液压支架。
通风:进风由集中运输巷、顺槽巷A, 冲刷中部采面后由顺槽巷B回到回风巷或经间隔100m的联络巷, 由顺槽巷B再回到回风巷。每台掘进机配备一台局部扇风机以解决中部开煤房和左右两翼回采通风用。
集中运输大巷布置一台伸缩皮带机, 顺槽巷A和B各布置一台伸缩皮带机, 其机尾轨道上高架掘进机采煤连续运输系统的高架车, 后搭接牵引皮带、履带行走车、转角伸缩皮带、起升摆角皮带和掘进机。此系统跟随掘进机, 前进、后退、爬坡、转弯, 按采掘工艺流程需要工作, 使采煤运输一体化。
有益效果:目前国内尚没有掘进机双巷相向布置采面和使用国产掘进机采煤, 皮带转弯连续运输系统的机械化长壁鱼鳞后退式采煤工艺。
本工艺适用于中厚煤层, 长臂布置采面, 减少了巷道数量, 使节省的巷道及巷道间的煤柱变为可采煤柱, 提高了回采率;使通风流程更为简单, 一巷进风, 一巷回风, 形成了全负压通风系统;不需做准备巷道, 既可靠又安全地实现了采掘一体化。
参考文献
[1]张晓东.SVC在电铁谐波抑制中的研究[M].四川大学电气信息学院.
炮掘岩巷快速掘进工艺实践 篇4
1 概况
新集一矿矿井采用立井石门多水平开拓,矿井生产能力为3.9Mt/a。矿井采用中央边界式开采方法,该法虽能够在短期内迅速见效,但在矿井生产中后期中央可采储量逐步减少,矿井被迫向边界延展,开拓巷道压力凸显。由于矿井没有专用矸石井提升,全部依靠副井罐笼车皮出货,导致开拓巷道迎头大量积货。由于岩巷采用打眼爆破的方式掘进,由于缺少车皮倒货,造成工程被迫中断,严重影响进尺。
不仅如此,由于掘进工艺中耙矸机挪移和出货系统中转又是耗时最多的工序。按照矿井目前现状,多数情况下存在重进尺、轻出货的弊端,主要表现在不能做到正规循环作业,只为快速赶进尺,仅做巷道拱部支护,帮部严重滞后,后期移耙矸机时集中出货,同时进行逐排刷帮,这种工艺占用大量时间,短则3天长则7天,因而必须对掘进工艺进行优化,才能发挥快速掘进的作用。下面以该矿131305高位瓦斯抽排巷的快速施工工艺为例介绍如下:
2 掘支同步、不留尾工
由于车皮供应存在不连续性,施工中充分利用出货间断期,将巷道帮部采取倒货刷帮,同步将帮部锚杆全部打齐,一次成巷,刷帮滞后迎头不大于4排。摸清车皮供应规律,充分利用工时,最大程度减少尾工活。
3 利用铲车、减少倒货
常规条件下由于耙矸机在巷道的一侧,只能对巷道的半边进行出货,另一侧需要移设霸王桩,重设导向滑,耗时多,工序复杂;矿引进一台ZCR-120型侧卸式装岩机,配合耙矸机将巷道另一侧矸石直接推至耙斗行程范围内,用耙矸机出货(见如下示意图);后方接皮带连续倒货,利用平巷矸石仓缓存,将迎头影响掘进的矸石周围至不受影响的地段,实现连续掘进作业,提高工时利用率。
4 建立平巷矸石仓、实现连续施工
针对矿综合车皮间断供应,总体不足的特点,采取矸石转运的措施,即在后方已掘进巷道内建立约40m的矸石周转场——平巷矸石仓,在矸石仓末端再设一部耙矸机,有车皮时就快速出货,无车皮时就周转倒货,将迎头矸石储存至后方,以实现迎头正常作业,减少因货多导致的停工。不仅如此,该方法尤其适合斜巷作业,可以很好地减少绞车提升的安全隐患。巷道外口设立的矸石仓一般使用12#工字钢和8mm钢板组装在巷道中部,形成一面挡墙,实现存货与轨道打运两不误;矸石仓容量一般为300-350m3。
5 发明旱船、实现快速移设耙矸机
由于岩巷掘进工艺中耙矸机移设较频繁,一般40m左右移设一次;同时由于耙矸机移设工序复杂,常规条件下移设一次耙矸机至少需要3天时间,因而该工序快慢直接影响岩巷单进;我们采用将耙矸机与皮带机按照同一轴线方式摆放,并且将耙矸机生根在自制的旱船上,达到整体固定和挪移的条件;旱船采用30kg/m轨道配合8mm钢板加工而成,可被承载耙矸机的同时,能够被绞车整体牵引,实现可不钉道先移耙矸机的作用,将原先必须先钉道再将耙矸机移至迎头作业,变更为先移耙矸机至迎头作业,后钉道的效果,实现了进尺与钉道两不误的目的。
不仅如此,为了实现移耙矸机和延伸皮带一次性到位的目的,我们还将套机的出货仓直接位于皮带机机尾上,将皮带机机尾与耙矸机旱船连在一起,在挪移耙矸机时直接由旱船将皮带机机尾随之前移。当耙矸机牵引到位时对皮带机机尾进行调整,最后重新打地锚固定旱船,最大限度利用工时。由于打地锚与皮带机调试可同步作业,此法正常情况下只需要4个小班(每天为三个小班)便能够完成,相比钉道挪移耙矸机节约至少5个小班,很好地解决了挪移耙矸机耗时大的现象发生。
6 小结
掘进工艺 篇5
关键词：EBZ-160掘进机,大倾角施工工艺,防滑措施,单进进尺
一、引言
山西葫芦堂煤业有限公司位于朔州市朔城区下团堡乡峙峪村, 井田位于管涔山脉东麓, 地表大部为黄土覆盖, 经长期冲刷切割, 呈现为低山丘陵地貌。最高点位于井田西南部山梁上, 标高1338.30m;最低点位于井田东部葫芦堂沟, 标高1210.00m, 最大相对高差128.30m。本井田地质构造以向斜、背斜褶曲为主, 伴随少数中、小型断层, 主要构造线均为NE向。中北部断层不发育, 东南部断层较发育。地层产状主要受褶曲控制, 总的地层走向为NE, 倾角平缓, 其中北部一般5°~10°;南部8°~14°, 局部可达18°。井田内未发现陷落柱及岩浆岩侵入, 地质构造复杂程度为简单。
4煤三盘区轨道巷开窝处标高1098.8m, 层位在4-1煤层顶板中, 平均煤层厚度12.1m。由于该区域4-1煤层倾角较大, 局部达到32度左右, 所以设计轨道巷上山坡度24度, 从4-1煤层顶板穿入4-1煤层底板中, 平距98m (斜长106m) ;之后4-1煤层倾角变缓至8度左右, 轨道巷坡度也变缓至9度, 沿4-1煤层底板掘进, 平距55m (斜长56m) ;掘进的4煤三盘区轨道巷设计在4-1煤层中, 其4-1煤层老顶为山西组底部K3砂岩, K3砂岩平均厚6m, 灰色, 细~中粒、钙质胶结, 结构较为稳定, 砂岩裂隙发育明显受构造控制, 断层附近裂隙发育, 富水性强, 其它地段裂隙发育较弱, 含水性弱, 预计其涌水量在0~1m3/h。
二、问题的提出
葫芦堂煤业为一个高产高效现代化装备矿井, 采掘机械达到了现代化装备水平, 井田煤层赋存为近水平煤层, 井田划分为盘区式划分, 采掘机械充分发挥了其效力, 在井田的4煤三盘区由于受局部构造的影响, 局部达到32度, 远远超过了掘进机的适应能力。
4煤三盘区轨道巷使用的掘进机为EBZ-160掘进机, EBZ-160型综掘机主要用于煤岩硬度f≤8.5的半煤岩以及软岩巷道, 最大定位截割断面26.0㎡, 纵向工作坡度≤±18°, 最适宜截割高度2.4~4.8m。三盘区轨道巷受褶曲构造的影响, 导致煤层倾向角度局部达到32°, 达到平均28°, 施工段长达106m, 煤厚11m, 通过优化设计最后确定用24°上山掘进。
通常大倾角上山掘进多采用钻爆破法施工, 但结合葫芦堂煤业现场实际情况, 钻爆施工存在以下问题。一是钻爆施工需要单独组建炮掘队伍, 而葫芦堂煤矿只有三盘区受褶曲构造影响煤层倾角大, 后期类似工程量很少, 组建和保持炮掘对从经济上和矿井组织管理上均不合理。二是钻爆掘进时工人劳动强度较大。三是由于巷道断面较大, 打眼及处理悬矸等工作危险系数高, 存在大量安全隐患。四是上山施工完毕需要建立辅助运输系统后方能提升综掘机到位才能掘进工作面平巷, 影响了工程整体施工的连续性。五是上坡掘进施工难度大, 进度慢, 严重影响矿井生产接续, 面临接续极其紧张局面。
鉴于炮掘带来的诸多不利因素, 经过研究决定在采取必要的技术措施的前提下采用掘进机施工试行, 无疑对矿井的安全生产和效率的提高有重要的意义。
三、主要技术原理
掘进机施工坡度的限制就是掘进机在斜巷中施工时造成掘进机下滑的巷道的施工坡度。造成掘进机下滑的因素较多, 主要因素有四个:一是若施工巷道底板岩石较坚硬时, 掘进机履带与巷道底板之间滑动摩擦系数小, 造成掘进机履带与巷道顶板间的滑动摩擦力较小;二是掘进机截割施工时, 掘进机防尘喷雾的使用造成巷道底板湿滑, 降低了掘进机履带与巷道底板间的摩擦系数, 也降低了掘进机履带与巷道底板间的滑动摩擦力;三是掘进机在上坡时必须灵活移动能应付各种下滑趋势, 掘进机二运在掘进上坡过程中给掘进机以向下的拖力, 导致掘进机上坡动力的额外损失, 而且给掘进机的灵活移动带来了很大的不便;四是施工巷道倾角大时, 掘进机本身的倾斜度就会随之变大, 导致掘进机重力中向下的分力变大, 加之掘进机截割时会沿截割臂产生一个截割阻力作用在掘进机上, 且截割阻力的方向平行于巷道向下, 掘进机本身重力的向下分力与截割阻力的作用力方向是一致的, 两个作用力合成后结合掘进机本身的震动造成掘进机在截割过程中极易下滑。对于以上四个因素的分析, 作出以下技术原理研究与论证:一是针对大坡度上山时履带和底板岩石之间摩擦力较小的现象, 采用在底板上留底煤的方法来解决底板光滑的问题, 以增加底板的摩擦力。综掘机履带走在底煤上比直接走在底板岩石上的摩擦力要大的多, 这样便可以解决硬 (履带硬) 碰硬 (底板硬) 摩擦力小的问题。二是改进综掘机的冷却供水系统。冷却供水系统改进后, 冷却供水系统与除尘喷雾供水系统分离, 掘进机的冷却系统用水经排水管路直接流入后路水沟中, 保证综掘机所处巷道段底板不湿滑, 能够有效防止掘进机的下滑。三是针对掘进机二运在掘进机上行掘进带来的不利, 在掘进上坡掘进时将掘进机二运拆除, 采用刮板输送机跟掘进机运输。四是将半圆木垫在综掘机履带后部和后支撑下面的底煤上, 以增加综掘机后面的高度, 减小综掘机的倾斜度, 这样也减小了综掘机向下的分力, 而且掘进机截割过程中产生的进刀阻力也将减小, 从而消除掘进机在截割过程中产生的下滑现象。
四、采取的安全技术措施
第一, 强化对掘进机的检修及配件保障工作, 确保掘进机处于良好的工作状态;第二, 强化技术保障工作, 从单位抽调掘进机操作技术能手, 保证技术力量;第三, 在规定范围内适当调整掘进机液压泵的输出压力, 增大掘进机的动力;第四, 采取前部抄底后部垫高的施工方法, 确保掘进机的倾角在15°以内;第五, 掘进机履带打滑时, 采用铲板配合后支撑将掘进机履带担空, 然后使用半圆木横向垫在履带下面, 增大履带的摩擦力, 从而增大掘进机的爬坡能力;第六, 掘进机上严禁放置任何事故工具或材料, 防止滚落伤人;第七, 掘进机施工期间, 施工迎头后50m范围内严禁其他人员进入;第八, 掘进机司机前方设置挡板并固定牢固, 挡板长2.0m, 宽500mm, 后100mm;第九, 设定专门时间卧底施工, 将掘进机后由于垫高施工造成巷道净高不符合设计要求的地段达到要求。
五、相对炮掘的优势
第一, 杜绝了人工出货的环节, 大大降低了在出货过程中工人的劳动强度;第二, 采用综掘施工时, 在架棚施工窜前探梁时, 施工人员可站在掘进机上窜前探梁, 稳定性强, 容易操作, 相对炮掘施工 (人员必须站在脚手架或马凳子上窜前探梁) 减少了安全隐患;第三, 减少了放炮施工对巷道围岩的震动破坏, 有效降低了冒顶危害性;第四, 由于采取了短掘短支配合密集撞楔的施工方法, 最大程度地保证了顶板的稳定, 使顶板煤层不至于冒落, 减少了接顶的环节, 消除了隐患, 简化了施工工序, 减少了材料消耗;第五, 掘进机施工过程中, 单进进尺没有降低, 确保了工作面的正常接替。
六、结语
综掘机的使用代表着煤矿掘进机械化程度的提高, 是提高巷道单进效率的有力保证。但是掘进机受地质条件影响较大, 特别是巷道坡度的变化。此次在三盘区轨道巷施工中, 通过调整掘进机的施工工艺, 提高了掘进机在大倾角割煤时的稳定性, 填补了国内综掘机施工大倾角巷道的空白。
三盘区轨道巷大倾角段工程量106米, 采用掘进机施工, 仅用了10d时间即到上坡段, 平均每天进尺10.6m, 并创出了日进15m的大倾角巷道施工进尺记录, 相比炮掘施工提前工期10天。为公司掘进机大倾角爬坡施工积累了宝贵经验和可靠的数据, 确保公司安全高效发展。
三盘区轨道巷大倾角上坡施工的实践, 是对掘进机施工工艺的一次大胆的探索, 充分发挥了综掘施工的优势, 不仅在轨道巷施工取得了成功, 也为以后类似条件的综掘施工打下了基础, 提供了宝贵的经验, 更是为公司以后综掘机的推广和优化奠定了基础。
参考文献
[1]曲广龙.岩巷高速高效掘进施工技术研究[D].山东科技大学, 2008
掘进工艺 篇6
1 切眼大断面掘进一次成巷支护工艺
随后本文将通过实例展开具体分析, 在开采巷道的掘进中, 我们把切眼掘进与液压抬棚支护作为特别重要的环节, 而且必须要求掘进断面足够大, 支护的强度足够高。从2001年之后我国井下开采得到迅速的发展, 综采技术以及综采设备都在向大型化发展, 如此为切眼技术的进步提供了巨大动力。其后本文就将义马煤业有限公司作为一个实例进行分析, 为了适应大型支架综采设备的安装需要, 将切眼设计为高3m, 宽8m, 断面是24m2的巷道, 采用锚网索+双排液压抬棚支护, 这给工作人员提供了一个很大的难题, 以往切眼大断面掘进中, 采用综掘机+胶带输送机进行截割和运输, 容易产生掘进机运行空间严重制约两排液压抬棚滞后掘进迎头的距离, 造成液压抬棚不能及时的支护顶板, 易造成切顶、下沉等现象, 在经过专家们的分析和技术人员进行现场的交流, 最后确定为采用炮掘+双耙斗机+双溜子进行掘进, 切眼垂直于工作面上、下巷布置。
切眼大断面掘进及支护工艺, 按照已经测量好的数据进行分析, 确定施工方案, 接下来需要将切眼大断面上进行掘进, 在按照腰线掘进开口, 掘进断面切眼高3m, 宽8m的情况下开展爆破工作, 开口采用炮掘方式掘进, 双耙斗机+双40T溜子出煤。永久支护采用锚网索+双排液压抬棚复合支护。临时支护:开口掘进施工, 正头采用4根4m长平行π型梁作为前探梁进行临时顶板支护, 中间前探梁间距不大于1.5m, 两端前探梁距帮不大于2.0m。每根前探梁必须至少有3个卡环与锚杆固定, 并在每根前探梁末 (下) 端焊接400mm长防滑铁链铁钩与顶钢带进行固定, 防止下山掘进时因放炮等原因, 造成前探梁向下坡方向滑移掉落伤人。循环进尺:掘进要求“短掘短支”, 即:缩短每循环进度, 打超前锚杆及使用前探梁超前支护。正头有片冒巷道轮廓线0.3m以上现象时, 必须打超前锚杆及时支护。每循环只准掘一排、锚一排, 即循环进尺0.8m。每循环最大控顶距不得大于1.2m, 锚杆滞后正头不得大于1.2m, 锚索滞后正头不得大于2.0m。切眼偏老塘侧 (西侧) 顺巷抬棚滞后正头不得大于3.0m (一架小门式抬棚位置) , 偏煤墙侧 (东侧) 顺巷抬棚滞后正头不得大于6.0m (两架小门式抬棚位置) 。
2 切眼掘进及支护工艺
巷顶锚杆支护要求:巷顶支护采用Φ22mm×2400mm左旋普通锚杆+钢带+双层菱形金属网支护, 锚杆间排距800mm×800mm, 锚杆托盘采用150mm×150mm托盘。巷顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋普通螺纹钢锚杆, 锚杆配件:托盘选用150mm×150mm×10mm厚蝶形托盘。设计锚固力不小于100k N。每根锚杆配套使用1节MSCK2340和1节MSK2350锚固剂。锚杆预紧扭矩:≥300N·m。巷顶锚索支护参数及要求:锚索间排距1000mm×1600mm, 每排锚索打注7根Φ21.6mm+1×19股高强钢绞线锚索, 长度8.0m。锚索托盘:采用双块320mm长×250mm宽废旧U型钢大托盘“十”字叠加, 每根锚索配套使用2节MSCK2340和2节MSK2350锚固剂进行锚固。
巷道两帮支护参数及要求:巷道两帮各采用1根2.6m长钢筋梯+菱形金属网, 网片要求搭接200mm, 每200mm使用联网丝捆扎, 锚杆间排距800mm×800mm, 钢筋梯间距最大不超过800mm并与钢带对齐。两帮共打注8根Φ22mm×1800mm左旋普通铁锚杆;锚杆配件:托盘150mm×150mm×10mm厚蝶形托盘;每根锚杆配套使用“一短一长”锚固剂, 即:1节MSCK2340短节超快速型锚固剂, 1节MSK2350长节快速型锚固剂。锚杆锚固力张拉表显示不小于29MPa, 顶、帮锚杆螺帽扭力矩不低于300 N·m, 锚杆外露长度10mm~40mm。
支护方式的选择是大断面切眼一次成巷的秘诀之所在。在实际的施工过程中, 需要联合支护方案, 具体施工过程中, 巷道顶板支护是关键, 两帮支护是重点。在实施联合支护方案中, 锚杆的作用是作为支护的主体, 需要严格控制他的安装质量。对于锚杆来说, 其间距的排列、锚杆眼的角度和深度、锚固力与预紧力之间的矩, 金属网铺设质量必须符合设计要求, 科学管理, 确保施工质量, 加强对切眼巷道支护质量的监督与检查。同时还要确保其安全的使用, 这就要求我们能够实施相应的规章管理, 有一个健全的检测控制系统, 完善数据控制处理的相应的工作, 同时要对支护数据进行数据调整, 确保整个工作的安全可靠。
3 顶板离层仪安装与观测
在进行实际施工时, 需要选用WBY-8型顶板离层检测仪, 对着顶板进行检测。在检测的时候需要边施工边检测, 检测从巷道井口的地方放入一个顶板检测仪。当掘进8m的时候, 还需要再安装一台WBY-8型顶板离层检测仪, 记录相关数据, 对顶板检测仪进行数据分析。随后使用MQT型锚杆钻机钻头, 朝着顶板的上方进行垂直打孔, 大约打进10m, 深部片应该安装在锚索孔底部10m处, 中部片则应该安装在2.5m的位置, 还需要将空中及孔底所固定的弹性片放在孔中, 再用铁钱夹紧小铜管, 记录标尺上的数值, 然后进行数据的精细分析, 最终计算出孔内的位移数值, 此数值就是1板的初始数据。
4 结语
在“锚网带索”支护系统中, 锚索承载主动及时的功效。短锚杆与长锚索相结合, 能够更好地发挥二者的优势, 采用及时支护的方式, 能够向锚杆锚索加大对应预紧力, 进而通过钢带与金属网促进预紧力的扩散。也能够发掘更大的围岩自承能力, 进一步约束其松动变形的现象, 保证切眼巷掘进的速度。就一次成巷工艺而言, 其相对更加简易且速度更快, 使用的支护材料也更为轻薄, 因此, 能够保持稳运输送, 安装方便。在掘进过程中, 也能够保证人力效率得到充分发挥。
摘要：目前, 高效率的综采技术在实际生活中有着广泛的应用, 工作面切眼大断面掘进技术能够满足生活生产, 工作面切眼大断面对工程有着重要的作用, 那么这将是本文重点要探讨的问题, 怎样使大断面切眼高效率进行, 进程加快。本文详细写到综采工作面切眼大断面掘进一次成巷的整个施工过程, 采用锚杆、钢筋网, 与钢筋梯和液压抬棚相结合的方法, 进行支护顶板, 并且也计算了支护强度对上层顶板沉降量的影响。
关键词：大断面的掘进,一次成巷,顶板支护
参考文献
[1]张文涛, 等.大断面综采开切眼一次成巷施工技术[J].金属矿山, 2013, 07:20-23.
[2]刘凤明.综采切眼大断面施工支护优化技术研究[J].山西焦煤科技, 2015, S1:41-43.
掘进工艺 篇7
掘进机由切割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支撑、液压系统、水系统、润滑系统、电气系统构成。通过电气系统与液压系统配合操作, 可自如实现整机的各项生产作业。本文讨论的是我单位自主研发生产销往陕西弘建煤矿的EBZ320掘进机。
其中本体部位于机体的中部, 主要由回转台1、回转支承2、本体架3组成, 如图1所示。回转台采用整体焊接结构, 主要结构件为厚钢板, 前面上部回转台装有切割部, 中间通过回转支承与本体架连接在一起。整体重量1.3t。回转台热加工采用二氧化碳气体保护焊的焊接方式。
二、回转台开裂分析
图1是陕西弘建煤矿的EBZ320掘进机上的回转台, 经过一段时间的工作, 焊接处出现断裂现象。为了产品的更好发展, 必须做下系统分析, 找到原因, 解决问题。
从材料角度上做工艺分析, 对于图号为J2-0401其结构由材料Q345和Q235焊接而成。件1、件2、件3、件5材料为Q345;其余件为Q235。
材料介绍:
Q345为低合金高强度钢。
1Q345化学成分见表1 (%) :
Q345力学性能见表2 (%) :
其中壁厚介于16mm~35mm时, σs≥325MPa;壁厚介于35mm~50mm时, σs≥295MPa。
其碳当量大约为0.49%, 可焊性不好, 所以焊接时需谨慎, 焊接前必须预热。由于是两种材料焊接而成, 对于异种钢焊接从焊接工艺上考虑, 焊接参数就高不就低, 方法上就低不就高。
图2件15 (Q235) 与件2 (Q345) 焊缝处产生了焊缝开裂。焊前未预热或预热未达到标准会产生裂纹。
从焊接方法上分析, 组立后长时间放在阴暗潮湿的环境下钢结构容易生锈, 焊前必须除锈和除油。无论什么结构的多厚的焊件采用大电流高速度焊接是不可行的, 必须采用合理的焊接参数去焊接。
从结构上分析, 如图3所示由件1、件2、件11、件13、件14、件15 (背侧) 组成的一个封闭的腔体, 图4为去除件15后的腔体, 可看到其焊缝结构。在热处理退火消除应力的程序后, 会给内部周边的焊缝带来应力, 会产生冷裂纹, 长时间工作延迟裂纹会生效, 亦可导致开裂。造成Q345相关部分开裂的裂纹主要是冷裂纹, 冷裂纹主要产生部位在热影响区以及焊缝金属内。
由于空腔内应力集中会导致空腔内边缘的焊缝承受很大的应力后开裂。同时, 经过热处理的过程, 很可能产生再热裂纹, 为了防止这种裂纹的产生, 首先从设计角度考虑选择再热裂纹敏感性低的材料, 其次从结构上要尽量减少近缝区的内应力和应力集中。
三、正确加工回转台
工人需要按照专业的焊接工艺方案施工。
焊接流程:点固焊→预热→里口施焊→背部清根→外口施焊→里口施焊→自检/专检→焊后热处理→无损检验 (焊缝质量合格) 防止开裂的措施包括:[1]降低焊缝中的含氢量, 严格烘干焊接材料;②合理的预热及后热;③选用碳当量较低的原材料;④设计结构时, 避免应力集中;⑤采用合理的焊接方法焊接。
摘要：我单位自主研发的掘进机主体结构为焊接钢结构, 焊接方式采用二氧化碳气体保护焊。对于重大的钢结构, 焊接工艺起着重要的作用。产品在客户工作中出现了一些问题, 这就需要做些工艺分析以及对出现的问题做些预防措施。
关键词：焊接结构,二氧化碳气体保护焊,工艺分析,预防措施
参考文献
重型掘进机销轴设计及热处理工艺 篇8
关键词：重型掘进机,销轴,热处理,锈蚀
掘进机的种类繁多, 其关键联接部位的销轴也有很多种。虽然销轴不是掘进机上的重要部件, 但是, 如果销轴出现问题, 就会引发重大事故。在部分销轴被锈蚀的部位, 因为销轴无法拆除, 可能会导致整个联接部件需要全套更换。因此, 有必要分析、比较掘进机用销轴的使用情况, 为掘进机销轴选型提供参考依据。
1 掘进机用销轴种类及其使用情况
掘进机销轴的种类比较多, 大体上分为开槽式销轴、环形槽式销轴和T形销轴。
1.1 开槽式销轴
开槽式销轴的结构如图1 所示。这种销轴有单边开槽的也有双边开槽的, 无论哪种方式, 开槽式销轴主要配合挡板使用, 挡板有螺孔, 需与主机固定, 挡板通过卡槽固定销轴, 使其无法旋转。一般情况下, 销轴中部与油缸或其他活动件滑动配合, 而且销轴端部有注油孔, 可到达销轴中部, 保持销轴的润滑。该结构销轴适用于轻型掘进机。对于重型掘进机中的销轴, 由于外界环境比较差, 再加上润滑不良, 滑动摩擦阻力系数比较大, 在上百吨推力油缸的作用下, 挡板会承受极大的作用力, 使得螺栓被剪断, 失去固定作用。虽然挡板外可加焊限位板, 防止螺栓受剪, 但是, 在实际使用过程中, 还是会因为种种原因导致挡板变形、损坏。在有锈蚀或变形的情况下, 销轴很难拆除, 虽然销轴中部可加装一个专门用于拆销装置的螺孔, 但是, 由于冲击力太小, 锈蚀销轴还是很难取出。
1.2 环形槽式销轴
环形槽式销轴如图2 所示, 其外侧设置一个或两人挡板限位, 但是, 受环形槽结构的限制, 挡板只能定位销轴的轴向, 防止销轴来回窜动, 而销轴却可以圆周自由转动, 有效解决了挡板受力易变形的问题。这种销轴要求的润滑点比较多, 整机润滑点由20多个增加到60 多个, 增加了维护保养人员的工作量。同时, 相对运动的2 个部件都有可能相对销轴做旋转运动。这样使用一段时间后, 容易导致2 个部件内孔磨损度不一致, 导致同心度出现偏差, 部件偏载, 成对的运动副单个受力, 应力集中, 容易引发比较严重的大部件损坏事件。该结构也同样存在销轴难拆装的问题。
1.3 T形销轴
T形销轴如图3所示, 销轴端部直接锻造出一个大端面, 上端均布8个大直径螺孔, 安装时, 销轴用8条螺栓固定。由于螺栓数量比较多, 距中心有一定的距离, 所以, 预紧后能产生一定的摩擦力, 有效防止销轴转动。由现场试验发现, 该销轴避免了其他销轴容易出现的问题, 而且其大端部可加装顶丝孔, 拆装力可达近百吨, 而且在发生变形的情况下也可以轻易地将销轴顶出。因此, 推荐在重型掘进机中使用这种结构的销轴。
2 销轴热处理工艺
销轴有了固定的结构后基本就可以消除结构上的损坏, 但是, 润滑不良、锈蚀、磨损都是影响销轴拆装的几个问题, 所以, 需要从热处理工艺入手解决问题。由于掘进机处于潮湿的环境中, 温度比较高, 再加上淋水等情况, 销轴普通表面采用发黑、镀铬等处理已经不能有效解决锈蚀、磨损等问题, 因此, 需要进一步改良表面热处理工艺, 从而有效解决这些问题。
鉴于销轴的重要性, 提高表面处理质量可以间接减少整机的维护成本, 因此, 建议销轴表面处理使用性能良好的QPQ热处理工艺。具体的处理工艺是: (1) 预热处理温度为350~400 ℃, 时间为20~40 min; (2) 氮化处理温度为520~570 ℃, 时间为10~180 min; (3) 氧化处理温度为350~400 ℃, 时间为15~20 min。
工件采用QPQ热处理工艺处理后, 其表面渗层组织主要由3 层组成, 由外向内分别为氧化膜、化合物层和扩散层。氧化膜是铁的氧化物 (Fe304) , 可以提高金属表面的抗蚀性, 对工件外观有一定的美观作用。化合物层是采用QPQ技术所形成的渗层组织中最重要的部分, 其耐磨性极高, 抗蚀性也极高, 与表面的氧化膜层一块构成了抗蚀性极高的综合抗蚀层。这就是QPQ技术处理件的抗蚀性远远高于镀铬、发黑、氮化等防腐技术, 甚至超过不锈钢的主要原因。扩散层是化合物层与工件中心之间的暗黑色组织, 一般情况下, 扩散层的主要作用是提高金属的疲劳强度。高速钢、不锈钢等高合金钢的扩散层硬度可以达到1 000 HV以上, 所以, 耐磨性也很高。
从销轴热处理工艺中可以看出, 采用QPQ技术处理的销轴表面有极高的抗腐蚀能力和抗磨性。采用QPQ技术处理过的抗盐雾腐蚀能力为1Cr18Ni9Ti不锈钢的5 倍, 镀装饰铬的35 倍, 1Cr13 不锈钢的40 倍, 镀硬铬的70 倍, 发黑的280 倍。由此可知, 采用销轴热处理工艺极大地提高了销轴的表面性能, 彻底解决了销轴表面存在的质量问题。
3 结束语