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...     

煤巷掘进机加装液压钻臂系统实现掘锚一体化

结合煤矿井下特定的工况条件及对锚杆支护的不同要求,探索在多型国产煤巷掘进机上实现掘进及锚杆支护一体化.在煤巷掘进机上加装液压锚杆钻臂系统,通过机载液压锚杆钻机对掘进工作面进行安全、及时、快速支护.经实际应用表明:加装液压钻臂系统的方案灵活多样;巷道整体的掘进速度和安全性得到有效提高,掘进工效由0.4m/工提高到1.2 m/工;对大断面煤巷围岩的支护效果改善显著,比传统支护方式减少空顶时间30 min以上.煤巷掘进机加装液压钻臂系统实现掘锚一体化技术是提高煤巷快速掘进的一条新的有效途径.     

掘进工作面围岩稳定性分析及快速成巷技术途径

分析了煤矿巷道掘进技术与装备现状及存在的问题,采用数值模拟方法研究了掘进工作面围岩应力、变形、破坏分布特征;分析了围岩稳定性的主要影响因素,包括围岩强度、围岩结构及地应力等地质力学参数,巷道断面尺寸、开挖方式、空顶距、掘进速度等掘进参数,及临时支护、永久支护等。巷道开挖后在掘进工作面顶角和巷道四角周围出现应力集中区;围岩位移、破坏在超前工作面一定位置开始出现,随着远离掘进工作面围岩位移和破坏范围不断增大,达到2倍巷道宽度时基本稳定;煤层强度、地应力对围岩变形与破坏的影响十分显著;分步开挖的顶板下沉量及破坏程度明显大于一次开挖;空顶距越大,围岩破坏裂隙越多、分布越广;过快、过慢的掘进速度对围岩稳定性均不利;掘进后安装及时、主动、支护阻力大的临时支护效果好;分次支护围岩位移和裂隙场的扩展均大于一次支护,通过分次支护提高掘进速度是以影响锚杆支护效果为代价的,应限定在一定的围岩条件。根据煤巷掘进工作面空顶距及自稳时间,对煤巷掘进工作面围岩稳定性进行了分类,并提出了相应的支护要求;提出煤巷可掘性的概念,根据被掘煤岩体条件,对煤巷可掘性进行了分类;分析了围岩的可钻性、可锚性及对掘进速度的影响。提出提高煤巷掘进速度的主要技术途径:确定适合的掘进模式,优化掘进工艺,优选掘进装备;确定合理的支护形式与参数,适当降低支护密度;掘进全系统整体配套与协同。根据掘进工作面围岩稳定性、可掘性、可钻性及可锚性,提出煤巷掘进自动化、智能化技术总体架构及应解决的关键技术:自动化、智能化截割、临时支护、自动化锚杆施工、超前探测、定位与导航、围岩稳定性与环境监测及大数据分析等,最后提出我国煤巷掘进自动化、智能化的发展路径。     

EBZ200型综掘机在拱形巷道掘锚一体化作业的研究及应用

针对目前梅花井煤矿使用综掘机进行巷道掘进、人工使用锚杆钻机进行锚固支护的方式,提出了一种在综掘机机身安装锚杆钻机、临时支护和工作平台的方法,通过改进设备以及优化巷道掘进工艺,提高巷道掘进速度,降低劳动强度,实现掘锚一体化作业。现场应用证明,综掘机改为掘锚一体机,集掘进、支护于一体,减少了巷道掘进过程中人工搬用锚杆钻机的工序,提高了掘进速度。     

煤矿巷道掘锚一体化快速掘进技术研究

为了加快巷道掘进速度,缓解矿井采掘失调的局面,研究了煤矿巷道掘锚一体化快速掘进技术,加工设计了掘锚机施工辅助设备,主要为液压顶篷、煤壁落煤阻挡装置及掘锚机进刀路线,基于掘锚机技术特征,研究了掘锚机施工工艺流程和巷道支护工艺优化流程,并进行了工程效果实践分析。研究得出,煤矿巷道掘锚一体化快速掘进技术提升了临时支护的可靠性,实现了煤巷的快速掘进。     

复杂条件下巷道快速掘进技术研究

制约6503运输巷快速掘进的因素包括地质构造、围岩性质以及煤层厚度等，结合现场条件对巷道设计支护参数进行改造，并提出通过引进EJM340/4-2H掘锚一体机提高破岩、运输及支护效率，通过掘锚一体机与锚杆转载机前后平行作业提高围岩支护效率、减少支护耗时。6503运输巷快速掘进技术应用后，巷道月掘进进尺可达到480～560 m,围岩变形量较小，掘进迎头无顶板冒落、巷帮大变形或者顶板变形量大等问题。     

松软破碎煤体钻封注一体化锚固实验研究

赵家寨矿"三软"厚煤层回采巷道为锚网支护全煤巷道,掘进过程中时常遇到松软破碎围岩段,该围岩条件下普遍存在锚固孔成孔质量差、塌孔现象严重及锚固力低下等瓶颈问题。为有效解决其支护难题,改善局部破坏严重段的巷道支护效果,研发了一种钻封注一体化注浆锚杆。采用理论分析、实验室实验及现场试验相结合的研究方式,对钻封注一体化注浆锚杆锚固机理、注浆效果及锚固性能进行了分析,研究结果显示:钻封注一体化注浆锚杆,具有较好的注浆封孔效果,可减少松软破碎煤巷注浆加固流程,加快施工进度;该注浆锚杆在松软和破碎煤体钻进过程中,注浆锚杆振动响应特征表现较大差异,依此实现煤体条件的判别,可为巷道围岩注浆参数设计及差异化注浆提供理论依据;实验室超声波无损检测注浆效果显示,该注浆锚杆能有效实现松软及破碎煤体注浆,且浆液扩散效果良好,说明该注浆锚杆可对该类巷道围岩实现良好的注浆加固作用;注浆锚杆现场拉拔试验结果显示,在松软破碎围岩条件下,相较于普通树脂锚杆,注浆锚杆锚固力提升约36.4%,说明该注浆锚杆能够对围岩起到更好的锚固作用。上述研究结果表明,钻封注一体化注浆锚杆,可明显简化松软破碎煤巷注浆加固流程,同时,可对松软破碎煤巷围岩起到更好的锚固效果,研究成果为提升松软破碎煤巷控制效果。     

巷道综掘技术与设备研究

介绍煤巷、煤-岩巷及岩巷的掘进技术和装备,分析各种掘进技术和掘进作业线的适用条件、优缺点。指出掘进工作面"掘进—支护—锚固—运输"集成于一体,也就是"掘—支—锚—运"平行作业是实现巷道高效、快速掘进的关键;是缓解采掘失衡矛盾,实现矿井安全、高效生产的有效技术途径。同时指出高效自动化、智能化是未来煤矿巷道掘进技术与装备的发展趋势。     

采掘锚、掘锚一体化快速掘进成巷技术

根据我国煤巷、半煤岩巷综合机械化掘进生产线的现状，分析了目前综掘生产线存在的问题，从巷道掘进、支护与生产线设备配备等进行了分析比较，介绍了采掘锚与掘锚一体化快速成巷设备及技术。     

煤巷掘锚一体化机组快速支护技术研究

为了解决国内煤矿掘锚一体化煤巷掘进效率低问题,结合围岩工程环境及原支护方案,提出煤巷采用小承载结构控制围岩变形,分析小承载结构作用机制,主要包括初期支护强度、短锚索宽承载效应、大护表预应力扩散效应及让压结构损失效应。在此基础上,结合掘锚机组工作特征,对支护技术工艺进行优化,并在井下进行了工业性试验。试验表明,新支护方案及支护工艺实现了煤巷掘进的快速支护,提高成巷速度75%,大幅降低了支护成本。     

综采工作面锚杆支护巷道围岩变形量分析与控制

煤巷锚杆支护是采用锚杆支护设计软件设计的,而巷道掘进过程中选择的锚杆支护参数没有有效控制孤岛工作面回采过程中的巷道变形。通过对工作面回采过程中巷道围岩表面位移监测结果的分析,合理选择了控制巷道围岩变形加固支护参数,有效控制了巷道的围岩变形,确保了安全生产。     

掘护锚一体机在大断面煤巷掘进中的应用

针对煤巷掘进效率低、采掘接续紧张等问题,兴隆庄煤矿引入掘护锚一体机。详细介绍了掘护锚一体机的技术特征,结合大断面煤巷地质工程条件和现有支护方式,优化了掘、锚、护等关键环节,提出了快速施工工艺。现场应用表明,掘护锚一体机大幅提升了支护效率,巷道掘进速度提高30%以上,并且明显改善了巷道维护效果,确保了煤巷的安全稳定。     

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。     

采掘锚与掘锚一体化快速成巷技术

根据我国煤巷、半煤岩巷综合机械化掘进生产线的现状,分析了目前综掘生产线存在的问题,从巷道掘进、支护与生产线设备配备等进行了分析比较,介绍了采掘锚与掘锚一体化快速成巷设备及技术。     

三交河矿综掘面安全高效过断层技术研究

文章以三交河煤矿1041煤巷掘进面为工程背景,探究了巷道过断层的快速掘进技术和锚杆索联合支护技术。研究结果表明,断层破碎带是造成巷道失稳变形的主要因素,在采用联合支护和注浆加固技术后,对巷道表面的围岩监测表明,顶板下沉量存在峰值56.2cm,在推过断层一定距离后,巷道整体收敛性增强,围岩变形趋于稳定,巷道得到良好控制。研究结果为相似条件下煤巷过断层技术提供了一定借鉴。     

MB670掘锚机在斜沟井田的快速掘进

掘锚机用于煤巷快速掘进已成为高产高效矿井煤巷掘进的发展方向。介绍了掘锚机在斜沟煤矿的使用情况,并在掘进中应用掘锚一体化的作业方式,改革了传统巷道的掘进工序,比普通掘进机掘进效率提高2倍左右,实现了煤巷的快速掘进。     

掘锚分离煤巷围岩变形分析及其控制研究

为提高煤巷传统锚掘分离条件下的掘进速度,保证矿井正常接替,利用数值模拟分析锚掘分离情况下巷道围岩应力、变形及塑性区分布情况,得出:掘进迎头后方15m范围内,巷道垂直应力最大值在12.4～12.7MPa,水平应力最大值在12.80～13.00MPa之间;顶板位移量差别不大,巷道变形最剧烈范围在巷道掘进迎头后方0～10m范围内。根据数值模拟结果及现场地质条件确定"树脂锚杆+锚索"支护体系,根据巷道变形观测,顶底板最大移近量为78mm,两帮移近量最大在55mm,随着巷道掘进,巷道变形基本不变,掘锚分离可行。     

国产EBJ-120型掘进机实施掘锚一体化技术

介绍了在国产EBJ-120掘进机上加装锚杆钻臂系统,并通过加装过程中对锚杆钻臂系统的结构改进、工艺改进等手段,实现掘、支、锚一体化技术的合理应用,为寻求适合潞安煤层条件的掘锚一体化煤巷掘进机组提供了一条途径。     

巷道掘支锚连续平行作业机理及其应用

为解决基于悬臂式掘进机与单体钻机配合的巷道快速掘进问题,介绍了基于悬臂式掘进机的掘支锚连续平行作业工艺,形成了掘进、支护、锚固连续平行作业的施工技术体系。采用现场试验的方法,对巷道掘进与锚固分离时,顶板离层和围岩锚固性能进行了测试研究。结果表明:在顶板预先施工4根锚杆,然后在临时支架后方补打其余锚杆锚索,不会出现明显离层;不同空顶距下锚杆锚索锚固性能可以满足掘进与锚固分离要求;确定采用临时支架可以满足掘支分离生产需求。开发了连续自移式快速掘进支护装置和掘支锚连续平行作业工艺,主要包括钻探、掘进割煤、临时支护、掘进工作面锚杆打设、后方锚杆锚索打设、转载运煤、除尘等工序。在潞安漳村煤矿西下山回风巷进行了现场试验,采用新型掘支锚连续平行作业后,月进尺达到745 m,支护效果良好,掘进效率提高65%以上。     

深部煤巷掘锚一体化支护优化及安全保障技术

为提高掘锚护一体机组在深部复杂条件的适用性，以丁集矿1242(3)试验巷道为研究背景，提出取消锚杆、锚索组合构件思路以解决钻机对孔困难难题，进一步提升掘支效率，并提出了掘锚机组条件下的巷道围岩“护表刚化-锚固强化-应力优化”一体化协同控制技术措施。巷道顶板采用钢筋网护表内衬10#菱形金属网，走向线性锚索束安全保障支护技术，煤柱帮采用关键部位补强、注浆加固等方案，并进行了数值模拟验证。现场应用结果表明，巷道平均圆班进尺由原来的6排增加至8排，显著提升了巷道掘支效率，减人增效效果显著，实现了丁集煤矿掘锚一体机组条件下的深井煤巷掘支优化及安全有效支护。