万利一矿煤巷快速掘进技术及应用.pdf

论文题目 万利一矿煤巷快速掘进技术及应用 作者姓名 领域名称 入学时间 研究方向 指导教师型童尽 职 副指导教师奎全趟 职 论文提交日期2 Q 曼兰生垒旦 论文答辩日期2 Q 量圣生鱼旦 授予学位日期 称 称 咀锗一 一啦 一恸一龇一一 一一一一一 R A P I DE X C A V A T I O NT E C H N O L O G YA N D A P P L I C A T I o No FT H E C o A LL A N ET U N N E L I N GI N W A N G L IN O ．1M I N E AD i S s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l n U m e n to ft h er e q u i r e m e n t sO ft h ed e g 托e0 f M A S T E RO FP r o f e s s i o n a l f | O m S h a n d o n gU n i V e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y b y S o n gJ i a n k u n S u p e r v i s o r P r o f e s s o rL i u “m i n C o U e g eo fR e s o u r c e sa n dE n V i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g J u n e2 0 1 3 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献 外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作 鉴定。 硕士生签名 日 A F F I R M A T I o N 期Ⅻl ；．6 ，一 Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i O n ，s u b m i t t e di nf u m U m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h e D e g r e eo fM a s t e ro fP h i I o s o p h yi nS h a n d o n gU n i V e r s i 够o fS c i e n c ea n d1 e c h n o l o g y ， i s w h o ym yo w nw O r ku n l e s sm f e m n c e dO fa c k n O w I e d g e ．T h ed O c u m e n th a s n o tb e e n s u b m i t t e df o rq u a U n c a t i O na ta n yo t h e ra c a d e m i ci n s t i t u t e ． S i g n a t u 心 勺五刚‰ D a ‘e 。hc 6 如怕I ／6 ，f ∥ 山东科技大学专业硕士学位论文摘要 摘要 随着煤矿综采、综放等开采技术水平的不断提高，采煤工艺的发展，单产、工效和 综采机械化程度等各项标准也逐年提高，为了保证煤矿正常的采掘接替和建设安全高效 矿井，使得安全、快速、高效地掘进煤矿巷道成为了煤矿生产与发展的先决条件。 本文以万利一矿3 1 3 0 4 胶运顺槽为工程背景，通过F L A C 3 6 数值模拟结合现场实测、 理论分析等综合研究方法，对煤巷快速掘进技术进行研究。首先叙述国内外煤巷快速掘 进概况，从施工工艺、掘进设备、地质条件及施工组织管理等几个方面对煤巷快速掘进 的影响因素进行了分析，通过分析影响煤巷快速掘进的因素，对快速掘进工艺流程及方 案进行了优化，并提出了具体的解决技术措施，然后简单介绍了万利一矿3 1 3 0 4 胶运顺 槽巷道布置与支护情况，最后通过运用F L A C 3 。有限差分数值模拟软件模拟分析了锚杆间 排距、顶锚杆长度、锚索间距等支护参数对支护效果的影响，提出了支护参数的优化方 案。 在新的市场经济形势下，煤巷快速掘进技术是煤矿生产面临的一个技术难题。要根 据矿井具体条件，及时调整施工工艺，支护参数，以便提高单机作业效率，同时还要调 动职工积极性于主动性，强化科学管理水平，组建一支过强过硬的掘进施工队伍，提高 煤巷安全快速高效掘进水平。另外煤巷锚杆支护技术的科学化、规范化、系统化、自动 化，对推动煤巷快速掘进技术的全面发展，对更好地协调采掘接替问题，为建设高产高 效矿井奠定坚实的基础。 关键词煤巷；锚杆；快速掘进；支护参数；优化 A B S T R A C T A c C o m p a l l y i n gt l l eo p p o m m i t i e s a I l dc h a l l e n g e s ，w i m 向1 1 ym e C h a I l i z e dc o a lc a V i n g m i l l i n gt e c l l I l o l o g y m o r ea I l dm o r ed e v e l o p e d ，m i n i n gt e c l l l l 0 1 0 9 y ’ y i e l d ，e m c i e n c y a 1 1 d c o m p r e h e n s i v em e c h a I l i z a t i o nd e 孕e es t a l l d a r d si m p r o V ey e a rb yy e 鸩I no r d e rt o e n s u r em e n o n n a lc o a lm i l l i n ga 1 1 dc o n s t r u c t i o no fs a f ea n de 伍c i e n tm i n e ，m a k es a f e ，f a s t ，e 伍c i e n t r o a d w a ye X c a v a t i o ni n c o a lm i n eh a sb e C o m eap r e r e q u i s i t e f o rc o a l p r o d u c t i o na I l d d e V e l o p m e n t ． 1 1 1 i sp 印e rt a l 【e sm e313 0 4 哲u ec o n V e 如n gg r o V ei nW a n l iN O ．1m i n ea se n 百n e 耐n g a c k 舯u n d ，c o m b i n i n gF L A C j dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，f i e l dt e s t ，t l l e o r e t i c a la 1 1 a l y s i sa 1 1 do t h e r c o m p r e h e n s i v er e s e a r c hm e m o dc o n d u c t st h er e s e a r c h t ot 1 1 ec o a l1 a n e t u n n e l i n g t e c l l l l 0 1 0 9 y ．F i r S t l y ；“sp a p e rd e s c r f b e s Ⅱl er a p i de X c a V a t i o ni n c o a lr o a d w a ya th o m ea n d a b r o a d ，a 1 1 a l y z e si n f l u e n c i n gf a c t o r so fc o n s n u c t i o nt e c I l I l 0 1 0 9 y ，e x c a V a t i o ne q u i p m e n t ，t h e 2 e 0 1 0 西c a lc o n d i t i o na n dm ec o n s t m c t i o no r g a J l i z a t i o nm a n a g 锄e n ta n do t h e ra s p e c t so fm e r a p i de x c a v a t i o nr o a d w a y ，t 1 1 】∞u 矾t h ea I l a l y S i so fi n n u e n c ef a c t o r so fr a p i de x c a V a t i o no fm e c o a lt u r m e l i n g ，o p t i m i z e s Ⅱl er a p i de x c a V a t i o np r o c e s sa n do p t i m i z a t i o n ，a n dp u t sf o r w a r d s p e c m ct e d m i c a lm e a s u r e s ．T h e ni n 们d u c e sm e4 l30 4g l u et r a n s p o ni nW a I l l iN O ．1m i n e c r o s s h e a d i n gr o a d w a y1 a y o u ta n ds u p p o r t ，F i n a l Uu s i n gF L A C j df i n i t ed i 丘．e r e n c en u m 耐c a l s i m u l a t i o ns o 脚a r ea n a l y s i s e sm ea I l c h o r a g es p a c i n g ，t o pb o l t1 e n g m ，a n c h o rs p a c i n gs u p p o n p a r 锄e t e r si m p a c to nt h es u p p o r t i n ge n ’e c t ，p r o p o s e dm eo p t i m i z a t i o ns c h e m eo ft l l es u p p o n p a r 锄e t e r so fm eb r a n c h ． I I lm en e wm a r k e te c o n o m y ，r a p i de x c a V a t i o nt e c l u l o l o g yo fc o a lr o a d w a yi sad i 伍c u l t t e c l l I l i c a lp r o b l e mo nm ep r o d u c t i o no fc o a lm i n e ．A c c o r d i n gt ot 1 1 es p e c i f i cc o n d i t i o n s ，m e t i m e l ya d j u s 乜1 1 e n t o fc o n s t r u c t i o n t e c l u l 0 1 0 9 y ’s u p p o r t i n gp a r a m e t e r S c a I l i m p r o V et h e e m c i e n c yo fs i n 2 l eo p e r a t i o n ．，a tm es 锄et i m e ，a r o u s i n gw o r k e re n t h u s i a s mf o rt h ei n i t i a t i v e a I l ds 仃e n g Ⅱl e I l i n gs c i e n t m cm a n a g e m e n tl e V e l ，f o n n a t i n gas 仃o n gt e a mo fe x c e l l e n te x c a V a t i o n c o n s t m c t i o n ，t oi m p m v et l l es a f e t yf a s t a n de m c i e n t d r i v i n g l “e 1 ．I I l a d d i t i o n ，m e s C i e n t i f i c ，s t 锄d 莉i z a t i o n ，s y s t e I I l a t i z a t i o n ，a u t o m a t i o no fm ec o a lr o a d w a yb 0 1 t i n gt e d m 0 1 0 9 y c a I lp r o m o t et 1 1 ea 1 1 一r o u n dd e V e l o p m e n to fm eC o a lr o a d w a yr a p i de x c a v a t i o nt e c l l I l 0 1 0 9 y ，a l s o c a l lb e 仕e rC o o r d i n a t ee X c a v a t i o n ，l a yas o l i df o u n d a t i o nf o rh i 曲p r o d u c t i o na 1 1 dl l i 曲e m c i e n t m j n ec o n s t r u c t i o n ． K e y W o r d s C o a lr o a d ；b 0 1 t ；r a p i de X c a V a t i o n ；s u p p o r tp 龇I m e t e r s ；o p t i m i z e 山东科技大学专业硕士学位论文 C o n t 肌t s 目录 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 课题的提出及研究的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外煤巷快速掘进技术概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．3 我国煤矿主要高效掘进设备与国外存在的差距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 1 ．4 论文研究的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 1 ．5 论文研究的技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 影响煤巷快速掘进的因素及发展趋势．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．1 5 2 ．1 影响快速掘进的因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 2 ．2 煤巷快速掘进技术的改进与发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 2 ．3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 3 3 13 0 4 胶运顺槽掘进技术研究．．．．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．2 3 3 ．1 万利一矿简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．23 1 3 0 4 胶运顺槽概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．33 1 3 0 4 胶运顺槽布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．4 巷道支护形式确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 3 ．5 支护参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．6 支护工艺及质量要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．7 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 5 43 13 0 4 胶运顺槽施工工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．1 快速掘进施工工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 4 ．2 劳动组织及主要技术经济指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 4 ．3 掘进工作面工程质量管理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 5 巷道支护设计与优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 6 5 ．1 支护参数的优化及其数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 6 5 ．2 矿压观测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 5 ．3 应用成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 山东科技大学专业硕士学位论文 C o n t ∞t s 5 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 6 主要结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 6 ．1 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 6 ．2 论文不足及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．6 8 山东科技大学专业硕士学位论文 C o n t c I n t s C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 1 ．1R a i s i n ga n dm e a n i n go f p r o j e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2G e n e r a ls i t u a t i o no f c o a lr o a d w a yr a p i dc X c a v a t i o nt e c l Ⅱl o l o g ，a th o m ea l l da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3C h i n a ’sc o a lm i I l em a i l le f f i c i e n te x c a v a t i o ne q u i p m e n ta n dt 1 1 ed i 饪．e n c e sw i mf o r e i g np r e s e n c e ⋯1 1 1 ．4T h em a i l lc o n t e n to fm ep a p e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．13 1 ．51 1 1 et e c I l n i q u er o u t eo f t l l i sp 印e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2F a c t o r sa f f b c t i n gt h er a p i de x c a V a t i o nr o a d w a ya n di t sd e V e l o p m e n tt r e n d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 2 ．1F a c t o r so f a 胝血gm er a p i de X c a V a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 2 ．2h I l p r o V e m e n ta I l dd e v e l o p m e n to f r a p i de X c a V a t i o nt e c l l l l 0 1 0 9 yo nc o a lm a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 2 ．3N u d u l e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2l 3T h es t u d yt e c h n o l o g yo nT h n n e u n gi I l31 3 0 4g l u ec o n V e y i n gg r o o V e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．1A b s 仃a c to f N O ．1m i I l ei I lW a n l i ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．2P r o f i l eo f31 3 0 4g l u ec o n V e r i n gg r o o V e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．3A r r a n g 锄e n ti I l3 1 3 0 4g l u ec o n V e y i n gg r o o V e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．4R o a d w a ys u p l o r t i n gf o md e t e m i n a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 3 ．5D e s i g no f s u p p o r t i I l gp a 姗e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．6S u p p o r tp r o c e s sa I l dq u a l 时r e q u 沁m e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．7N o d u l e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 5 4C o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yi n31 3 0 4 甜u ec o n V e y i n gg r o o V e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．1R a p i de x c a V a t i o nc o n s 缸u c t i o np r o c e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．2L 0 b o ro 喀a n i 髓t i o n 锄dm em a i l lt e c l l I l i c a l 锄de c o n o m i ci l l d i c a t o r S ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 l 4 ．3E n g i I l e e r i n gq u a l i 哆m a n a g e m e n to nt l l et u r m e l i n gw o r k i l l gs u r f a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．4N o d u l e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 5l 如a d w a ys u p p o r td e s i g na n d o p t i n l i z a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 5 ．1S u p p o r tp a r a m e t e ro p t i l n i z a t i o na I l dn u m 萌c a ls i I n u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 6 5 ．2M i I l ep r e S 跚r eo b s e n ，a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．3T h er e s u l t so b t a i n e d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2 5 ．4N o d u l e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 山东科技大学专业硕士学位论文 C o n t e n t s 6C o n c l u t i o na n d p r o p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 6 ．1M a i l lr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 5 6 ．2T h ed e f e c t 8a I l dP r o s p e c t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 A p p r e c i a t i a o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 M a i nR e f b r e n c eD o c u m e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 山东科技大学专业硕士学位论文绪论 1 绪论 本章主要论述研究煤巷快速掘进技术的必要性，分析煤巷快速掘进技术的现状，并 确定本文研究的主要内容、技术路线，提出通过本文研究所要达到的目标。 1 ．1 课题的提出及研究的意义 众所周知，富煤、贫油、少气是我国自然资源的基本特点，这就决定了煤炭在一次 能源中所占的重要地位。我国煤炭资源总量为5 ．6 万亿吨，其中已探明储量1 ．0 2 万亿吨， 占世界煤炭储量的3 3 ．8 ％，可采量位居世界第二，产量位居世界第一，出口量仅次于澳 储量却少之又少，仅仅占到总体储量的7 ％，因此我国煤炭行业所采用的主体开采为地 下开采，这样一来便对煤矿巷道生产工作提出了较高的要求，尤其对巷道掘进开采生产 相关装备、技术水平、一线生产能力等提出了严峻考验。 掘进和回采是煤矿生产的两个重要生产环节，装备水平、采掘技术对煤矿的安全和 生产能力拥有直接的关系。我国在煤矿开采中越来越多的使用安全高效采煤机械，使得 井下的巷道布置发生了较大的变化。以往开挖巷道多为岩巷并追求巷道开挖工程量少， 现在渐渐向多开挖煤巷，少开挖岩巷转变。同时，随着煤巷锚杆、锚索、锚喷等支护技 术的不断完善与研究，使煤矿采用自动化、机械化程度更高的采掘设备，与大量的开掘 煤巷奠定的基础。目前我国的开采技术己经可以使一个采煤工作面的年推进长度超过 3 k m ，同时，采煤工作面单产水平也高达5 9 M t ／a ，并将继续增大，这就意味着需要更快 的煤巷掘进准备速度⋯。2 0 0 7 年原国有重点煤矿总掘进进尺8 2 3 0 k m ，其中综掘进尺 2 7 3 0 k m ，综掘机械化程度约占3 3 ．1 7 ％，截止2 0 0 8 年，综掘机械化程度为3 6 ．8 5 ％，综采 程度达到8 4 ．1 5 ％瞳3 ，近年来我国煤矿采掘比例在1 3 ．1 左右，采掘比例严重失调，综掘 的发展远落后于综采。随着我国经济水平的不断提高，对煤炭的需求更大，综掘已满足 不了综采的现象愈加明显。因此提高煤巷快速掘进技术成为实现安全高效矿井生产的重 中之重。只有大力发展煤巷快速掘进技术，改进和完善煤巷综合机械化作业生产线，大 幅度提高煤巷掘进速度，才能满足综采工作面快速推进的要求，才能保证矿井采掘正常 接续。快速、高效、可靠、安全的煤矿巷道掘进生产技术的应用，对于煤矿来说具有重 大意义。 1 山东科技大学专业硕士学位论文 绪论 安全、快速、高效综合机械化掘进与支护技术是巷道掘进技术的发展方向。长期以 来，国内外诸多专家致力于研究煤巷快速掘进关键技术是探索安全、快速、高效的掘 进施工工艺与巷道快速掘进理论，建立健全煤巷掘进的科学保证体系，研究影响煤巷快 速掘进的因素，确定安全高效的支护方法，选择经济合理的支护参数等。目前，已取得 了一些重要的研究成果， 近年来，随着我国煤巷掘进机械系列装备和先进的锚杆支护技术的引进、改善与自 我研发，煤巷快速掘进技术的成功开发与推广，使掘进机械及其配套设备、施工设备、 煤巷锚杆支护技术、支护材料、巷道围岩地质力学及其性能测试技术均得到快速发展。 目前，随着采煤技术的发展，百万吨采煤工作面，年产千万吨以上的机械化采煤工作面 已不足为奇，年耗回采巷道量大幅增加，从而对煤巷快速掘进技术的研究成为当前煤炭 行业急需解决的一个重大理论及技术课题。 1 ．2 国内外煤巷快速掘进技术概况 掘进设备与施工工艺决定了巷道掘进的速度，采用综合机械化掘进技术是实现煤巷 快速高效掘进的主要途径。综合机械化掘进技术是由掘进机、转载机、运输机、锚杆钻 机、通风除尘设备及供电系统等设备组成的综合性配套技术，可以实现巷道掘进、转载、 运输、支护机械化作业。掘进机是实现煤巷快速掘进的关键设备，掘进机的性能对于提 高掘进工效和掘进进尺具有重要作用u J 。 1 ．2 ．1 国外煤巷快速掘进概况 在美国、英国、澳大利亚等拥有先进采煤技术的国家，煤巷快速掘进大致分为以下 三类情况 1 采用连续采煤机与锚杆台车交叉换位掘进。 连续采煤机与锚杆台车交叉换位掘进方式适用于多巷布置。其施工工艺是连续采煤 机割煤、装煤，运煤车运煤，锚杆台车钻装锚杆，交叉换位作业。这种掘进方式月进尺 可达1 0 0 0 3 0 0 0m ，最高日进尺超过2 0 0m 。连续采煤机与锚杆台车交叉换位掘进施工工 艺，只适用于比较好的顶板，因为每次换位时空顶距会达到6 1 2m 。如果顶板条件较差， 则要求空顶距较小，由于连续采煤机与锚杆台车之间的交叉换位过于频繁，会导致辅助 时间过长，工效反而会大幅度下降。 山东科技大学专业硕士学位论文绪论 2 采用掘锚一体化技术。 为了实现煤巷快速高效掘进，适应锚杆支护技术的快速发展，二十世纪九十年代初 期先进采煤技术国家研制开发了集快速掘进、锚杆支护为一体的掘锚机械化平行作业装 备掘锚联合机组，它是在连续采煤机或悬臂式掘进机的基础上发展的一种新型掘进 机型【4 J 。采用掘锚一体化技术，通过掘进设备与锚杆钻装设备的一体化设计，实现切割 后基本不调动机组就能及时进行锚杆支护，甚至在切割的同时也能进行锚杆支护，实现 掘锚平行作业。目前，掘锚机组在国外已趋成熟并得到广泛应用。例如澳大利亚长壁 工作面巷道8 0 ％以上采用掘锚一体化施工。随着其它国家掘进技术和巷道支护技术的发 展，他们相继开发出适合本国煤炭开采的掘锚一体化快速掘进成巷设备【5 J 。这种掘进方 式最高日进尺超过1o om ，掘进速度达8 0 0 0 ．2 0 0 0 0 州a 。代表性的掘锚机组是奥地利奥 钢联公司的A B M 型，美国J O Y 公司的1 2 C M 型。国外掘锚机组的机型性能概况见表1 ．1 。 表1 ．1 国外掘锚机组的性能概况 ’I ’a b I e1 ．1P e r f b r m a n c es u r V e yo fg a t e w a ym a c h i n ei na b r O a d 山东科技大学专业硕士学位论文绪论 同连续采煤机与锚杆台车交叉换位施工工艺相比，掘锚一体化工作面动力单一，操 作方便，掘锚速度快，可实现连续、安全生产，代表了当今世界煤巷掘进与锚杆支护的 最高水平和发展趋势，因而引起了世界采矿界的广泛关注。 3 悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配合工艺。 悬臂式掘进机配合单体锚杆钻机是传统的综合机械化掘进工艺，其施工工艺是掘进 机割煤、装煤，单体锚杆钻机钻装锚杆【6 1 。相对于上述两种掘进工艺，这种方式机械化 程度低，掘进速度较慢，比较好的月进度在6 0 0 ．8 0 0 m 。 1 ．2 ．2 国内煤巷快速掘进技术现状 近些年来，随着我国高产高效矿井建设步伐的不断加快，煤巷高效快速掘进技术也 得到了长足的发展和进步。有统计表明，从2 0 0 0 一2 0 1 0 年，国有重点煤矿综掘程度从 l O ．6 4 ％提高到2 3 ．4 4 ％ 见表1 ．2 ，2 0 0 4 年综掘程度比较先进的矿区见表1 ．3 。煤巷掘进 机械化水平、掘进速度与工效的不断提高，为矿井产量、效益的显著提高和安全状况的 改善创造了良好条件。可以说，国外先进的煤巷快速掘进设备与工艺在国内都已基本得 到应用。 表1 ．22 ∞O ．2 0 1 0 国有重点煤矿综掘进尺与综掘程度 1 ’a b l e1 ．2s t a t e - o w n e dk e yc o a Im i n ef u ym e c h a n i z e df o o t a g ea n df u ym e c h a n i z e dd e g r e ef m m2 0 0 0 t o2 0 l O 4 山东科技大学专业硕士学位论文 绪论 表1 ．32 0 l o 年原国有重点煤矿综掘程度超过平均水平的矿区 T a b l e1 ．3T h eO r i g i n a Is t a t e ．o w n e dk e yc o a lm i n ef u ym e c h a n i z e dd e g 代em O №t h a nt h ea v e 憎g el e v e l O f m i n i n ga 比ai n2 0 1 0 序号矿区 综掘进尺／m综掘程度／％ 平朔 潞安 神东 晋城 哈密 兖州 西山 崔家沟 艾维尔 大同 抚顺 龙口 开滦 大雁 铜川 铁法 枣庄 阳泉 靖远 邢台 汾西 乌鲁木齐 平顶山 淮南 大屯 3 0 9 8 5 6 7 5 9 0 2 5 6 0 4 0 1 1 7 2 6 4 5 8 3 0 1 1 9 5 5 3 1 4 3 8 5 0 5 8 0 9 6 6 6 0 1 3 5 0 7 8 4 5 0 7 1 9 1 9 5 9 1 0 6 l 7 2 5 1 3 2 9 7 4 3 8 7 3 9 6 1 3 5 0 7 6 7 3 6 1 6 9 1 4 2 0 4 9 8 5 0 0 3 8 8 7 1 7 7 0 8 3 8 5 4 9 6 2 1 3 2 3 2 1 0 0 ．0 0 8 2 ．9 2 8 2 ．0 9 7 0 ．3 2 7 0 ．2 l 6 5 ．1 2 6 2 ．9 5 5 1 ．3 0 5 1 ．2 2 5 0 ．0 5 5 0 ．0 5 4 8 ．9 9 4 7 ．4 0 4 6 ．8 l 4 5 ．6 8 4 4 ．6 2 4 3 ．9 5 4 3 ．4 4 4 2 ．4 4 4 0 ．8 1 3 9 ．9 5 3 3 ．9 3 3 2 ．5 8 2 8 ．0 8 2 5 ．6 9 2 6 全国合计1 6 7 7 6 2 7 2 3 ．3 4 _ - l ●- - _ - ●_ - ●_ - - ●_ I - _ l - _ - l ●_ - - l _ _ 一_ 5 ● 2 3 4 5 6 7 8 9 m 他 B M M M “ 体 侉 加 殂 勉 筋 抖 巧 坐查型垫奎兰童些堕主堂垡笙奎堕笙 1 ．2 ．2 ．1 煤巷综合机械化掘进技术 2 0 世纪6 0 年代，我国开始研制和应用以3 0 5 0 k w 的小功率悬臂式掘机为主的煤巷 综合机械化掘进设备，研究开发和生产使用在当时都处于试验阶段口1 。到了8 0 年代初期， 国外S 一1 0 0 型与A M 5 0 型悬臂式掘进机具有先进的技术水平，当时我国煤矿也开始机械化 生产，在引进该两种型号掘进机的基础上，又研制并开发了适应我国煤层地质地形条件 和煤矿生产施工工艺的综合机械化掘进设备。 目前，我国已研制开发并生产了2 0 多种型号的掘进机，并且已初步形成系列设备， 同时掘进机的加工制造能力也达到年产1 0 0 0 余台，对促进我国煤巷机械化掘进技术发展 及应用发挥了重要作用。煤巷掘进机械化水平、掘进速度与工效的不断提高，为矿井产 量、效益的显著提高和安全状况的改善创造了良好条件陋。9 3 。可以说，国外先进的煤巷快 速掘进设备与工艺在国内都基本得到应用。我国现在使用的煤巷悬臂式掘进机技术特征 见表1 ．4 所示n 0 | 。 表1 ．4 国