履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机及双巷快速掘进工艺

摘要

本发明履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机，主要特点是在履带行走部分的前部装有一个推煤铲板；钻机平台前方装有用于顶锚杆锚索的施工的液压钻机，可向左或右旋转30度，钻机平台中部一侧装有用于帮锚杆锚索的施工的液压钻机，可向左或向右旋转90度；双巷快速掘进工艺，使用的机械设备有两台综掘机或连采机、四台履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机、刮板运输机、皮带运输机；工艺流程为：综掘机或连采机割煤、装煤、运煤退机至永久支护下履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机进入作业地点，顶帮锚杆锚索支护退机至永久支护下综掘机或连采机进入作业地点；减小劳动强度，提高掘进速度和创造安全作业环境。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿井下掘进技术，是适用于大、中、小型煤矿锚网支护巷道的双巷快速掘进工艺，是高瓦斯矿井、高突矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域优先用的快速掘进工艺。

背景技术

目前，各类煤矿巷道掘进的主要方式为连采、连掘、综掘，支护方式均为锚杆、锚索、托梁、锚网组合支护，对于顶锚杆锚索施工均采用单体钻机或履带式钻机，如中国专利号为：200420091861.7公开的移行走式锚杆机，有两个钻机装置，两个超前支护，履带式行走机构，钻机装置整体水平移动滑道及平台；行走机构由液压马达驱动，在行走机构的机架上安装锚杆机平台；平台的最前端的两边装两个液压油缸式的超前支护，超前支护后装两个门架钻机装置；平台上设有钻机装置的整体水平移动滑道，钻机装置装在移动滑道上；平台上还装电控箱、液压泵站和料箱等。每个钻机装置包括立柱、门架水平移动装置、门架旋转装置、门架前后摆动油缸、连接耳环、门架、钻机马达装置；钻机液压马达装在门架上，门架由连接耳环与门架前后摆动油缸铰接在门架旋转装置上，门架旋转装置装于门架水平移动装置之上，门架水平移动装置固定在立柱上，立柱装于整体水平移动滑道上。

对于帮锚杆锚索施工均采用手持式风钻，这种施工锚杆锚索施工方法存在以下问题：

1、巷道掘进断面小。掘进断面一般在15M²左右，巷道高度超过2米时，必须搭脚手架才能进行顶帮锚杆锚索施工。

2、顶帮锚杆锚索施工非机械化作业，劳动强度大。采用连采、连掘工艺的矿井顶锚杆锚索施工已基本实现了机械化，采用综掘工艺的矿井顶锚杆锚索施工仍为单体钻机人工作业，而帮锚杆锚索施工所有掘进工艺均采用手持式风钻施工，打眼的推力来源于人的臂膀和手臂，职工劳动强度大。由于帮锚杆锚索施工主要依靠人力，帮锚杆锚索的施工质量不能从根本上得到保证。

3、施工速度慢。施工断面超过2米时搭建和拆除脚手架需要大量的时间。

4、效率低。由于打眼数量多，施工人员也多，造成作业效率低。

5、安全系数低。施工人员在高空交错作业，作业安全环境差。

6、影响时间长。现有的连采、连掘双巷或三巷掘进工艺，由连采机或大功率掘进机和履带式锚杆机体积大，不能同时在同一条巷道中作业，需要对倒巷道来实现掘支平行作业，而对倒巷道的距离从20米直至110米，影响时间长，掘进速度影响大。

7、无效进尺多。现有的连采、连掘双巷或三巷掘进工艺，为了减少连采机或大功率掘进机和履带式锚杆机对倒巷道的距离，双巷或三巷之间每隔50米必须施工一个横川。横川的间距既不能太长，也不太短；横川间距太长会加大连采机或大功率掘进机和履带式锚杆机对倒巷道的距离，影响时间时间加长；横川间距太短，施工横川数量增多，会增加许多无效进尺。

发明内容

本发明的目的就是解决上述大、中、小煤矿锚网支护巷道掘进中存在的问题，提供一种具有自行移动、可升降、顶帮锚杆锚索同时施工、具备临时支护、超高巷道支护等功能，采用全液压系统传动，防爆性能和安全性能好的履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机；以及提供解决目前大、中、小煤矿所有掘进工艺和方法存在诸多问题的煤矿井下掘进新工艺、新方法，既履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机双巷快速掘进工艺。

为了实现上述目的本发明的技术方案是：

本发明的履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机双巷快速掘进工艺，使用的机械设备有两台综掘机或连采机、四台履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机、刮板运输机、皮带运输机；割煤、装煤、运煤、支护均为机械化，由综掘机或连采机割煤、装煤、运煤，履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机进行锚杆锚索支护，其特征是工艺流程为：综掘机或连采机割煤、装煤、运煤-----退机至永久支护下-----履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机进入作业地点----顶帮锚杆锚索支护-----退机至永久支护下-----综掘机或连采机进入作业地点；其中：

巷道掘进循环进度1至14米，断面最大为6×6米，综掘机割煤、装煤、运煤完成后，退机至永久支护下，履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机进入作业地点，由外向里逐排进行锚杆锚索支护；支护作业完成后，履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机退至作业地点之外5米，依次前后排成一排停在巷道一侧，停放的原则是不能影响综掘机割煤；履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机停放好后，综掘机进入作业地点继续进行割煤、装煤、运煤。

所使用的履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机，两台配套使用，每台履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机装有两台可升降液压钻机，前方的用于顶锚杆锚索的施工，后方的用于帮锚杆锚索的施工；顶锚杆锚索钻机可以左右移动，帮锚杆锚索钻机可以前后移动；前方用于顶锚杆锚索施工的钻机，可以左右旋转30度，便于施工角锚杆；后方用于帮锚杆锚索施工的钻机，也可以施工顶锚杆锚索，它可以向左或向右旋转90度(每台钻机只能向一个方向旋转)，便于施工帮锚杆锚索；两台的帮锚杆锚索钻机旋转方向不同，顶帮锚杆锚索施工时，两台履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机并排放于巷道的两侧，分别施工巷道一侧的顶帮锚杆锚索，一排施工结束后，两台向前移动再施工下一排。

履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机双巷快速掘进工艺，履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机顶帮锚杆锚索可以同时施工，帮锚杆滞后顶锚杆不大于1米，对软煤层掘进非常有利，可以有效地控制片帮，防止顶板事故的发生。

履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机双巷快速掘进工艺，综掘机或连采机退机的距离决定于循环步距的大小。

从综掘机向外运煤的装备：可采用转载机、连运机或40T溜子进行运煤，根据矿井产量，顺槽则采用各种皮带。

本发明所使用的履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机，包括履带行走部分1、临时支护的支架与升降油缸3与横梁4、用于顶锚杆锚索的施工的液压钻机5、帮锚杆锚索钻机6、钻机平台7、液压系统及操作控制台8、履带式的驱动电机9、帮锚杆锚索钻机前后移动的滑道10；其特征是：在所述的钻机平台的下方履带行走部分的前部装有一个推煤铲板；所述的用于顶锚杆锚索的施工的液压钻机装于钻机平台前方，采用双立柱11，左右移动部分的滑道12装在双立柱上，液压钻机向左或右旋转30度；所述的用于帮锚杆锚索的施工的液压钻机装于钻机平台7中部一侧，或偏左侧，或偏右侧，液压钻机向左或向右旋转90度，在钻机平台上设有前后布置的滑道，液压钻机的立柱坐落在滑道上，并由装在钻机平台上的油缸推动钻机整体前后移动。所述的临时支护的支架3与升降油缸装在双立柱的其中一个立柱内，并在升降油缸装顶部连接横梁4。

履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机的帮锚杆锚索钻机只能向一个方向旋转，在施工巷道时必须同时使用两台不同旋转方向的履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机进行施工。

本发明提供的履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机双巷快速掘进工艺与现有的煤矿掘进工艺方法相比，具有突出的实质性特点和显著技术进步是：

1、履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机施工速度快，掘进断面大，断面形状多，资源回收率高，安全可靠体积小，重量轻，适应性强。解决了目前连采、连掘、综掘技术中，进尺低、小断面的掘进难题。履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机具有可移动、可升降、顶帮锚杆锚索同时施工、具备临时支护功能、超高巷道支护等多种功能，采用全液压系统传动，防爆性能和安全性能好。

2、影响时间少。履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机双巷快速掘进工艺在同一条巷道中作业，不需要对倒巷道来实现掘支平行作业，只需要退机就能满足工艺要求，影响时间少。

3、顶帮锚杆锚索可以同时施工，帮锚杆滞后顶锚杆不大于1米，对软煤层掘进非常有利，可以有效地控制片帮，防止顶板事故的发生。

4、无效进尺少。履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机双巷快速掘进工艺横川间距可任意调整，与工艺要求无关。

5、职工操作方便、劳动强度低。现有连采、连掘、综掘、炮掘掘进工艺的帮锚杆锚索施工均为人工作业，职工劳动强度大。履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机能够实现：顶锚杆锚索钻机可以左右移动和垂直方向的自由升降，帮锚杆锚索钻机可以前后移动和垂直方向的自由升降与旋转；职工操作非常方便。

6、安全系数高。由于履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机有临时支护装置，能够在锚杆锚索支护前能有效地支护顶板，既使在高冒区也可以控制顶板。

7、用人少，效率高。采用手持式风钻施工帮锚杆锚索，每台钻机至少需要2人，每班帮锚杆锚索的施工人数至少为12人；采用履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机后，帮锚杆锚索施工人数仅需要4人。

8、适应性强。全国大部分井田煤田皆可应用，大、中、小煤矿各种断面施工皆可采用该技术。

9、大幅度提高了资源回收率：由于履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机在垂直方向范围为2.6-5.5米的可升降，断面尺寸大大增加，可施工任意断面形状，施工断面一般由2×2.5米增加到6×6米，掘进煤量由每米7.3吨增加到52.2吨，回收率和经济效益大大提高。

10、可以防止瓦斯事故的发生。双巷快速掘进工艺的双巷之间有横川相通，能不断的形成全风压系统，进风与回风均在单独的巷道中，为作业人员的避灾提供了安全通道。在高瓦斯矿井、高突矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域采用双巷快速掘进工艺，可以防止瓦斯事故的发生。

11、回采时通风设施的构建与维护工作量减小。由于双巷之间联通横川数量的减少，工作面回采时用封闭联通横川的密闭墙数量也相应减少。

总之，本发明提高了煤矿井下双巷掘进技术水平，尤其是实现了大、中、小型煤矿双巷掘进的顶帮支护的综合机械化，提供了成套的工艺技术和技术装备，为中小型煤矿实现安全生产创造了最基本的条件，同时极大地提高资源回收率，用最小投入可取得较大的产出。全面的、系统的、彻底的解决了现有综掘机双巷掘进存在的严重问题。

附图说明

图1是履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机主视图；

图2是履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机俯视图；

图3是履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机左视图；

图4是履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机双巷快速掘进工艺中钻机支护时及综掘机割煤时钻机停放的位置示图；

具体实施方式

以下结合附图进行详细说明：

图1、图2和图3所示，本发明的履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机。它包括履带行走部分1、推煤铲板2、临时支护的支架3与横梁4、用于顶锚杆锚索的施工的液压钻机5、帮锚杆锚索钻机6、钻机平台7、液压系统及操作控制台8、履带式的驱动电机9、帮锚杆锚索钻机前后移动的滑道10。

履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机中液压系统、液压钻机液压操作控制台、履带行走部分、顶锚杆锚索钻机和帮锚杆锚索钻机的钻机部分、帮锚杆锚索钻机的旋转部分等各部分都是使用现有技术，如：履带行走部分是采用工程机械的履带行走部分，如履带架、底架梁和液压传动系统等。本实用新型对其结构进行出改进，在布置上做了优化组合和集成。

在钻机平台9的下方履带行走部分的前部装有一个推煤铲板，用于顶锚杆锚索的施工的液压钻机装于钻机平台7前方，可以左右移动，它可以左右旋转30度，便于施工角锚杆；用于帮锚杆锚索的施工的液压钻机装于钻机平台7中部一侧，或偏左侧，或偏右侧，可以前后移动，并可以向左或向右旋转90度(只能向一个方向旋转)，便于施工帮锚杆锚索。即在钻机平台9上前后装有两台液压钻机，每台液压钻机由高扭矩液压马达、钻机的伸缩部分、钻机的旋转部分、钻机整体升降油缸、钻机整体前后或左右移动部分、以及钻机的液压操作系统等组成，如现有技术中国专利号为：200420091861.7公开的自移行走式锚索机中的液压钻机部分。因此，所述的各个部分的详细结构不再作说明。

本发明的履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机的液压钻机部分改进为：

(1)、用于顶锚杆锚索的施工的液压钻机采用双立柱11，左右移动部分的滑道12装在双立柱上。这样可节省了钻机平台的空间，使设备结构更加紧凑。

(2)、在双立柱其中的一个立柱内装有临时支护的支架3与升降油缸，并在升降油缸顶部连接横梁4，横梁为T型横梁，它不仅可以加大支护顶板的面积，而且还能起到锚网组合支护时挑钢筋梁的作用，更加方便现场施工。

(3)、用于帮锚杆锚索的施工的液压钻机整体前后移动，是在钻机平台设有前后布置的滑道10，钻机的(单)立柱坐落在滑道上，并由装在钻机平台上的油缸推动钻机整体前后移动。

本发明使用的履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机，为连采、连掘、综掘巷道所用支护设备，可以通过履带行走在巷道内，自由移动。须两台履带式可升降顶帮锚杆锚索钻机成套使用，即使用的是用于帮锚杆锚索的施工的液压钻机装于钻机平台左、右一侧的各一台，两台液压钻机的旋转方向不同的。在巷道掘进时两台履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机前后依次排放在巷道的两侧进行施工。便于施工帮锚杆锚索；两台的帮锚杆锚索钻机旋转方向不同，顶帮锚杆锚索施工时，两台履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机并排放于巷道的两侧，分别施工巷道一侧的顶帮锚杆锚索，一排施工结束后，两台向前移动再施工下一排。

图4所示，是履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机双巷快速掘进工艺中钻机支护时及综掘机割煤时钻机停放的位置示图；本发明的履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机双巷快速掘进工艺，为综掘机或连采机割煤、装煤、运煤，履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机进行锚杆锚索支护，割煤、装煤、运煤、支护均为机械化，使用的机械设备有两台综掘机或连采机、四台履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机14、刮板运输机、皮带运输机；其巷道13掘进循环进度1至14米，综掘机或连采机割煤、装煤、运煤完成后，退机至永久支护下，履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机进入作业地点，由外向里逐排进行锚杆锚索支护。支护作业完成后，履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机退至作业地点之外5米，依次前后排成一排停在巷道一侧，停放的原则是不能影响综掘机割煤。履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机停放好后，综掘机或连采机进入作业地点继续进行割煤、装煤、运煤。本发明保持原有的综掘机或连采机割煤、装煤、运煤作业，顶帮锚杆锚索支护全部实现了机械化，减少了作业人员和作业时间，提高了的双巷掘进水平，达到了双巷快速掘进。

其具体工艺流程为：

综掘机或连采机割煤、装煤、运煤-----退机至永久支护下-----履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机进入作业地点----顶帮锚杆锚索支护-----退机至永久支护下-----综掘机或连采机进入作业地点。

本发明的履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机双巷快速掘进工艺，具体实施如下：

1、掘进工作面布置

首先设计好工作面的断面和支护形式，并安装好工作面出煤系统、通风系统、供电系统和排水系统。

2、掘进工作面配套设备

(1)MJ200大功率掘进机或AM-50掘进机或连采机两台。

(2)履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机四台。

(3)工作面运输系统的设备有SGW620/40T型溜子三部或连运机三部。

皮带及集中皮带均采用SDJ-800型皮带，带速2米/秒，运输能力为400吨/小时，主电机功率2*40千瓦。

3、掘进工作面工艺流程

综掘机或连采机割煤、装煤、运煤-----退机至永久支护下-----履带式可升降顶帮锚杆锚索施工钻机进入作业地点----顶帮锚杆锚索支护-----退机至永久支护下-----综掘机或连采机进入作业地点。

出煤系统：综掘机或连采机---SGW620/40T型溜子三部或连运机三部---顺槽皮带。

4、通风系统

工作面采用压入式通风方式。

5、辅助运输系统

辅助运输利用检修班时间，采用无轨胶轮车或小绞车运输。

6、劳动组织(每个生产班)：班长1人，综掘机司机或连采机2人，溜子或连运机司机兼电工3人，皮带司机1人，安监员1人，顶帮支护工16人，每班合计24人。