全断面高效掘进机

全断面高效掘进机（精选七篇）

全断面高效掘进机 篇1

目前煤矿井下使用的掘进机多采用整体履带板加支重轮式结构, 由驱动轮驱动履带板, 从而实现整机的移动。履带板可依据煤炭相关设计标准设计。但是驱动轮没有相应的煤炭设计标准, 多根据履带板的结构尺寸和链传动相关链轮设计标准, 进行类比设计, 寻求齿形的设计。

2 行走机构简介

大多数工程机械采用履带式行走机构, 履带又分为组合式履带和整体式履带。工程机械常用的是套筒滚子链式履带行走机构, 各个零件组装在一起, 可单独更换, 但在煤矿机械使用时, 由于更换拆卸困难, 不易在掘进机工作的恶劣工况下实施。经过不断的发展改进, 目前掘进机多采用驱动轮带动整体式履带板加支重轮式的行走驱动形式, 以滚动摩擦代替以往的滑动摩擦, 运行阻力小, 运行平稳、传动可靠、结构简单、使用维修方便。驱动轮用来将行走机构的动力传递给履带, 因此对驱动轮的主要要求是啮合平稳, 并在履带因销套磨损而伸长时, 仍能很好啮合, 不得有“跳齿”现象。履带行走装置的驱动轮通常放在行走机构的后部, 这样会缩短履带张紧段的长度, 减少功率损失。

3 齿形的设计方法

驱动轮设计要根据所设计机型的整机重量等确定履带板的节距等结构尺寸, 整机所需推力等确定所需驱动力, 从而确定行走功率, 根据总体要求, 确定行走速度, 选择合适的行走减速机, 确定减速比, 选择驱动轮的大小、齿数等。本全断面煤巷高效掘进机的齿形设计主要参考相关的链轮设计标准, 将工作齿廓段设计为一段直线段结构, 齿槽分离量根据履带板的结构确定。齿形设计主要参数的选择见表1。

根据表1的技术参数, 可进行驱动齿形的绘制, 绘制出的齿形如图1所示。

4 全断面煤巷高效掘进机行走驱动轮设计参数

以全断面煤高效巷掘进机行走驱动轮设计参数为例, 履带链节距为300mm, 滚子直径为125mm, 驱动轮齿数z=11。齿顶圆直径考虑到分度圆以上齿高段几乎为不承力区, 取设计偏小值, 其它设计参数也根据整体结构的需要进行相应的参数选取。相关参数及设计计算见表2。

根据表2的技术参数, 绘制出的齿形如图2所示, 其整体三维图如图3所示。

结论

本文介绍的设计方法在全断面煤巷高效掘进机行走驱动轮设计中应用, 整机在神东大柳塔煤矿进行了5000多米井下实际使用, 使用过程中无卡阻, 运行平稳, 效果良好, 齿面磨损均匀, 磨损量小, 使用寿命能达到设计要求, 具有良好的推广应用价值。

参考文献

[1]高春华.整体履带板用驱动轮齿形的设计方法[J].煤炭机械, 2009, 30 (02) .

[2]郭赘, 王宇.整体式履带行走机构驱动轮轮齿设计及CAE分析[J].煤炭机械, 2010, 31 (01) .

[3]王铮, 侯喜双, 高志俭.掘进机用驱动轮设计[J].黑龙江科技信息, 2011 (10) .

全断面高效掘进机 篇2

本体部在整机中处于中心位置, 其上承担着机体的各功能部件, 下部与承重的行走装置铰接, 工作情况下该部件的受力比较复杂;为保证工作的可靠性, 设计过程中通过Creo, Ansys等软件对其进行了有限元分析。

1 边界条件分析

掘进机在正常工作时, 整机的重量由两条履带承担。本体部的受力主要是前方截割部通过连接面传过来的力, 自身重力, 其上的截割电机的重力。

每个刀盘上受向后的推力55 t, 扭矩660k N·m;上面滚筒受向后和向下的力各5.5t;下面滚筒受向后和向下的力各11t;截割部自重90t。本体部自身重力按材料密度, 直接由分析软件自行计算, 均匀的分布在本体结构材料上。截割电机重5.5t, 作用于本体部中部。

2 有限元模型

在Creo下设计的模型里面包含大量的焊接件, 在建模过程中, 焊缝处按连续结构处理。去掉了对计算结果影响不大的细小倒角, 孔和槽均原样保留。为方便施加截割头上的载荷, 在分析时对截割部的模型也加入了有限元分析模型。截割部不在所分析的内容之中, 实体模型导入Ansys后对其进行了大量简化。有限元模型的单元类型选择三维实体单元Solid 185。该单元是三维实体分析中一种常用单元, 有八个节点, 可用于六面体网格划分, 也可退化为五面体或四面体。

本体部为组焊件, 材料暂定为Q345, 板厚有60mm和80mm两种。

根据设计手册, 该材料的屈服强度为不小于275MPa, 抗拉强度为470-630MPa。

本体部整体采用六面体网格, 对于应力较大的部位, 采用四面体进行细化。截割部采用较粗的网格进行划分。用梁单元和杆单元模拟上下截割部, 销轴和传动油缸。本体部与截割部之间, 建立接触对。按照上述边界条件分析数据对有限元模型添加载荷及约束后的有限元模型如图1所示。

3 有限元分析结果

应力分布如图2所示, 整体应力多在44MPa以下。按静强度校核, 该结构是安全的。从总体应力云图上可以看出, 还有两个位置应力较大:在本体部连接面与上部板材相交处, 应力大约130MPa, 以及与提升油缸销轴相接触的位置, 应力大约100MPa。位移云图如图3所示, 最大位移为0.8mm。

结语

通过分析, 分析了本体部在各种载荷作用下的应力分布及位移。按照静强度理论校核, 该结构是安全的。在分析结果中可以看出, 在两个位置应力较大: (1) 本体部与提升油缸销轴相接触的销轴孔, 应力可达100MPa; (2) 本体部连接面与上部板材相交处, 应力可达130MPa。

针对这两处进行分析。在本体部与提升油缸销轴相接触的销轴孔处, 该处在分析时采用了杆单元模拟销轴的传力。观察最后的分析结果 (100MPa) , 对比材料的屈服强度 (275MPa) , 可知此处较为安全。且此处承受的为简单的压应力为主, 不易产生疲劳破坏;本体部连接面与上部板材相交位置, 由于截割部质量较大, 此处受较大的拉应力, 且此处为直角结构, 容易导致应力集中, 产生较大的应力值。

摘要：全断面煤巷高效掘进机本体部在整机中处于中心位置, 其上承担着机体的各功能部件, 下部与承重的行走装置铰接, 工作情况下该部件的受力比较复杂;为保证工作的可靠性, 设计过程中通过Creo, Ansys等软件对其进行有限元分析。

关键词：本体部,有限元模型,载荷及约束

参考文献

[1]成大先, 等.机械设计手册 (第五版) [M].北京:化学工业出版社, 2007.

[2]北京兆迪科技有限公司.Creo2.0高级应用教程 (第二版) [M].北京:机械工业出版社, 2013.

全断面煤巷掘进机行走机构设计 篇3

1 工作原理

(1) 履带架体、 (2) 履带链、 (3) 张紧轮、 (4) 张紧油缸、 (5) 支重轮组、 (6) 液压马达及行走减速机、 (7) 后支撑装置等是组成全断面煤巷掘进机行走机构主要部分 (如图1所示) 。履带行走机构采用的是液压马达驱动, 这种机构的工作原理是:高压油经液压泵输送到液压马达中, 液压马达旋转, 从而驱动链轮获得减速机传递的马达扭矩, 完成与履带链咬合, 实现整的行走。同时在张紧油缸作用下, 张紧轮向前移动, 通过履带张紧悬垂自重带动其向后退回, 调节履带的松紧程度, 以达到最佳的行走效果。

2 履带接地比压

掘进机的工作稳定性和行驶通过性是体现掘进机整机性能的重要考察指标, 而履带接地比压又是决定工作稳定性和行驶通过性的重要参数, 因此设计时履带接地比压的选择就显得非常关键。

以全断面煤巷掘进机设计参数为例, 整机重力G=2850k N, 接地长度L=5700mm, 两条履带间距B=3000mm, 履带板宽度b=1000mm。平均接地比压表达式如下:

式中:P—平均接地比压, MPa;G—整机的重力, k N;B—履带板宽度, mm;L—单边履带行走机构的接地长度, mm;

经上述公式得出, 平均接地比压P为0.25 MPa。但机器的实际行驶通过性和工作稳定性并不能由平均接地比压真实地反映的, 而是由最大接地比压反映出来的。这是因为掘进机重心一般不会恰好与履带接地区段的几何中心相重合。设计中, 应确保接地比压分布在梯形区域内, 不允许出现三角形分布状况。实际设计过程中, 很难保证整机重心和履带重心的重合, 只能使两心尽量靠近, 以全断面煤巷掘进机履带设计为例, 其最终偏心距约为900mm, 经相关公式计算得最大接地比压约为0.48MPa。

3 单侧履带行走机构牵引力的确定

设计爬坡能力为4°, 全断面煤巷掘进机在水平路面上转弯、爬坡和作业, 履带行走机构的最小牵引力应满足要求。水平路面履带的附着力应大于最大牵引力。全断面煤巷掘进机单侧履带的牵引力在水平地面转弯时最大, 故单侧履带行走机构的牵引力为:

式中:T1—单边履带行走机构的牵引力, k N;R1—单边履带对地面的滚动阻力, k N;μ—履带与地面之间的转向阻力系数, 取值范围0.8~1.0;n—掘进机重心与行走机构接地形心的纵向偏心距离, mm;G1—单边履带行走机构承受的掘进机的重量, k N;

其余符号同上。

μ按最大值选取, 通过计算得出单边牵引力为900 k N, 则整机牵引力为1800k N。

4 履带的张紧

全断面煤巷掘进机履带张紧机构履带链的松紧程度是在张紧油缸和张紧轮组共同作用下, 通过调节张紧油缸来推动张紧轮组控制的。张紧油缸为单作用液压缸, 注入液压油推动张紧油缸使履带链张紧, 方便省力。张紧后靠卡板锁定释放油缸, 稳定可靠, 保护油缸不易损坏。张紧力的计算:

式中:T0—预张力, k N;q—单位长度履带链的重力, k N/mm;a—驱动轮与张紧轮的中心距, mm;h—悬垂, mm;

此全断面煤巷掘进机所用履带板q为9.63×10-3k N/mm, 取悬垂度150mm, 张紧轮与驱动轮中心距为5700mm, 最终算得张紧力为678 k N。

结语

全断面煤巷掘进机行走机构是一个非常重要的组件, 其作用是带动掘进机在井下巷道向前推动切割、后退和转弯等运动, 同时又是整机支撑的基础。它的性能和结构的可靠性将影响整个掘进机的工作性能。

参考文献

[1]马健康.悬臂式掘进机履带行走机构主要参数的确定[J].煤炭科学技术, 2002, 30 (10) .

[2]黄日恒.悬臂式掘进机[M].中国矿业大学出版社, 1996.

[3]王铮, 李健.悬臂式掘进机行走机构设计[J].煤矿机械, 2011, 32 (07) .

全断面高效掘进机 篇4

本文旨在简析不同类型的TBM及其配套出渣和材料运输方式的优缺点,为设备的选型及施工提供借鉴。

1 选型原则

根据隧道的施工条件、工期要求等因素,在确定使用TBM开挖后,TBM及其出渣和材料运输设备的选型一般遵循以下原则。

1)安全性、可靠性、经济性相统一。

2)满足隧道外径、长度、埋深和地质条件,满足沿线地形以及洞口条件等环境条件。

3)满足安全、质量、工期、造价及环保要求。

4)根据隧道的衬砌形式要求选择TBM上配套的锚喷支护或管片支护设备。

5)根据隧道开挖直径及掘进长度选择出渣方式。

6)TBM和其配套的出渣和材料运输方式必须有序结合。

7)TBM不是万能的设备,TBM选型时必须以能开挖占整个工程比例最大部分地段而选择对应的TBM类型。

2 各种类型掘进机对比分析

根据以往TBM设计及施工案例分析,各种类型TBM的对比分析情况如表1所示。

3 TBM出渣及材料运输设备选型

TBM的出渣系统主要有连续皮带机出渣和有轨机车两种出渣方式,不同的运输方式适应不同的施工条件,两种不同运输方式的对比如表2所示。

TBM所需材料的运输主要有有轨机车和无轨胶轮车两种运输方式,两种运输方式的对比如表3所示。

4 结论

隧道由于不良地质体的存在会发生很多工程地质问题,TBM选择不当会造成很大的经济损失和工期延误,TBM设备不是万能的设备,局部不良工程地质条件段可通过钻爆法等提前处理解决。

TBM开挖直径和开挖长度决定采用不同的出渣和材料运输方式,随着各钟行业内不同隧道设计的要求,TBM开挖直径和长度的多样化,多种运输方式将会在将来的隧道中得到应用。

参考文献

[1]刘春,殷耀章.关于TBM设备选型的研究[J].建筑机械,2002,(11):42-43.

[2]琚时轩.全断面隧道岩石掘进机(TBM)选型的探讨[J].隧道建设,2007,(12):22-23.

[3]茅乘觉.全断面岩石掘进机(TBM)选型探讨[J].建筑机械技术与管理,2006,(8):57-58.

[4]尚彦军.史永跃,孙元春,等.岩石隧道TBM选型失败实例与分析[J].岩石隧道工程技术,2006,(4):471-472.

[5]韩广有,张乐诗,张忠武.TBM开挖石渣运输方式的选择[J].2006,(4):43-44.

全断面高效掘进机 篇5

随着我国城市化进程的日益加快, 部分城市的交通运输面临严重的压力, 发展地下轨道交通已经成了城市交通发展的必然趋势, 全断面硬岩掘进机 (TBM) 作为地下隧道施工中重要的设备, 如今仍面临着技术被国外公司垄断的现象, 我国的掘进机制造企业通过合资合作的方式获得了一部分技术, 但是, 控制系统作为TBM的核心组成部分, 各个国外公司提供的却是80年代的技术, 甚至其中应用的器件都已停产, 阻碍了我国TBM技术的进一步发展。本文结合当前的PLC控制技术设计开发了一套控制系统, 该系统具有一定的灵活性, 稍微改动就可以广泛应用在TBM的控制系统开发中。

1 系统结构

控制系统主要由PLC控制系统、人机界面、刀盘驱动等部分组成, 系统之间的关系如图1所示。

其中, PLC控制系统主要完成掘进机的状态数据信号的采集和控制, 各个传感器和执行器通过PLC的I/O接口接入到控制系统中, 操作者通过操作台上的开关和按钮完成对掘进机各个系统的控制;人机界面主要是显示、存储控制系统当前的运行状态, 并且具有数据远传功能, 以便与监控中心进行数据交换, 并且为未来的智能化TBM网络预留通讯接口;刀盘驱动采用8台130KW变频电机驱动。

2 PLC控制系统

2.1 PLC硬件

由于TBM的特殊工况, 温度高、湿度大、震动、粉尘和强电磁干扰等各种恶劣条件, 对PLC的可靠性和抗干扰能力提出了很高的要求, 综合对比多个厂家的PLC型号, 最终选择施耐德的TSX57系列PLC为主控PLC。

同样是由于恶劣的工作条件, 在I/O系统的选择上主要采用了更加简单可靠的集中式信号采集系统, 在输入输出比较集中、工况条件相对较好的电源柜中设置了一个由FIPWAY扩展的远程I/O模块。

2.2 输入、输出程序结构

一般程序的输入/输出结构如图2所示, 程序设计时直接调用输入、输出的实际地址, 此种程序结构只适用于I/O数量较少, 控制逻辑简单的系统。由于TBM的程序输入、输出点数较多, 控制逻辑复杂, 因此不能采用简单的输入、输出模式。本项目采用的程序输入、输出结构如图3所示, 该方式在PLC中的存储空间中划分出一些软原件规定为镜像输入、输出供程序操作, 之后单独编写镜像输入、输出与实际PLC输入、输出的对应程序。此方式可以在不影响主程序功能的情况下非常灵活的调整输入、输出, 当实际的I/O变化时只需修改镜像程序即可。应用本方法可以大大缩短控制系统的开发时间, 程序员不用再等待电气设计人员的最终图纸即可开展工作, 并且可以扩大程序适用的机型范围, 对于相似机型的程序, 核心运算程序可以不必修改, 只需要在该程序的基础上修改“镜像”文件即可, 减少二次开发的工作量。

2.3 主程序结构

主程序软件设计过程使用结构化程序设计, 根据TBM的功能将软件划分若干个功能程序如图4所示, 主程序根据功能划分成刀盘控制、撑靴控推进系统和水系统等, 每个功能程序由镜像输入、功能程序、故障报警程序、数据显示程序和输出镜像程序组成。

3 人机界面

通过工业计算机和组态软件PCVUE完成人机界面的组态工作, 由两台15寸液晶显示器来完成TBM运行状态的显示和部分功能的控制。组态软件的灵活性使得控制系统更加适应日后的升级改造。

主界面如图5所示。由左右两个界面组成, 左侧的界面包括刀盘和撑靴以及后支撑的相关状态信息, 右侧界面显示了皮带机, 水系统, 通风系统, 液压站, TBM姿态等辅助系统的信息。通过界面最左侧的相应按钮可以进入各个分系统的详细参数界面进行状态的观察和进一步的设置。

4 刀盘驱动

电机的同步控制采用了主、从控制逻辑, 主电机为速度控制, 其他的电机采用扭矩控制。刀盘是由安装在同一齿圈上的8台130KW电机驱动, 每台电机由一台变频器驱动, 驱动方式为带编码器的矢量控制方式。8台电机通过减速机安装在同一齿圈上, 在编码器的设置上采用了通过脉冲分配器虚拟信号的方法, 只使用一台编码器, 其他的电机的编码器信号由脉冲分配器提供, 节省了成本。

为了保证系统的可靠性设置了两套控制逻辑, 分别是以1号电机为主电机的控制逻辑和以8号电机为主电机的控制逻辑, 并且设置了两台编码器以保障系统的可靠运行。由于刀盘变频驱动的功能相对单一, 同时为了减轻主PLC的负担, 在变频驱动系统中单独设置一个PLC完成各个变频器的控制工作。驱动系统的控制方式如图6所示。

5 结束语

本文介绍了一种TBM控制系统方案, 着重介绍了组成该系统的PLC控制系统, 人机界面和刀盘驱动的控制方法和实现过程。本控制系统的方法稍加更改即可广泛应用于各类型的TBM的开发设计上。

摘要：基于PLC设计了一套全断面硬岩掘进机的控制系统, 介绍了该系统的硬件组成结构, 软件结构, 以及针对复杂程序的输入、输出结构的调整方式, 并且为其设计了一款方便直观的人机交互界面, 简单介绍了刀盘驱动系统的控制逻辑和实现方式。

关键词：TBM PLC,控制系统,人机界面,刀盘驱动

参考文献

[1]孙孟莉.连续掘进敞开式全断面岩石掘进机控制系统[D].华北电力大学, 2007.

[2]周赛群.全断面硬岩掘进机 (TBM) 驱动系统的研究[D].浙江大学, 2008.

[3]王瑾, 高伟贤, 刘书兵, 等.盾构机刀盘驱动控制系统的设计与应用[J].中国新技术新产品.2011, (18) :164-166.

全断面高效掘进机 篇6

全断面隧道掘进机是代表国家制造业水平的大型复杂专用设备。近年来,我国全断面隧道掘进机行业发展迅速,已成为全球全断面隧道掘进机最大的制造国和最大的市场。据统计,当前我国全断面隧道掘进机的保有量已近800台,且越来越多的设备进入待维修或检修的二手状态,或面临翻新和再制造需求。全断面隧道掘进机状态检测与评估成为保障掘进机顺利掘进的技术手段。因此,大力提倡和开展设备的状态评估和监测工作,既是我国掘进机械行业发展当务之急,也是提高我国掘进机的使用和管理水平、提高施工质量和效益的迫切需要,更是符合国家提倡的节能环保的战略要求。

2月3日,国内首家全断面隧道掘进机状态监测与评估中心在中铁隧道集团有限公司成立,成为该领域国内首家经国家级行业协会——中国工程机械工业协会认证的监测评估中心。

目前,该中心以设备状态监测、机况评估和液压部件检测为主营业务,未来将提供技术咨询等高端业务,形成主营、高端两大业务方向。同时,中心将通过实践总结出全断面隧道掘进机设备检测标准和规范,为行业标准及国家标准的建立贡献力量。该中心的成立将为我国盾构/TBM设备的评估、使用、维修及再制造提供重要参考依据。

中铁隧道集团有限公司作为国内盾构/TBM保有量最大的单位,多年来在实践中探索出了众多的使用、检测和维修、再制造经验,特别是曾对K02和S217盾构机进行的再制造过程,更是积累了丰富的实践经验。此次全断面隧道掘进机状态监测与评估中心的授牌与成立,一方面为中铁隧道集团就设备状态检测评估与维修再制造实现更加紧密的结合提供了平台,另一方面,更促进了我国全断面隧道掘进机状态检测及评估体系的建设,为盾构设备的评估、使用、维修及再制造提供了翔实的参考,最大限度地保障了盾构/TBM维修及再制造环保、成本最低及效益最大化。

全断面高效掘进机 篇7

关键词：深部,岩石巷道,掘进技术

1 概述

为解决新立煤矿的岩巷大断面掘进效率不高, 炮眼利用率低, 软岩巷道随着开采深度的增加, 矿山压力不断增大, 围岩条件发生了很大的变化, 掘进难度和技术要求越来越高等问题, 新立煤矿对巷道掘进的一些技术问题作了系统研究。通过现场分析, 研究中深孔掏槽控制爆破机理, 寻求合理的中深孔爆破技术和优化支护设计, 改进生产工艺, 实现了大断面岩石巷道的优质快速掘进。

2 岩石巷道机械化高效掘进技术

2.1 深部大断面岩巷中深孔控制爆破理论及应用技术

针对中深孔控制爆破技术掏槽参数的选择, 通过三维模型模拟实验, 研究多孔的中深孔掏槽、单孔爆破漏斗特性及远距离小空孔在掏槽爆破的作用等问题, 比较多孔爆破漏斗特性以及多孔爆破与单孔爆破漏斗特性, 分析保证掏槽效果、提高炮眼利用率、降低单耗的基本条件。

2.2 岩巷的支护设计技术与优化

传统的锚喷支护随着煤矿开采的进一步加深, 在深部软岩巷道支护中, 这种以抗压为主的方法往往不能有效地控制巷道的变形, 也不能满足安全生产的需要。该技术研究结合巷道快速掘进系统工程的需要, 探讨并提出了先让后抗的二次支护方案与支护优化设计措施, 允许巷道围岩产生一定的变形, 促使围岩进一步趋于平衡, 以保证巷道使用期间的稳定性和确保工作安全。

2.3 岩巷掘进液压凿岩台车及配套装备

目前煤矿岩石巷道施工绝大多数采用风动凿岩机和耙矸机为主要设备的锚喷施工工艺, 技术水平较低, 掘进效率不高, 难以进一步提高进尺水平, 改变煤矿掘进中绝大多数采用风动凿岩机和耙矸机为主要设备的施工工艺, 解决包括液压凿岩台车、喷浆机、装岩机等设备应用在煤矿岩石巷道掘进的关键技术问题, 实现以液压凿岩台车、侧卸式装岩机替代传统的气动凿岩设备。

2.4 深部巷道快速掘进技术与工艺

掘进工序按其性质可分为主要工序和辅助工序, 如何合理安排各工序施工组织是影响巷道掘进速度的主要因素。分析已有掘进配套装备、爆破、支护、施工技术和施工工艺中存在的问题, 找到制约性、根本性的因素, 并利用已有的理论知识和研究成果进行可行性分析, 进一步改进施工工艺。多数辅助工序占用时间较短, 并具有相对的独立性, 安排施工时, 应尽可能使辅助工序和主要工序平行交叉作业, 以提高掘进效率和技术经济指标。

3 取得的研究成果

从研究破碎软岩巷道爆破中涉及到的几种爆破技术基本理论着手, 应用爆炸荷载动焦散测试系统进行了透射动焦散实验, 应用动光弹研究含结构面岩体的爆炸破裂的发展规律, 利用含预制层理的混凝土试件模拟井下现场岩体进行了超动态应变测试, 研究了含节理面模型爆生裂纹扩展穿层的一般规律, 采用三维模型试验研究了软岩分阶分段掏中深孔爆破机制。爆生裂纹穿过节理时, 并不直接沿原方向穿过, 而是偏移一段距离后再穿过节理面继续发展。远距离小直径空孔对于提高掏槽效果, 降低炸药单耗具有一定作用, 其作用大小与爆破介质和炸药单耗有关;多孔同时起爆形成的爆破漏斗与孔距和装药量有关;适当增大炮孔间距能降低炸药单耗, 但炮孔利用率也随之降低。

借鉴新奥法, 通过FLAC数值模拟和试验研究提出了适用于煤矿软岩巷道二次支护技术措施和设计方案, 允许巷道围岩产生一定的变形, 促使围岩进一步趋于平衡, 有效解决了服务年限长的软岩巷道可靠支护问题, 保证支护质量, 确保巷道在服务年限内尽量少维修, 以保证巷道使用期间的稳定性和确保工作安全, 不影响安全生产, 在一定程度上提高了掘进速度。

针对新立煤矿现场条件, 研究以钻爆法为主的机械化作业的配套大断面软岩巷道掘进技术, 分析现有爆破、支护存在的问题, 应用其基本理论, 解决了制约巷道高效掘进最为关键的装备、爆破、支护和工艺等技术难题, 提高爆破质量, 精确地控制巷道成型, 减少超欠挖量;提高了巷道的支护质量, 降低了材料消耗和维修工作量, 减少了巷道的维护费用。

4 效果分析

4.1 技术效果分析

4.1.1 提高了深部巷道的工程质量

进一步加强了光面爆破技术的质量管理, 采用岩巷中深孔控制爆破技术, 提高了巷道的爆破效果, 确保巷道的成型质量, 有效地严格控制了巷道的超欠挖。对围岩破坏性很小, 从而最大限度地保持巷道围岩的自身强度, 增强了围岩自承能力。经过对实施新的支护工艺前后的对比, 传统的锚喷一次支护存在喷层柔性差, 易导致喷体开裂、脱落, 不能适应巷道围岩大变形量, 而采用锚喷二次支护效果明显优于锚喷一次支护形式, 提高了巷道的支护质量, 减少了巷道维修工作量和维护费用, 使支护围岩形成的承载结构更加稳固, 利于巷道安全施工和支护。

4.1.2 提高了掘进速度

采用中深孔控制爆破, 优化爆破参数, 炮眼利用率达95%以上, 同时, 新的劳动组织形式和支护工艺的实施, 使得循环进度大大提高。在没有很多设备投入情况下, 掘进速度比以前明显提高, 经现场统计, 每班循环进度可提高至1.7m以上, 日进尺能达到5m左右, 最高月进尺达90m以上。

4.2 经济效益分析

4.2.1 直接经济效益

采用矸石替代传统砂石为喷射混凝土的骨料, 实施以凿岩台车、装岩机设备配套的快速施工技术, 提高了工程质量和施工速度, 降低了材料消耗和维修工作量, 使巷道施工的单进、工效提高到一个新水平。巷道快速施工新技术的应用, 对缓解新立煤矿接续紧张的局面, 确保矿井在生产接续中保持高产、稳产具有十分重要的意义。

4.2.2 间接经济效益

通过实施快速掘进, 使员工工资收入大幅度提高。施工掘进断面22.55m2的巷道, 以前正常掘进进尺为2.0m/日, 月进60m, 实施快速掘进后, 日进尺现已达到3m以上, 月进尺达到90m以上;快速掘进队减少用人, 提高工效。通过实施以凿岩台车、装岩机设备配套施工工艺的快速施工技术, 能够实现机械操作, 避免工人近距离施工, 提高了安全可靠性。

结语

软岩巷道掘进一直是制约矿井开采的主要技术问题, 长期以来我国巷道掘进速度多在60m/月徘徊, 使矿井生产效率难以提高。而且由于对软岩巷道的理论和经验的缺乏, 导致巷道的返修率高, 有的甚至难以支护, 不仅安全事故频繁发生, 严重影响矿工的生命安全, 也影响到我国煤炭资源的安全开采。煤矿深部大断面岩石巷道机械化高效掘进技术的研究解决了深部巷道一系列的技术问题, 主要是爆破和支护的一些关键技术难题, 实现了深部巷道安全优质高效掘进, 提高了生产效率, 缓解了矿井接续紧张的局面, 实现矿井早出煤, 确保矿井在生产接续中保持高产稳产局面具有十分重要的意义, 每年为新立煤矿所带来的潜在经济效益巨大。

参考文献

[1]张为民, 刘汝江, 张洪鹏.快速掘进综合技术在生产矿井的研究与应用[J].山东煤炭科技, 2008 (01) :24-26.

[2]张希峻.煤矿开采方法[M].徐州, 中国矿业大学出版社, 1998.

[3]姚贵英.快速成巷技术展望[J].矿山机械;2004 (09) :18-19.

[4]鲍仲庆, 等.煤矿开采与掘进[M].北京:煤炭工业出版社, 2004.