基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法及装备技术

本发明专利技术公开了一种基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法及装备，属于煤矿巷道掘进与支护技术领域，包括掘进、临时支护、永久支护、运输、通风等环节。本发明专利技术采用部分断面或全断面掘进机进行掘进，掘进完成后立即向围岩表面喷涂密封材料封闭围岩，通过泵吸设备抽出围岩裂隙内空气，使围岩内处于负压状态，通过大气压力对围岩临时支护；掘进装置后方紧跟锚杆台车，进行永久支护施工。本发明专利技术采用喷层抽气形成负压的方式，可有效支护新形成巷道断面，降低空顶、空帮距，避免掘进和支护设备的反复换位作业，实现前掘后支，工艺流程简便，效率高，可明显提高煤巷成巷速度，缓解采掘接续紧张。缓解采掘接续紧张。缓解采掘接续紧张。

【技术实现步骤摘要】
基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法及装备


[0001]本专利技术涉及煤矿巷道掘进与支护
，特别涉及一种基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法及装备。

技术介绍

[0002]煤炭是我国的主体能源，在推动全国工业发展和国民经济进步等方面发挥了重要作用。煤矿巷道快速掘进已经成为制约煤炭安全、高效开采的“卡脖子”难题。优化掘进与支护工艺，开发出高效、安全可靠的临时支护，提高永久支护效率是提高成巷速度的根本途径。
[0003]目前，限制煤巷巷道成巷速度的根本原因在于：煤系地层一般强度较低，裂隙发育，在开挖断面形成后必须及时进行支护，不具备长距离空顶、空帮作业条件，因此限制掘进和支护作业反复换位，相互影响。因此，提高煤巷成巷速度的关键在于设计一种有效的临时支护方式，开挖断面形成后立即对围岩进行有效临时支护，永久支护在临时支护后方进行，从而实现“前掘后支”。传统的临时支护方式为金属探梁、单体液压支柱等，需要人工搬运进行支护，施工速度慢、支护强度不足、支护质量差、人工劳动强度大，后采用掘进机机载式顶棚或自移棚式支架进行临时支护，但操作繁琐、耗时长、支护面积小且容易损坏，难以满足煤矿巷道快速掘进的需求，目前尚没有一种快速有效的临时支护方式。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有煤矿巷道掘进支护工艺的不足，提出了一种基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法及装备。本专利技术包括掘进、临时支护、永久支护、运输、通风等工艺环节。本专利技术采用横轴式掘进机、纵轴式掘进机或全断面掘进机进行掘进，掘进完成后立即向围岩表面喷涂密封材料封闭围岩，通过泵吸设备抽出围岩裂隙内空气，使围岩内处于负压状态，通过大气压力对围岩进行临时支护。掘进装置后方紧跟锚杆台车，进行永久支护施工。锚杆台车与掘进装置中间安设密闭装置，采用负压抽出式通风。锚杆台车后部紧跟运输装置，将破碎煤岩运离掘进工作面。本专利技术采用喷层抽气，形成负压的方式，可有效支护新形成巷道断面，降低空顶、空帮距，避免掘进和支护设备的反复换位作业，实现前掘后支。工艺流程简便，效率高，明显提高煤巷成巷速度，缓解采掘接续紧张。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术实施例的基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法，巷道掘进施工作业由多个作业循环单元组成，每一个作业循环单元包括以下步骤：
[0007]S1、区域密闭及抽出式通风：在新掘巷道与完成支护作业巷道的相交处，设置密闭装置，将两个区域隔离，同时在新掘巷道安设通风管路，直达掘进迎头，并跟随迎头延伸，然后利用通风管路对新掘巷道进行抽出式通风；
[0008]S2、掘进：掘进装置掘进一个排距，后部运输装置将新掘巷道产生的破碎煤岩运输出去，结束后执行步骤S3；
[0009]S3、喷涂：搭载于掘进装置上的喷涂装置将喷涂材料喷射到步骤S2新形成的巷道断面，在围岩表面形成一层密封喷层，并且预留安装密封及抽气装置的位置，结束后执行步骤S4；
[0010]S4、围岩密封：密封及抽气装置内部设有抽气通路，将密封及抽气装置安装在预留未喷涂位置处，使得密封及抽气装置外部与喷涂材料形成的密封喷层相互封闭，密封及抽气装置的内部抽气通路与围岩裂隙相互联通；根据围岩条件判断抽气之前是否需要打孔，若需要打孔，则步骤S3喷涂结束后，由密封及抽气装置中的钻杆向围岩打孔，打孔至设计抽气深度后停止打孔，再将密封及抽气装置贴附在围岩表面；若不需要打孔，则直接将密封及抽气装置贴附在围岩表面；结束后执行步骤S5；
[0011]S5、抽气：抽气过程采用工艺S5-1或工艺S5-2；工艺S5-1：利用真空泵抽出围岩裂隙内空气，使围岩处于负压状态，在浅部围岩形成压差P，其中0＜P≤0.1MPa，形成主动的临时支护作用，真空泵在此过程中始终密封及抽气装置的抽气通路相连，持续抽气至步骤S6结束；工艺S5-2：利用真空泵抽出围岩裂隙内空气，使围岩处于负压状态，在浅部围岩形成压差P，其中0＜P≤0.1MPa，形成主动的临时支护作用，在此过程中，当P＝0.1MPa时，真空泵与密封及抽气装置断开连接，利用密封及抽气装置中的单向阀维持压差，直至步骤S6结束；
[0012]S6、锚杆支护：锚杆台车紧跟掘进装置进行永久支护施工，结束后执行步骤S1。
[0013]本专利技术实施例的基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法，所述掘进装置采用部分断面掘进机或全断面掘进机。
[0014]本专利技术实施例的基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法，所述运输装置采用梭车或运输皮带。
[0015]本专利技术提供一种用于上述实施例的基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法的装备，包括密封及抽气装置，所述密封及抽气装置包括吸盘架、海绵、吸盘环状空间抽气口、球轴承、柔性材料连接套、轴套、法兰盘、密封圈、快速接头套和钻杆；所述海绵与吸盘架胶接；所述球轴承和吸盘架连接；所述钻杆与球轴承连接；所述法兰盘与吸盘架之间通过螺钉连接，并在二者中间放置柔性材料连接套；所述轴套与柔性材料连接套胶接；所述密封圈放置于轴套孔内；所述钻杆与快速接头套连接；所述吸盘环状空间抽气口位于吸盘架上相邻海绵之间。
[0016]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：
[0017]本专利技术采用喷层抽气，形成负压的方式，可有效支护新形成巷道断面，降低空顶、空帮距，避免掘进和支护设备的反复换位作业，实现前掘后支。本专利技术工艺流程简便，效率高，明显提高煤巷成巷速度，缓解采掘接续紧张，提高了支护效果，工艺简单，便于提高支护效率和实现自动化作业。
[0018]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法的一种施工状态的空间俯视图，显示出各个装置的空间位置关系(步骤S5采用工艺S5-1)。
[0020]图2是本专利技术实施例基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法的另一种施工状态
的空间俯视图，显示出各个装置的空间位置关系(步骤S5采用工艺S5-2)。
[0021]图3是本专利技术实施例中密封及抽气装置的剖视图。
[0022]图4是图3所示密封及抽气装置的一种实施例的俯视图(外形为圆形)。
[0023]图5是图3所示密封及抽气装置的另一种实施例的俯视图(外形为矩形)。
[0024]图6是本专利技术实施例基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法的施工工艺图。
[0025]在图1至图6中：
[0026]1：掘进装置；2：运输装置；3：密闭装置；4：通风管路；5：喷涂装置；6：密封及抽气装置；7：真空泵；8：锚杆台车；81：顶锚杆；82：帮锚杆；9：围岩；
[0027]01：吸盘架；02：海绵；03：吸盘环状空间抽气口；04：球轴承；05：柔性材料连接套；06：轴套；07：法兰盘；08：密封圈；09：快速接头套；010：钻杆；011：抽气通路；012：单向阀。
具体实施方式
[0028]下面结合附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法，其特征在于：巷道掘进施工作业由多个作业循环单元组成，每一个作业循环单元包括以下步骤：S1、区域密闭及抽出式通风：在新掘巷道与完成支护作业巷道的相交处，设置密闭装置，将两个区域隔离，并对新掘巷道进行抽出式通风；S2、掘进：掘进装置掘进一个排距，后部运输装置将新掘巷道产生的破碎煤岩运输出去，结束后执行步骤S3；S3、喷涂：将喷涂材料喷射到步骤S2新形成的巷道断面，在围岩表面形成一层密封喷层，并且预留安装密封及抽气装置的位置，结束后执行步骤S4；S4、围岩密封：密封及抽气装置内部设有抽气通路，将密封及抽气装置安装在预留未喷涂位置处，使得密封及抽气装置外部与喷涂材料形成的密封喷层相互封闭，密封及抽气装置的内部抽气通路与围岩裂隙相互联通；S5、抽气：抽气过程采用工艺S5-1或工艺S5-2；其中，工艺S5-1或工艺S5-2均包括：利用真空泵抽出围岩裂隙内空气，使围岩处于负压状态，在浅部围岩形成压差P，其中0＜P≤0.1MPa，形成主动的临时支护作用；S6、锚杆支护：锚杆台车紧跟掘进装置进行永久支护施工，结束后执行步骤S1。2.如权利要求1所述的基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法，其特征在于：所述掘进装置采用部分断面掘进机或全断面掘进机。3.如权利要求1所述的基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法，其特征在于：所述运输装置采用梭车或运输皮带。4.如权利要求1所述的基于喷层与大气压力的煤巷快速掘进方法，其特征在于：在步骤S4中，还包括：根据围岩条件判断抽气之前是否需要打孔；若需要打孔，则喷涂结束后，通过密封及抽气装置中的钻杆向围岩打孔，打孔至设计抽气深度后停止打孔，再将密封及抽气装置贴附在围...

【专利技术属性】
技术研发人员：康红普，姜鹏飞，王子越，刘畅，郭吉昌，罗超，韦尧中，曹晓明，陈志良，杨建威，郑仰发，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：