[发明专利]高瓦斯突出煤层盾构安全高效掘进方法及装置

说明书

一种高瓦斯突出煤层盾构安全高效掘进方法及装置，属于安全和采矿领域。该装置由防突盾构壳体、掘削系统、排瓦斯出煤器、支护防护系统、瓦斯抽放系统、泡沫防尘防爆系统等组成。防突盾构壳体起支撑各系统的作用，与巷道围岩紧密接触防止围岩变形及突出，掘削系统的刀盘掘削工作面前方的煤层或岩层，煤岩由排瓦斯出煤器输出到转载机或皮带上，支护防护系统起到铺网、支撑和打眼锚固围岩的作用，推进系统负责壳体及其它各系统向前移动和壳体、刀盘转向，双层壳体间及螺旋出煤器内的瓦斯被抽放。该装置有掘进速度快，防止煤与瓦斯突出和瓦斯喷出到巷道空间，保证安全掘进等优点。适用于各类煤矿巷道掘进，尤其适合于高瓦斯或突出煤层巷道直接掘进。

技术领域

本发明涉及一种高瓦斯突出煤层的掘进方法及装置，尤其是一种适用于在无需采取突出防治措施的情况下，快速高效安全掘进危险煤层的高瓦斯突出煤层盾构安全高效掘进方法及装置，属于安全和采矿技术领域。

背景技术

煤与瓦斯突出(以下简称突出)是我国煤矿开采过程的主要灾害，主要影响因素有煤层瓦斯压力或含量、地应力和煤的物理力学性质，通常情况下煤层瓦斯压力或含量超过一定值后就有发生煤与瓦斯突出的危险，而且采深越大，构造越复杂，应力越高，煤体越软，越容易发生突出。突出会伴随大量瓦斯和碎煤突出到采掘空间中，造成巷道堵塞、充满高浓度瓦斯、破坏通风系统和机械等，会造成工作场所人员伤亡等，也易引发瓦斯爆炸等次生重大灾害。在预防突出方面，须采取区域四位一体综合防突措施和局部四位一体综合防突措施，防治主要采用钻孔瓦斯排放、瓦斯抽放、水力措施卸压增透抽放和保护层开采卸压抽放等措施。近年来，我国煤与瓦斯仍然时有发生，而且越来越复杂。我国对预防煤与瓦斯突出的要求不断提高，要求必须先执行区域四位一体综合防突措施，降低煤层瓦斯压力和含量，消除突出危险性，并经检验合格后，才能在煤层中掘进巷道。目前，我国高瓦斯突出煤层巷道掘进主要存在消突难度大、工程量大、治理瓦斯费用高、掘进速度非常慢和安全性不够高等问题。对于掘过巷道来说，适用的区域措施主要有顶底板岩巷穿层钻孔预抽、保护层开采卸压抽放和有条件的煤巷条带预抽等，这些工程及预测、防治、效检等措施的执行需占用大量的人力、物力和财力，严重影响采掘平衡，使煤矿生产费用大幅度提高。目前，我国高瓦斯突出煤层巷道的掘进速度只有30～100m/月，即使是采取完区域措施后，也要求在掘进过程中采取区域验证和局部四位一体措施，速度一般不超过150m/月。另外，掘进巷道仍然受到瓦斯、突出及爆炸等威胁。

随着自动化、智能化开采技术的发展，也需要发展高瓦斯、突出、突水、冲击危险煤层的高效安全智能化掘进技术及系统。

如何能快速、安全、高效的直接掘进高瓦斯突出煤层巷道，是急待解决的难题，对于保障煤矿收益和高效安全生产、发展无人采掘技术等非常重要。

TBM隧道掘进机和盾构机可以快速掘进隧道和巷道，速度可达1000m/月左右，速度非常快，安全性好。但传统的TBM隧道掘进机和盾构机不考虑瓦斯大量涌出、喷出和煤与瓦斯突出及预防等，不考虑从出螺旋出渣器中抽放瓦斯，也不考虑预防瓦斯爆炸等。传统的TBM隧道掘进机和盾构机支护采用预制好的混凝土管片支护，不考虑掘进后从巷旁煤壁打钻抽采瓦斯、巷道后期受采动影响变形等情况。因此，传统的TBM隧道掘进机和盾构机无法直接在高瓦斯突出煤层中使用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种高瓦斯突出煤层盾构安全高效掘进方法及装置，通过矿用新型盾构在无需采取突出防治措施的情况下直接掘进高瓦斯突出危险煤层，具有快速、高效、安全等优点。

技术方案：为实现上述目的，本发明的高瓦斯突出煤层盾构安全高效掘进方法及装置：