[发明专利]一种集钻孔、探水、铣削为一体的硬岩巷道掘进方法

说明书

本发明公开了一种集钻孔、探水、铣削为一体的硬岩巷道掘进方法，在掘进工作面布置铣削掘进机，在铣削掘进机上安装活动机械臂，在活动机械臂前端安装一体式钻机；铣削掘进机铣削坚硬岩体之前，运用活动机械臂调整一体式钻机的空间位置和姿态，使其在坚硬岩体局部钻出数个长直深孔探水；确定无突水险情前提下，在岩体的长直深孔中装填适量的炸药进行深孔爆破，形成大直径深孔，以便于盘形滚刀深入岩体内一定深度；最后采用铣削掘进机对坚硬岩体进行铣削破碎。本发明在充分运用岩石抗拉强度低的理论基础上，采用盘形滚刀对坚硬岩体进行铣削破碎，破岩能力强、效率高，并具备超前探水功能。

技术领域

本发明属于煤炭开采技术领域，涉及巷道岩体掘进技术，具体涉及一种集钻孔、探水、铣削为一体的硬岩巷道掘进方法。

背景技术

2018年，《BP世界能源统计年鉴》指出：中国仍然是世界最大的能源消费国，占全球消费量的23.2％和全球净增长的33.6％；煤炭资源消耗占消费总量的60.4％，在未来很长一段时期内作为我国主体能源具有无法替代的地位。随着我国对煤炭能源需求的不断增加，因岩巷掘进困难而导致采掘比例失调成为制约我国煤矿开采的主要原因。据不完全统计，我国煤矿平均每年新掘岩巷长达3000公里，由于受到地质条件、井下作业空间以及掘进装备适应性等因素制约，掘进速度不足100m/月，煤矿采掘比例严重失调。

目前的巷道掘进中，机械切削、冲击和冲击-切削是最常用的三种方式，但传统的机械切削刀具磨损严重，寿命低，因此主要用于切削破碎普氏硬度系数f≤8的煤岩；机械冲击可以破碎大部分煤岩，但在坚硬煤岩(f15)中工作存在球齿磨损严重和脱落、破岩效率低以及粉尘量大等问题；冲击-切削复合破碎岩石虽然在一定程度上可以克服深层及复杂地层岩体高硬度、可钻性差等问题，但仍然存在机械工具失效严重等问题，造成机械破岩能力差。因此，如何实现坚硬煤岩的安全高效破碎已经成为深层、复杂地层煤炭等矿体资源高效开发的关键问题和难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种集钻孔、探水、铣削为一体的硬岩巷道掘进方法，充分利用坚硬岩体抗压不抗拉特性，采用盘形滚刀对坚硬岩体进行铣削破岩，具有破岩载荷小、性能高、效率高的特点，易于实现坚硬岩体的快速破碎，提高巷隧道掘进速度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种集钻孔、探水、铣削为一体的硬岩巷道掘进方法，采用的设备包括铣削掘进机、一体式钻机和活动机械臂，所述铣削掘进机包括履带行走机构、机架、旋转机构、滚刀臂、盘形滚刀、传动箱、底座、装载装置和输送装置，所述机架安装在所述履带行走机构的上方，所述机架上沿掘进机的行进方向设置有导轨II，所述底座安装在机架前部，所述传动箱安装在底座前端，所述旋转机构安装所述传动箱的前端并与传动箱之间可相对旋转运动，所述滚刀臂竖直伸入所述旋转机构中，并与旋转机构滑动连接，所述盘形滚刀安装在滚刀臂的一端，所述盘形滚刀的圆周方向上焊接有数个合金头，所述装载装置位于所述铣削掘进机的前端，所述输送装置安装在装载装置中间、机架下面；所述活动机械臂的一端通过导轨II滑动安装在铣削掘进机上，所述一体式钻机通过导轨I与所述活动机械臂的另一端滑动连接。

所述的掘进方法具体包括如下步骤：

第一步：钻孔与探水

对普氏硬度系数f15的坚硬岩体进行巷隧道掘进时，首先调整所述铣削掘进机的位置，使导轨II处在巷道的中间位置，然后驱动所述活动机械臂，调整所述一体式钻机，使其对准要施工钻孔的位置，驱动所述活动机械臂在导轨II上滑动，使所述一体式钻机靠近待钻孔的坚硬岩体，接着驱动所述一体式钻机在导轨I上滑动，使其在坚硬岩体中钻进形成长直深孔，完成一个长直深孔后，退出所述一体式钻机，重新驱动所述活动机械臂和一体式钻机，进行下一个长直深孔的钻进，如此不断重复，直至数个长直深孔钻进完成，随后退回所述活动机械臂和一体式钻机，通过这数个长直深孔实现坚硬岩体内部的探水。

第二步：填药与局部破碎