[发明专利]一种新风条带盾锚支护掘进机及施工方法

说明书

本发明提供一种新风条带盾锚支护掘进机及施工方法，采用前拖盾和新风盾的结构解决临时支护和锚杆支护实现无空顶连续作业，间隔设置的顶部走向盾管和侧部走向盾管提供滞后支护作用并为钻锚定位提供条件，前拖盾提供超前支护，顶吸尘盾和前拖盾的设置能实现临时支护与锚杆支护的无缝衔接；动力转载机后移，与主机体分开，腾出空间作为锚固作业区，操作平台、顶吸尘盾、帮吸尘盾和新风配风器围成一锚固操作空间，新风盾具有除尘和引入新风的作用，通过新风配风器进行送风，在操作空间形成新风环境，并且除尘装置可以采用小循环负压系统即可实现除尘，避免了大功率除尘机和长大风筒，也就避免了巷道工作区域长大风筒的影响。

技术领域

本发明涉及地下工程掘进装备，具体涉及一种新风条带盾锚支护掘进机及施工方法。

背景技术

地下工程掘进用什么装备一般取决于巷道支护形式。松软地层施工一般选用盾构机，常见隧(巷)道施工用TBM，有时候根据围岩情况也选择不带支护施工功能的普通悬臂式掘进机。对于采用混凝土管片作为支护的隧道巷道工程的施工装备比较成熟，存在的问题主要是成本和提高功效的相关技术。对于煤矿地下巷道而言，由于该类巷道工程基本上都是采用锚杆支护而且是处于沉积岩中。在锚杆支护的巷道施工目前有两大问题没有解决好。一是临时支护与锚杆支护的无缝衔接保证施工过程临时支护向锚网支护过渡的任何时间不漏顶；二是掘进工作面各种除尘措施都无法实现新风区域。

盾构机体设计是基于管片支护，开敞式TBM是针对采用锚杆支护或钢拱架的较坚硬岩层。针对煤矿沉积岩层中的掘进装备，大多数采用悬臂式掘进机，这种掘进机原始设计是利用围岩暴露后具有暂短稳定性原理设计的，掘进机本身没有支护装置。施工只有破岩和运渣功能，为了能够施工锚杆，需要其他钻锚设备配合，由于煤矿回采巷道断面的限制，这样施工效率低，不安全。为了改进这种局面，很多制造商将锚杆钻装设备安装在掘进机上。在这类悬臂式掘进机上安装钻装设备已经有半个世纪时间，但一直没有取得较好的效果。主要的问题是临时支护与锚杆支护不能实现连续过渡，由于在采用锚杆支护的工程中临时支护离开围岩铺网向锚杆支护过渡时的不连续就会存在短暂的围岩裸露，大多数岩体在这个暂短过渡过程中能够保持稳定性，但往往这个短暂的围岩裸露遇到各种构造影响适合就存在安全隐患，不能实现本质安全的支护作业，临时支护作业过程不安全，铺网作业不能实现工业化作业且不安全，作业过程中脚底下切削头存在安全隐患，不能实现平行作业。这些弊端导致这种设备很难广泛推广。

上世纪中后期出现了全断面横轴掘进机，由于较宽的横轴设置可以将切割臂置于中间位置只有上下活动，这就给悬臂两侧创造出空间安装钻锚装备，钻锚装备不但能够靠近掘进掌子面迎头，又能够实现掘进与支护作业平行。但这种掘进机上述优点是有条件的，换句话说，在巷道围岩条件比较破碎的情况下这种全断面横轴掘进机不太适应，因为这种掘进机正常施工需要1500-3200mm空顶距。除了侏罗纪煤层顶板有较好的适应性外，几乎所有的沉积岩都是节理层理发育，断层破碎带和各种小构造都会造成围岩破碎，不能在大于1000mm空顶距情况下保证围岩不脱落。所以，全断面横轴掘进机不太适应我们国家大多数煤矿地层巷道围岩。

为了适应破碎围岩而研发的各种掘进设备也有部分试验，护盾机器人就是专门为煤层巷道设计的。这种护盾设计的方法是依靠护盾支撑滑移的摩擦力推进切割部，这种设计方法本来是杜绝任何情况下空顶，但因为设计缺陷和沉积岩受压变得更加破碎的原因，结果是盾体支撑对围岩造成二次破碎，本来护盾的作用是保护围岩破碎可能造成的脱落，但其实际上使用过程中导致围岩二次破碎，反倒不利于保护围岩，更大的缺陷是，护盾体前移后在铺网过程中出现围岩裸露依然存在安全隐患。

至于近几年出现的不同形式的快速掘进机组，都是利用现有设备组合搭配形成机器群作业。而且都是利用围岩破岩后具有暂短稳定性的特征设计支护作业。所以，这种配套的系统是掘进工艺的进步，但不是对掘进机的技术进步，没有解决现有掘进机系统的缺陷。