[发明专利]一种顶管式煤矿小断面巷道掘进方法

摘要

一种顶管式煤矿小断面巷道掘进方法，利用顶管掘进机对煤矿小断面巷道进行施工，对工作硐室、辅助硐室及顶进轴线等进行设计，与矿方进行讨论，确定最终设计方案，绘制施工图纸，将机头及电气等辅助设备安装与工作硐室中，主顶将机头顶入到预埋前墙内，随着主顶机头的顶进，进水排渣系统和注浆系统启动，刀盘切下的沙砾被研磨后，随着浆液排出到泥水分离器上，将搅拌好的浆液从机头及工具管的注浆孔中排出，泥浆使机头和岩壁之间形成泥膜，当主顶行程到达3米后，将主顶油缸回收，放入中继，继续进行顶进，重复过程。本发明优点：将顶管掘进工艺应用于煤矿巷道掘进施工中，解决了传统施工速度慢，工人劳动强度大等问题，具有重要意义。

主权项

1.一种顶管式煤矿小断面巷道掘进方法，其特征在于：所述的顶管式煤矿小断面巷道掘进方法，利用顶管掘进机对煤矿小断面巷道进行施工，其施工过程如下：对煤矿施工地点进行考察，确定采用合适的顶管施工工法，根据施工经验，结合施工地点的实际情况，对工作硐室、辅助硐室及顶进轴线进行设计，与矿方进行讨论，确定最终设计方案，绘制施工图纸，将机头及电气辅助设备安装于工作硐室中，主顶将机头顶入到预埋前墙内，随着主顶机头的顶进，进水排渣系统和注浆系统启动，刀盘切下的沙砾被研磨后，随着浆液排出到泥水分离器上，同时，将搅拌好的浆液从机头及工具管的注浆孔中排出，泥浆使机头和岩壁之间形成泥膜，极大地减小了顶进的摩擦力，当主顶行程到达3米后，将主顶油缸回收，放入中继，继续进行顶进，重复这个过程，完成巷道的掘进工作；顶管式煤矿小断面巷道掘进方法：/n首先，根据施工图纸，施工工作硐室及辅助硐室，对施工尺寸进行测量、验收，对顶棚、侧墙锚固，辅助巷道各工作坑防水浇铸，并对辅助巷道的进水池、沉淀池、排水沟进行防水处理，对辅助巷道的摆放设备平台做混凝土硬化；/n给出顶管顶进方向轴线的坐标点，坐标点便于使用全站仪进行观测，坐标点的位置如下：共有5个点，其中沿着设计轴线方向给出3个点，1个点在前墙上方，另外2个点在硐室上方，作为调整全站仪的坐标点；另给出2个点，作为前墙及导轨摆放的腰线为A4和A5；/n根据施工图纸对前墙固定架锚杆钻孔位置画线，对前墙安装架的地面找平并硬化，安装前墙安装架，使用水平尺、角尺，并结合放线标记，对两安装架进行水平、标高、转动角及相对位置进行找正；两个架子调整好位置后，将架子底部垫实，使用压板与锚杆拧紧，焊接压板和前墙安装架，将前墙安装架固定；吊装预埋前墙到前墙架子上，使用全站仪发射激光指向前墙的中心，调整预埋前墙高度及横向位置，使前墙中心、和激光相一致，安装误差不大于5mm，前墙位置调整好后，使用螺栓将前墙和前墙架子进行固定；在预埋件管端用红砖立砖砌墙封堵洞口，硬化后对预埋件进行整体浇筑；在前墙套筒内侧使用木板拼接密封，未贴合处使用遇水膨胀聚氨酯进行密封；在预埋前墙周围定做木模，木模和岩壁贴实；木模定做完成后，从上方浇灌混凝土，确保混凝土充实在木模和岩壁中，它们之间没有空隙，混凝土型号为C30，能连续分段支模浇铸；/n对工作硐室地面预浇灌，硐室预浇灌高度距离侧壁腰线为900mm，并在地面预埋钢筋网及6根11#轨道钢，轨道钢和钢筋网焊接，轨道钢高出硬化地面50mm；/n借助硐室的吊点，使用手拉葫芦将主顶后靠背板和导轨吊装到工作硐室中，并对主顶后靠背板和3段导轨进行预组装；使用工字钢稳固导轨，将工字钢与预埋工字钢焊接牢固后，把工字钢两端与导轨底座80方管焊接，每根导轨不少于三根工字钢；最后用混凝土浇铸导轨，浇筑高度为60mm；硬化后，用C30混凝土浇铸后背墙；导轨要硬化牢固，不得在顶进施工中产生位移，且需设专人经常进行检查；/n借助硐室吊点，使用4个10吨的手拉葫芦吊装机头，将机头吊装到导轨上；机头安装后，检查导轨是否发生严重变形；导轨高程偏差大于5mm侧需要重新调整设计轴线；/n安装主顶O型顶铁，连接水管、电缆进行联机试验；试验完成后，将机头推送至洞内，转动刀盘试验；/n确认各电气、液压设备正常运转后，准备进行掘进；/n在顶第一节管时，以及在校正偏差过程中，测量间距不超过30cm，以保证管道入土的位置正确；管道进入土层后的正常顶进，测量间隔不宜超过100cm；/n第一个中继紧跟着机头，为机头提供了360吨的推力，并具有12个侧支撑油缸，在掘进遇到机头卡死的情况时，中继间能够把侧支撑油缸伸出，将机头往回拉出；中继间后配有3根工具管，工具管内部布置了中继间泵站、PLC、中继间启动器、制冷水泵、制冷水箱、制冷水泵启动器、备用滚刀、排渣泵启动器及排渣泵装备，为电机制冷，更换刀具及长距离掘进提供了保障；/n施工采用钢筋混凝土管和钢管两种管材；在不需进行拔管的施工场地，钢筋混凝土顶管具有造价低优点，待巷道施工完成后，钢筋混凝土顶管留在巷道中，作为支护使用；同时，机头后配有中继间有3根工具管中需要存放排渣泵设备，这3根管选用内部存放空间更大的钢管，靠近机头处的两个钢管可以随机头顶出，循环利用；/n掘进机头根据岩石特性及刀盘切削电流，调整掘进速度及刀盘切削速度，保持刀盘切削电流在一定的范围内，对切削的数据进行记录，当掘进距离到达100米左右时，需对切削电流切削数据进行分析，当切削电流变大时，需考虑对刀盘的滚刀进行换刀；刀盘采用背装刀的方式，机头处有两道密封舱门，工作人员能够从机头内部打开两道舱门，将两道舱门打开后，工作人员对刀具进行换刀，这为远距离掘进提供保障；/n每三个顶管都有一个顶管设置了注浆孔，注浆孔沿周向分布了3个，相隔120度；每个注浆孔都设计了球阀，单向阀，操作人员能够根据管壁外侧泥浆套的实际情况，调节各个注浆孔的开闭，保证了全程泥浆套的减摩效果，并在注浆管路上配有压力传感器，实时对各段的泥浆压力进行采集，防止注浆压力过大对周围岩层的破坏；在辅助巷道内修建了两个泥浆池，这两个泥浆池用于浆液的搅拌和静置，浆液由膨润土、CNC材料通过搅拌制成，搅拌后的浆液需静置12小时后使用；/n矿用顶管机采用泥水平衡法和真空泥浓法两种排渣方式，泥水平衡法顶管机内部有进水管路和排渣管路，在辅助巷道内部放置进水泵，进水泵将泥浆池的泥浆，沿着进水管路，注入到机头的切削腔内；泥浆把粉碎下的沙砾冲走，从排渣管冲出；/n如果顶进距离小于100米时，则不在机头处增加排渣泵，如果顶进距离大于100米，必须在机头和工具管内部增加排渣泵，增加排渣能力；排渣泵将含有砂石的泥浆排入到泥浆池中，经过沉淀将沙砾捞出，泥浆重复利用；/n真空泥浓法顶管机采用泥浓工法，在工具管内铺设注浆管路，辅助硐室内的渣浆泵将泥浆水注入到刀盘前端，泥浓水与开挖土搅拌形成泥浓浆，起到润滑刀盘刀具、减小磨损、降低刀盘扭矩和减少土体扰动的作用；同时，泥浆土进入刀盘后端的分离腔内，硐室内有一处真空泵，真空泵将泥浆土吸出到沉淀槽内，经过沉淀之后，皮带将砂石运出；/n主顶油缸顶进达到3米时，将主顶油缸回收，断开电缆、水管部件，通过铺设在硐室上方的电动葫芦，使用特定的工装，将下一根顶管搬运到主顶导轨上，把风管、水管及电缆进行连接后继续顶管，此后循环这个过程，完成顶管掘进。/n