半煤岩巷锚杆支护快速掘进可行性研究报告

平煤集团公司科技进步奖励申报书 成果名称： 任务来源： 主要完成单位： 主要协作单位： 工作起止时间： 申报单位： 申报日期： 一、项目简介 项目简介： （项目所属科学技术领域，主要内容，特点及应用推广情况） 随着我矿开采深度逐年增加，做为我矿主要可采煤层丁 6、戊 8 煤层出现以下情况：一是地质构造增多，二是煤层变薄，三是巷道围岩压力增大。由于这些因素的增加，使得我矿综掘速度大大降低，从而造成采掘接替紧张局面，因此，充分利用 120进机的性能优点，探讨与之相适应的快速掘 进方案具有重要的现实意义。 主要内容及特点： 1、研究丁 6 煤层地质构造，煤层顶底板岩性特征及巷道围岩压力情况。 2、围绕 120进机，研究与之相配套的钻具及运输设备。 3、研究科学合理的施工工艺。 4、探讨不同情况下最佳作业循环及劳动组织。 5、明确组织快速掘进期各职能部门职责与分工，制订详细管理制度，检修制度及奖励机制。 应用： 使用 120型掘进机组织快速掘进方案，在我矿丁 6 31060风巷实施以来，最多了明显效果，最高月进尺达到 405m（ 其中有 20m 为全岩）。 二、详 细内容及推荐理由 1、立项背景（相关科学技术状况及其存在问题，立项原因及推荐理由） 进入 2009 年，我矿正在掘进的四个工作面，都不同程度出现煤层变薄，断层多，地质构造复杂，导致已做部分巷道成为废巷不能圈定可采储量，同时，由于开采深度的增加，巷道围岩压力变大，巷道支护难度增大，使得掘进速度大幅度降低，造成我矿前所未有的采掘接替局面。中国煤炭科学院太原分院最新研制的 120绕该型掘进，组织快速掘进，是加快掘进速度缓解采掘接替的有效办法。 120型掘进 机已推广到全国多个单位使用，鉴于上述情况，我们组织人员进行了综掘快速掘进施工工艺及组织管理的探讨。 2、详细科学技术内容：（技术原理，关键，技术方案和技术指标） 技术原理： 科学合理的施工工艺，严密的组织管理能够使人、机的效能充分发挥出来，能够最大限度地提高劳动的效率。 技术关键： 1、选择合理的支护方式，即能满足巷道支护安全要求，同时最大限度降低支护难度。 2、科学合理的施工工艺。 3、最佳的钻具配备。 4、最佳的作业循环及劳动组织。 5、科学严密的组织管理。 技术指标： 在相 同的条件下，比现有的综掘进尺速度提高 20% 40%。 3、该项目与当前国内外同类研究，同类技术的综合比较（包括存在问题及改进措施） 使用 120型掘进机，组织快速掘进，在我公司尚属首例，在公司属于领先水平，这个总是的研制成功，可推广应用上我公司其它单位，类似条件下的巷道掘进。 该项目存在的问题是： 采面出煤与掘进出煤共用一个系统，当掘进中需要破岩石时，若煤岩混运影响煤质，若分掘分运，则必须固定排矸时间，改变施工工艺，这样将会一定程度上影响掘进速度。 4、创新点： 6、应用、推广及论文引用情况（在国内外相关领域的作用影响及其前景） 使用 120进机组织快速掘进， 2009 年 2 月份开始在我矿丁6 31060 风巷试验以来，效果显著， 4 月份曾创月进尺 405m（其中全岩20m）的记录，有效地缓解了采掘接替紧张局面，随着开采深度的增加，煤层变薄，构造增多，掘进中破岩增多，将普遍存在，因此，该项目的成功组织、实施对我矿今后的生产，发展有着重要意义。随着全国其它单位逐渐增多地使用 120项目 的推广应用有着广阔的前景。 未达到推广面积和程度的原因 A、无接产单位 B、缺乏资金 C、技术不配套 D、其它 7、经济效益情况 项目总投资 经济效益总额 栏 目 年 份 新增产值 新增利税 创收外汇 增 收 （节支） 总 额 累 计 本表所列效益额的计算依据及说明： 应用单位总会计师（签字） 应用单位财务部门（盖章） 8、社会效益： （ 1） 单进速度的提高，鼓舞了干部职工的士气，增加了工资收入稳定了职工队伍。 （ 2） 单进速度的提高，有效地缓解了采掘接替局面使用权矿井生产保持稳定，稳定了全矿职工情绪。 （ 3） 这项技术的研究成功，为公司兄弟单位乃至全国其它单位提供了一套可供借鉴的技术经验，将大力促进我公司“双高”矿井建设步伐。 9、应用情况： 使用 120进机组织快速掘进，在我矿丁 6 31060 风巷试验以来，效果显著，通过和以往综掘进尺速度相比，平均提高 30%左右，其中最高进尺达到 405m (其中全岩 20m ) 三、本项目曾获科技奖励情况 奖励时间 奖励名称 奖励等级 受奖部门 四、申请、获得专利情况表 国别 申请号 专利号 项目名称 五、申报、评审意见 申报单位意见 矿（处）长签名： 申 报 单 位 （ 盖 章 ） ： 2009 年 月 日 技管理部门意见 审核人： 2009 年 月 日 专业评审意见 专业组长（签字）： 2009 年 月 日 总工程师评审会评审意见 总工程师（签字）： 年 月 日 集团公司评委会审定结果 （盖 章） 年 月 日 序 号 姓名 性 别 年 龄 文化程度 职务、职称 工作 单位 对本项目的主要贡献 附件： 成果应用证明 项目名称 应用单位 通讯地址 应用成果起止时间 经 济 效 益 新增产值（产量） 新增利税（纯收入） 年增收支总额 应用情况及社会效益： 半煤岩巷锚杆支护快速掘进可行性研究报告 平煤集团 天安某矿 二 00九 年七月 半煤岩巷锚杆支护快速掘进 可行性研究报告 一、概述： 随着我矿开采深度的增加，可采煤层发生了明显的地质变化，根据地 质资料分析及已揭露的回采巷道地质状况判断，我矿进入三水平以后主要可采煤层丁 6煤和戊 8煤普遍存在以下问题： 1、煤层变薄，且厚度不均。 2、地质构造复杂，断层多。 由于以上因素的存在，使得回采巷道掘进中经常要破底板岩石做半煤岩巷或穿过大小断层，受破岩困难及排矸系统的影响，掘进速度大幅度降低，使得我矿采掘接替出现了前所未有的紧张局面。这将直接影响着今后矿井的稳定生产，企业的发展。因此，探讨半煤岩巷快速掘进这一难题对今后我矿的发展有着十分重要意义。 二、可行性分析： 锚杆支护巷道（ S 掘 =部使用 20 2000脂锚杆，间 排距为 700 700两帮使用 41 1800缝锚杆，间排距为 800 700、帮使用网梁）煤巷掘进，已经成功地实现大断面月进尺 400m 以上，半煤岩掘进和煤巷掘进相比较，它们的相同之处是，煤巷掘进中所使用钻眼机具、运输、通风、排水、供电、供风等系统均能满足半煤巷的使用要求；仅有的不同之处是，半煤岩巷掘进，破矸与排矸困难。因此，要想在半煤岩巷中组织快速掘进，首先得解决好这二个问题，才能使半煤岩巷的单进水平达到或接近煤巷掘进水平。 半煤岩巷快速掘进，若月进尺在 350m 以上，则必须保证日进尺 15m 以上。每个正规循环进尺量和每班完成正规循环个数，决定着日进尺的多少。由于受顶板岩性和作业中最大控顶距的限制，每循环进尺量变化不大。因此，每个班完成正规循环个数成为日进尺多少的关健。从现场施工工序分析，完成一个正规循环所需时间由以下工序所消耗时间决定：开工、收工时间；切割时间；永久支护时间；设备故障影响时间。其余工序可与这些工序平行作业与煤巷掘进相比较，每个循环的开、收工时间及永久支护时间是接近的或相同的，而切割时间和设备影响时间却有较大差异。因此，解决好缩短切割时间和降低 设备事故率这二个环节，可使半煤岩巷道掘进速度大幅度提高与煤巷掘进速度接近。 制约切割时间的关键因素有二个，一是掘进机破岩效率，二是排矸方式与时间。 以往我矿所使用的掘进机，大多生产能力小，切割功率小，破岩效率低，无法满足快速掘进的要求。中国科学院太原分院与平煤集团联合开发研制的 120型掘进机是针对平顶山矿区薄煤层掘进而进行设计改制的，它具有如下特点：机器性能稳定，事故率少，生产能力大，切割速度快，尤其是破岩效率远远高于其它掘进机，使用该型掘进机可有效地解决半煤岩巷掘进中的破岩问题。 排矸问题 分析：因我矿采煤运输系统与掘进运输系统共用大巷皮带与煤仓，采面生产实行“四六”制，即三班生产，一班检修，根据煤矸不能混运的要求，在采煤生产班，掘进工作面无法排矸，被迫停产，或者从皮带上将矸石卸下，待到集中排矸时，再装皮带运走。这样既费工又费时，根本无法组织快速掘进。要解决掘进中的排矸问题可偿试以下办法：与采煤“四六”制作业时间相同，在三个生产班，沿煤掘进，并永久支护完毕，利用检修班时间（相应缩短检修时间，固定排矸时间）退机切割底部岩石达到设计高度，在规定的时间里集中排矸，采用这种方案，能够较好地解决煤矸混运 问题，同时又能保证生产班正常进尺，为组织快速掘进创造了有利条件。但使用这种方案必须达到以下三个条件才能完成正规循环。一是，在检修班所给集中排矸时间里，三个生产班所余底部矸石，必须切割完毕并排出，否则无法组织第二天正规循环；二是，保证设备检修减少事故率，确保不因设备事故，影响检修班排矸；三是，改进掘进机运输皮带，保证掘进机退一次机就可以将三个生产班所余底部矸石切割至工作面。 设备事故影响分析：由于掘进机破岩时负荷大，相比之下增加了事故率，从而影响生产时间，对这一问题解决的办法是：加强司机操作技术培训，使其操作 熟练。同时，加强对掘进机的检修，建立严格的检修制度和责任追究制度，尽最大可能减少人为因素造成的事故。二是常用易损件配备充足，一但出现故障，可尽快排除，最大限度地减少影响时间。钻眼机具事故造成的影响可通过增加设备钻具及配件解决，要求工作面始终有完好的钻具备用。降低运输机事故，可通过落实严格的维修管理制度，得到保障。 外围系统分析：在组织快速掘进期间，需要各个相关部门的全力配合及各单位之间的相互协调、以确保设备、配件、材 料等及时供应和技术服务到位。为此，可以成立领导小组，协调各单位之间关系，定期召开会议，进行各阶段工作的布置与落实，以期达到不因外围服务不到位而使生产受到影响。 三、实施效果预测分析： 根据丁 6煤、戊 8煤顶板状况，最大控制顶距受作业规程的规定，限制在 ，每循环进尺量应在 右。改变以往支护参数，顶板采用等强树脂锚杆、两帮使用普通树脂锚杆，在确保支护安全和满足使用要求的情况下，锚杆间排距可扩大至 900 1000样既可节省每米巷道锚杆使用量，同时可减少支护时间，从而降低每循环作业时间。依据每 循环进尺量 每班可完成正规循环个数 3 个。因此，日进尺量为 月考虑到各种因素影响，按 25天组织正规循环，则月进尺可达到 405m。管理到位、各种事故影响降低之后，还可组织更多正规循环，月进尺可进一步提高。 使用 120织快速掘进方案 探讨与实施 开题报告 一、 研究的目的和意义 我矿目前已进入三水平：根据地质资料结合，已做巷道揭露情况分析，我矿主要开采煤层戊 8 与丁 6 煤存在以下特点：煤层变薄；地质构造增多；瓦斯含量增大，由于以上各种因素的限制使得目前我们综掘速度大大降 低，造成了前所未有的接替紧张局面，因此开展对综掘快速掘进施工工艺的研究已迫在眉睫。 目前，我矿所使用的掘进面已普遍老化事故率高是影响掘进速度的一个因素，另一方面随着煤层的变溥构造增多，掘进中需要破更多的矸石，而这些掘进机契约岩性能较差，是影响掘进速度的另一个重要因素。 120进机是中国煤炭科学院太原学院综合我国正在使用掘进机的优点，并结合煤层地质状况，研制的新型掘进机，它的明显优点是：机器性能稳定，事故率少；功率大切割速度快；尤其是破岩效率远远高于其它掘进机。 根据 120进机的性 能特点，研究与之相适应的作循环方式运输设备。钻具配置以及劳动组织是解决快速掘进的很好的办法。 该项目的研究成功不仅能较大地提高综掘单进水平，有效地缓解我矿接替紧张局面，埸重要的是为我矿以及其它兄弟单在类公似情况下，提供一套快速快进的方法。 二、 要研究内容和技术关键 1 研究内容： 调查、整理、预测、巷道地质及顶板压力情况，确定巷道支护形式，在使用 120型掘进时，在不同煤层不同顶底板岩性时所采用的作业循环方式，钻眼机具配备，劳动组织以及影响掘进速度的各种因素。调整各种设备性能及运输设备能力是否掘进配套 。 2 技术关键 寻求在不同的煤层地质情况下最佳作业循环方式，合理的机具配备及劳动组织，以获得最快的掘进速度。 三、 方案设计及采取的主要措施 因该运输系统与同采区采面出煤，为一个系统，受综采“四六”制作业的限制，每天只有三班作业时间，因此，提高日进尺的关键是，每小班完成正规循环数及每循环进尺量，为此我们设计了三种方案。 明确职责与分工，使各相关职通用单位密切配合，最大限制地减少人为因素对施工造成的影响。 主要实施措施： 1 成立领导小组，明确分工各负其责。 2 加强技术管理，开展各项调研工作，采取得力措施，保证正规作 业循环。 3 认真组织，精心管理，协调生产中出现的各种问题。 4 强化职工培训，提高职工的业务素质和操作水平。 5 精心选人员负责关键工作部位，确保各项工作达到或接近设计方案的要求。 6 组织责任心强人员，现场跟班写出实记录生产过程中的各种情况及所需数据。 7 制订机电运输制度，确保设备影响降到最低。 四、 技术经济效益和社会效益预测 该项技术的成功可使月单头掘进进尺提高 20 30%左右，从而可大大降低每条巷道的辅助费用，节省电费及租赁费用，具有较好的经济效益，同时，由于单进水平的提高，使得职工工资增加，工人积极性增加，队 伍稳定，再者，单进水平的提高有效地缓解了采掘接替紧张局面，使矿井生产稳定，经济效益持续良好，极大地稳定了全矿干部职工情绪，有利于社会安定。 五、 经费概算 新配备仿澳钻 5 台，包括打锚索用钻具，共需资金 15万元，与钻具租赁配备的部件、钎子、钻头共需 28 风钻 3 台，约 1 万元，煤电钻 2 台 2000 元与之相配套的零部件 3000元，锚索机具 2 套共需 其余各项需 2 万元，共需 六、 验地点，规模和进度安排 课题地点：丁 6 31060 风巷 课题承担单位：平煤一矿开拓科 课题负责人： 成员： 规 模及进度安排： 2009 年 2 月：组织人员研究实施方案； 2009 年 3 月 9 月现场实施； 2009 年 6 月 7 月资料整理、鉴定。 使用 120究报告 一、 工程概况： 丁 6 31060采面是在原设计工作面已掘巷道的基础上扩大延长而成，新设计的工作面走向长度 2950中可采走向长 1980m）工作面平均采高 作面可采储量 144万吨（见附图 1）。 这次使用 120型掘进机，组织快速掘进的试验地点为丁 6 31060 风巷，顺煤以里 900米处向里。 二、 地质概况： 丁 6 31060 工作面为一向北倾斜的单斜构造，沿更新向有宽缓的起伏，煤层倾角 3 ,平均 ,丁 6煤层厚度 平均为 度较稳定，采面内以小落差的正断层较为常见，走向一般为 差 工作面二叠系下统石盒子组，以中细粒砂岩含水层为主，其次为砂质泥岩，煤层底板岩石以深灰色泥岩为主，这些岩石的 F 值均在 4 左右，根据已做风、机巷揭露情况知，该采面落差为 层出现频繁，顶板部分段会遇到厚度 较坚硬的砂岩，掘进中 无顶板淋水和地板涌水现象，只有在揭露出较大落差断层裂隙时，才会出现淋水现象，对正常掘进无大的影响，本工作面里段瓦斯含量较大，给予快速掘进造成一定的影响。（附图 2） 三、 巷道断面及支护形式 根据该采面回采期间生产及通风要求，风巷设计断面为矩形，规格：宽高 =掘进中沿相形见绌煤顶板，由于煤层厚度平均 因此，掘进中，经常破底板岩石，上帮 帮 根据设计计算结合已施工的外段巷道经验，选定支护参数如下： 顶部 20 2000m 树脂锚杆，间排距 700 700根锚杆使用树脂 药卷 2 卷。 两帮：上帮 20 2000属管缝锚杆，间排距 500 700帮 41 1800排距 700700 顶部使用 41 4200梁与直径为 4钢笆网护顶两帮不使用锚梁，只使用金属网护帮。 因断面跨度大，为保证安全，沿巷道中心单布置一排锚索加固，间距 4m 锚索长度 6m (见附图 3)。 四、 设备配置： 破煤岩使用 120进机一台，该机主要性能如下： 钻眼机具现场配备，仿澳钻 3 台， 2台使用， 1 台备用，该钻机主要特点是，在岩石不太硬的情况下，钻具速度快，对 顶板围岩冲击震动小，有利于保护顶板围岩的完整性。28 风动凿眼机 3 台， 2 台使用， 1 台备用。该风钻主要特点是：在岩石较硬的情况下，打眼速度明显高于仿澳钻，但对围岩的冲击震动较快，因此正常情况下，顶板打眼使用仿澳钻，若遇到较为坚硬的砂岩时，则采用风钻打眼。 现场配备 2 台煤电钻，用来打两帮锚杆眼或配合搅拌器注顶板树脂锚杆。 运输采用 5 部胶带运输机，其运输能力完全可以满足120 掘进机切割煤量。丁水平丁一皮上进行三水平丁一煤仓，见附图 4。 五、 施工工艺 现场交接班检查安全隐患切割敲帮问顶打顶柱或 移锚杆前探梁临时支护打眼注锚杆永久支护顶板，刷 帮、打眼、锚帮进入下一个循环完成当班正规循环数掘进机拉皮带机尾安全、质量自检 在工作进行切割，打顶板锚杆眼的同时，一部分人员将支护材料，通过运输机底皮带运至工作面。 每天检修班时，有专职人员打顶板锚索。 六、 作业循环 每个正规循环的进尺量和每班完成正规循环个数，决定差日进尺的多少，而每个循环的最大进尺量受顶板岩性的限制，每班完成的正规循环数不受当班作业时间的制约。因此，选择最佳的每个循环不的进尺量和每班正规循环个数是关键技术问题：根据丁 6 煤层顶板岩性作业 规程规定，顶板破碎易掉矸时，最大控顶矩不大小 900常顶板情况下最大控顶距不大于 据这一要求在煤层正常设计了三种作业循环方式；一是，每班循环进尺 一排锚杆当班完成正规循环数 5 个，二是每循环进尺 二排锚杆）当班完成正规循环 3 个，三排锚杆）当班完成正规循环数 3 个，其循环图表，如附图 5、 6、 7。 从循环图表中可以，看出以下问题： 1 交接班时间：开工准备时间与自检时间基本稳定，对循环进尺及每班完成正规循环数影响不大。 2 顶板不好逐排进行时，平均每排 的切割时间及支护时间相应增长。 七、 劳动组织 采用“四六”制作业方式，三班生产，一班检修。（见附图 8）。 生产班：掘进机司机 1 人工作面支护工 9 人，运料工 3人，机电维修工 1 人，工程验收员 1 人，根据巷道远近及巷内设备数量适当增加辅助人员。 检修班： 10 人，负责各设备检修，确保生产班正常运转，延长皮带、电缆、管线等。 八、 各管理单位的具体措施与分工 1 开拓科全面负责技术管理：必须按时完成以下工作： 与地测科配合整理已做巷道地质资料，并进行分析预测剩余巷道地质状况，为掘进施工提供较为正确信息。 及时解决施工中遇到的新技术问 题，减少影响掘进时间。 编制和完善安全技术施工措施，制订工程质量监督制度。 负责巷道位移监测，并根据监测数据及时修改支护材料，支护参数及合理的循环进尺，确保巷道支护即安全又经济。 派专人现场跟踪写出实以下内容（顶板及煤层变化劳动组织，施工各工序所需时间，影响因素等）及时提出存总是及改进办法，同时监督方案的现场实施。 汇总整理各类资料，并认真分析总结出快速掘施工工艺。 2 开掘区负责完成以下工作 各种设备及配件的超前准备及协调使用，确保不影响生产。 成立机电设备检修小组，制订完善机电检修制度与综检队一起协助处理 井下机电事故，最大限度减少机电事故影响时间。 进行各种设备操作性能培训，保证工人能熟练操作各种设备。 各种材料的超前准备及正常供应，并协调组织生产。 3 施工队负责完成以下工作 全体领导班子要高度重视解放思想，做好宣传发动工作，调动职工积极性，全面配合确保各种技术方案的实施。 队内制订工资分配办法及奖罚机制。 配合开拓科、开掘区跟班写实，并及时汇报施工过程中遇到的问题。 调度室负责方案实施期间组织协调各类相关单位的报务配合等工作。 经营办负责方案实施期间所需材料的及时审批与采购保证材料按时到位。 机电科负责 方案实施期间电缆、开关等电器设备的及时供应，运输皮带超前准备。 通风区负责通风设备供应，制订瓦斯治理方案及措施，保证不因瓦斯超限影响施工。