採掘工作面破碎頂板超前支護工藝的製作方法

2023-12-10 03:18:21 1

專利名稱：採掘工作面破碎頂板超前支護工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及煤礦井下採場支護工藝，特別是一種用於頂板破碎帶及裂隙發育的複合頂板採掘工作面、超前護頂的採掘工作面破碎頂板超前支護工藝。
背景技術：
頂板災害作為影響礦井安全生產的五大自然災害之一，一直是事故多發環節。從煤礦安全事故案例統計來看，頂板事故約佔事故發生機率40％以上。
當煤層頂板破碎、裂隙發育、極易冒落時，會給生產造成很大困難，不僅給人身安全帶來威脅，而且嚴重影響採掘生產，給人力物力造成巨大損失。
傳統的採、掘生產過程中的頂板支護，大都採用頂板被揭露後再進行頂板支護的形式，頂板完整時，可在前探梁的掩護下在最短時間內實施支護，但在遭遇破碎頂板和複合頂板時，即使有前探梁的掩護，亦不能排除冒頂、傷人等事故的發生，滯後的支護給頂板支護帶來安全隱患，是一種被動的支護工藝。
在掘進迎頭，一般在放炮後頂板大都因破碎而冒落，即使在前探梁的掩護下，頂板仍有冒落的可能。尤其支護過程中受風鑽振動等外在因素影響，在破碎頂板下施工，仍存在人身安全隱患。在回採工作面，機組運行後，機道頂板被揭露，對已被揭露的機道頂板實施支護，同樣存在被動支護問題。所以，在破碎頂板被揭露、冒落前實施超前支護是頂板支護工作變被動為主動的首選。
在「採煤機械化經驗彙編」1974-1983(煤炭工業部生產司編)一書的第183頁，記載了開灤範各莊礦對綜採面破碎頂板超前控制方法——超前帶鐵棍法當頂板極破碎時，在每個支架頂梁的位置，距頂板200～300mm處打兩個3m深的眼，裡面插入直徑為24mm左右、長3m的鐵棍，推移支架將鐵棍託住，以控制破碎頂板；或在眼內插入一根木錨杆，在兩木錨杆間安設鐵套，鐵套可在木錨杆上滑動，然後在支架頂梁至鐵套間架設大木板或圓柱。該書第250、444頁記載了大同礦務局相同的超前支護方法向煤壁打眼，插入直徑28～32mm、長2.5m的圓鋼。這種打小鑽孔、插細鐵棍的超前支護，雖然能初步解決由被動支護變主動支護問題，但支承強度低，穩定性、可靠性較差。
對於破碎頂板的超前控制，還有固結頂板方法，即通過超前鑽孔向破碎頂板注入固結劑，固結煤、巖層，從而提高頂板巖層穩定性。固結劑有水泥類、聚氨酯及脲醛樹脂類等。這種方法需要專用設備，施工複雜，成本高。

發明內容
為了克服現有採掘工作面破碎頂板支護支承強度低、穩定性差的不足，本發明提供一種採掘工作面破碎頂板超前支護工藝，該工藝不僅能實現破碎頂板在被揭露前即進行超前支護、使超前支護變被動為主動，而且能提高支承強度及穩定性、可靠性；同時基本利用現有鑽具，操作簡便，簡單實用，效果明顯。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是採掘工作面破碎頂板超前支護工藝的操作方法如下①在採掘工作面破碎頂板處，貼近頂板，避開正規支護，根據孔間距，於工作面煤壁上，定出鑽孔位置。
②在煤層頂板被採掘作業揭露前，由普通礦用電鑽或風鑽驅動，用大直徑鑽頭進行溼式打眼。鑽頭直徑要略大於前探梁橫斷面外接圓直徑，孔深大於循環進尺。
③打眼後，將前探梁插入打好的前探孔中，插至孔底。
④將前探梁的孔外的一端，進行支護或固定；同時，將前探梁的孔外的末端用方木或/和木楔背緊。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案還可以是該超前支護工藝用的大直徑鑽頭是大直徑錐體鑽頭，該鑽頭前半部是鑲嵌硬質合金刀片的大直徑錐體，鑽頭後半部有螺旋葉片。鑽頭配用的鑽杆，其主體是礦用六稜空心鋼釺杆、釺尾是水式釺尾。驅動用電鑽或風鑽，採用通用的煤電鑽或風煤鑽。大直徑錐體鑽頭直徑的典型尺寸為130±3mm。
在該超前支護工藝中，鑽出的前探孔與頂板成上仰角2～3°。
在該超前支護工藝中，對於掘進工作面，前探梁孔外一端的支護或固定，是用吊梁器固定到頂板錨杆上，即將吊梁器套在前探梁上，再用螺母將吊梁器固定於錨杆下端露出的螺紋上。放炮之後，要重新加固前探梁。
在該超前支護工藝，對於採煤工作面，前探梁的孔外一端的支護或固定，是採用單體支柱將前探梁支撐。
在該超前支護工藝中，前探孔的孔深、即前探梁探入長度，超出循環進尺200mm±100mm為宜。
該超前支護工藝所用的前探梁可採用π型鋼、礦用工字鋼、鉸接頂梁等。
本發明與現有技術相比具有如下優點①該工藝不僅能實現採掘工作面破碎頂板在被採掘作業揭露前即進行超前護頂控制、使超前支護變被動為主動，而且實現了比現有用細鐵棍、木錨杆支護更加穩定、可靠的超前支護，使超前支護的支承強度大大提高。從而使採掘工作面的二次支護的安全性得到可靠的提高，避免或減少冒頂事故發生。
②由於有效地避免或減少冒頂事故，使採掘生產進度和正規循環作業得到保證；減少大量人力物力的投入和消耗，提高工效，降低噸煤成本；減少矸石排運量，提高煤炭質量；減少因運矸導致刮板輸送機斷鏈等機械故障。
③工藝簡單實用，操作簡便，效果明顯。大直徑錐體鑽頭結構簡單，取材方便，易加工，安裝使用方便，經久耐用。


圖1本發明掘進迎頭破碎頂板超前護頂支護的示意2前探梁吊梁器的結構示意圖軸測3大直徑錐體鑽頭的結構示意4本發明採煤工作面破碎頂板超前護頂支護的示意5圖4中的A-A剖視中1-前探梁、2-方木、3-吊梁器、5-梁框、6-槽孔、7-合金刀片、8-導水孔、9-中心孔、10-大直徑錐體、11-螺杆軸、12-螺旋葉片、13-螺孔、14-正規支護頂梁、15-正規支護單體支柱、16-工作面輸送機、17-單體支柱具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
實施例1圖1示出本發明掘進迎頭破碎頂板超前護頂支護工藝，其操作方法如下①首先在巷道輪廓線上，定出前探梁(1)、即鑽孔的位置。點眼時，要使巷道頂部支護錨杆(4)成一條直線，而為前探梁(1)打的鑽孔在其旁邊。鑽孔的間距、即前探梁(1)架數根據巷道斷面大小而定，一般巷道寬度在3m以下時，用兩組；3m以上時用三組。
②用大直徑錐體鑽頭打眼，打眼的方向要和頂板線成上仰2～3°的角，以便前探梁鑲入頂板時成上仰狀態以增強對頂板的支護強度。打眼深度比循環進尺要超出200±100mm。大直徑錐體鑽頭的直徑應略大於前探梁(1)。鑽頭過大，造成前探梁(1)活動間隙增加，升柱時需用多塊方木造成材料浪費且前探梁(1)不牢固；鑽孔過小，前探梁(1)插入困難。對於前探梁(1)常用的π型鋼、礦用工字鋼，鑽頭直徑以130±3mm為宜。大直徑錐體鑽頭後端聯接鑽杆主體，鑽杆主體後端聯接水式釺尾，釺尾由電煤鑽或風煤鑽驅動，進行溼式打眼。
打眼操作步驟a.安好風煤鑽或電煤鑽、水式釺尾、鑽杆、大直徑錐體鑽頭，並依次擰緊。b.對好眼位，調整好角度，點開啟動，在鑽頭進入煤體的同時打開水閥，兩人扶鑽一人推鑽。
③將前探梁(1)插入打好的前探孔中，要插到孔的底部。前探梁(1)可採用π型鋼、礦用工字鋼或鉸接頂梁等。前探梁(1)的長度要合適，一般應為循環進尺+錨杆排距+400mm的餘量。
④將前探梁吊梁器(3)套在前探梁(1)上，使吊梁器(3)上的槽孔(6)安裝在迎頭第一排或第二排錨杆(4)下端的外露螺紋上，用螺帽上緊吊梁器(3)。同時用方木(2)或木楔將前探梁(1)後端背牢。方木(2)的作用是使前探梁(1)被吊裝後其前端在前探孔中翹起、接頂牢固。
⑤放炮後重新加固好前探梁(1)，在前探梁(1)的掩護下扒出迎頭的碴子，對頂板進行正規支護。
2002年4月在汶南煤礦41104東上平巷的掘進施工中，掘至7#點時，迎頭頂板裂隙發育嚴重，極易冒落，開始對本發明進行試驗性應用。首先在十一層煤與頂板結合部按2～3°的切向方位，沿走向均布施工3～4個鑽孔，鑽孔深度較規程要求的班進循環進度深100～200mm，然後探入礦用工字鋼或π型鋼作前探梁，前探梁末端與迎頭頂板前排錨杆聯接固定。從現場使用情況來看，炮後頂板的冒落得到了有效控制。
在圖2中示出的吊梁器(3)為方形偏心多位吊梁器。吊梁器的梁框(5)為長方形，其固定板上有槽孔(6)。槽孔(6)的作用是把吊梁器(3)安到錨杆(4)下端外露螺紋上、用螺母固定；槽孔(6)為長條形可增加吊梁器(3)的可調性。吊梁器(3)也可以是圓形偏心多位吊梁器，即其梁框為圓環形。吊梁器用厚度8～12mm的鋼板製作。
在圖3中示出大直徑錐體鑽頭的結構。鑽頭的前半部為大直徑錐體(10)，呈圓錐體狀，在大直徑錐體(10)上均布三條凹槽，凹槽內鑲嵌並焊接硬質合金刀片(7)；在大直徑錐體(10)後部有一個中心孔(9)；在錐體高度的約1/2處，均布有三個由錐面到錐體重心的導水孔(8)、與中心孔(9)相通。鑽頭的後半部為直徑130±3mm的螺旋葉片(12)，螺旋葉片(12)焊在螺杆軸(11)上。螺杆軸(11)前端與大直徑錐體(10)連為一體；螺杆軸(11)的中心孔，與錐體的中心孔(9)為同一加工孔；螺杆軸(11)尾端中心有內螺孔(13)，用於與鑽杆聯接。
大直徑錐體鑽頭的主體用優質中碳鋼加工。鑽頭主體由錐形鋼體與圓鋼焊接一體構成，然後進行機械加工，前端加工成圓錐體，並加工出三條凹槽，在凹槽內鑲嵌並焊接刀片，在後端加工一個深至圓錐體內的中心肓孔，並從錐高約1/2處任一位置、由錐面向錐體重心加工均布的三個導水孔與中心孔連通，尾部加工出M20的內螺紋，在鑽頭後半部圓鋼上焊接螺旋葉片。
鑽頭後面聯接的鑽杆，其主體採用礦用六稜空心鋼加工，鑽杆長度依據孔深需要決定；鑽杆主體後面的釺尾，採用成品水式釺尾。風煤鑽或電煤鑽與釺尾的聯接、釺尾與鑽杆的聯接、鑽杆與鑽頭的聯接，均採用螺紋聯接。採用螺紋聯接，實用、方便、快捷。
實施例2圖4、5示出本發明採煤工作面破碎頂板超前支護工藝，其操作方法如下
①在採煤面正規支柱(15)空檔內，先選好鑽孔位置、即前探梁(1)位置貼工作面頂部；鑽孔的間距、即前探梁(1)的架間距(L)，根據頂板的破碎程度而定；頂板冒落較嚴重時控制在1m左右，頂板稍微好時可以稍大點。
②按與頂板成α＝2～3°的仰角方向，用大直徑錐體鑽頭打眼，孔深(h)應比循環進尺超出200mm左右。大直徑錐體鑽頭直徑為130±3mm，配礦用六稜空心鋼鑽杆、水式釺尾，用煤電鑽或風煤鑽驅動，進行溼式打眼。
③打完眼後將前探梁(1)前探到孔底，外端用方木(2)墊好，最後用單體支柱(17)將前探梁(1)頂牢。
其具體內容與實施例1基本相同，不再詳述。圖中其餘有正規支護頂梁(14)、工作面輸送機(16)。
2002年5月，在施工汶南煤礦41103東工作面時，由於複合頂較厚，頂板破碎，極易冒落，決定在該面採用本工藝超前護頂。在機道煤與頂板結合部，按1.4m均勻布置鑽孔，然後使用π型鋼作前探梁進行超前支護，使機組割煤後的機道頂板冒落得到了有效控制。
權利要求
1.一種採掘工作面破碎頂板超前支護工藝，其操作方法如下①在採掘工作面破碎頂板處，貼近頂板，避開正規支護，根據孔間距，於工作面煤壁上，定出鑽孔位置；②在煤層頂板被採掘作業揭露前，由普通礦用電鑽或風鑽驅動，用大直徑鑽頭進行溼式打眼；鑽頭直徑要大於前探梁的橫斷面外接圓直徑，孔深大於循環進尺；③打眼後，將前探梁(1)插入打好的前探孔中，插至孔底；④將前探梁(1)的孔外的一端，支護或固定；同時，將前探梁(1)的孔外的末端用方木(2)或/和木楔背緊。
2.根據權利要求1所述的採掘工作面破碎頂板超前支護工藝，其特徵在於所說的大直徑鑽頭是大直徑錐體鑽頭，該鑽頭前半部是鑲嵌硬質合金刀片(7)的大直徑錐體(10)，鑽頭後半部有螺旋葉片(12)；鑽頭配用的鑽杆，其主體是礦用六稜空心鋼、釺尾是水式釺尾；驅動用的電鑽或風鑽是煤電鑽或風煤鑽。
3.根據權利要求2所述的採掘工作面破碎頂板超前支護工藝，其特徵在於所說的大直徑錐體鑽頭，其直徑為130±3mm。
4.根據權利要求1所述的採掘工作面破碎頂板超前支護工藝，其特徵在於所說的前探孔與頂板成上仰角2～3°。
5.根據權利要求1所述的採掘工作面破碎頂板超前支護工藝，其特徵在於所說的採掘工作面是掘進工作面，所說的前探梁(1)孔外一端的支護或固定是用吊梁器(3)固定到頂板錨杆(4)上，即將吊梁器(3)套在前探梁(1)上，再用螺母將吊梁器(3)固定於錨杆(4)下端露出的螺紋上；放炮後，重新加固前探梁(1)。
6.根據權利要求1所述的採掘工作面破碎頂板超前支護工藝，其特徵在於所說的採掘工作面是採煤工作面，所說的前探梁(1)的孔外一端的支護或固定是用單體支柱(17)將前探梁(1)支撐。
7.根據權利要求1所述的採掘工作面破碎頂板超前支護工藝，其特徵在於所說的前探孔的孔深、即前探梁(1)探入長度，超出循環進尺200mm±100mm。
8.根據權利要求1所述的採掘工作面破碎頂板超前支護工藝，其特徵在於所說的前探梁(1)是π型鋼、礦用工字鋼。
9.根據權利要求1所述的採掘工作面破碎頂板超前支護工藝，其特徵在於所說的前探梁(1)是鉸接頂梁。
全文摘要
一種採掘工作面破碎頂板超前支護工藝，操作如下①貼近頂板，避開正規支護，定出鑽孔位置。②在頂板被揭露前，由煤電鑽或風煤鑽驅動，用大直徑錐體鑽頭進行溼式打眼；鑽頭直徑大於前探梁橫斷面外接圓直徑，孔深大於循環進尺。③將作前探梁的π型鋼、工字鋼或鉸接頂梁插入前探孔中。④將前探梁的孔外一端支護或固定，同時將前探梁孔外末端用方木、木楔背緊。該工藝不僅能實現破碎頂板在被揭露前即進行的超前護頂控制、使超前支護由被動變主動，而且提高了超前支護的支承強度、穩定性和可靠性。工藝簡單實用，操作簡便，能有效地避免或減少冒頂事故發生。大直徑錐體鑽頭結構簡單，取材方便，易加工，安裝使用方便，經久耐用。
文檔編號E21D17/00GK1580491SQ0313896
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月1日 優先權日2003年8月1日
發明者張聖國, 劉篤鴻, 王孝勇 申請人:新汶礦業集團汶南煤礦有限責任公司