CN108035730A - 一种长距离煤矿巷道顶管掘进方法 - Google Patents
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Abstract
一种长距离煤矿巷道顶管掘进方法，采用顶管施工原理，为保障顶管长距离掘进和能够内部拆卸、运输，采用以下手段：利用有限元分析及理论计算方法，对待施工地层的岩石进行取样，计算施工所需顶力，设计主顶机构，并对中继间布置，配合注浆减摩技术，实现单次长距离顶管掘进；对矿用顶管机内部设备采用模块化设计，顶管机各刀具可以在内部完成换刀，传动***在内部完成组装和拆卸，顶管机掘进到达目的地后，将顶管机刀具、内部传动***、内部排渣泵、液压泵站及中继间油缸与原有设备外壳脱离，将这些组件从内管体内部搬出，用于下次工程使用。本发明的优点：解决了现有煤矿巷道长距离顶管掘进施工成功率低、施工速度慢、机头无法回收等难题。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿行业井下巷道掘进领域，特别涉及了一种长距离煤矿巷道顶管掘进方法。
背景技术
目前，煤矿小断面巷道的掘进方法主要有两种：一、人工炮掘，二、综掘机掘进，这两种掘进方法都有自身的局限性。
其一、炮掘是利用打眼***的方式将岩石破碎下来的掘进方法。小断面巷道掘进技术还是以人工炮掘为主，炮掘适用性强，前期需要的设备少，但受到***性能、***技术、施工手段等条件的限制，施工进度一直处于一定的限度之内，尤其是针对断面小、岩石硬度高的巷道，人工炮掘易出现安全性低、打眼速度慢、***效率低、劳动强度大、出矸困难等问题。
其二、综掘机也被用于煤矿巷道的掘进施工，但综掘机需要通过自身的重量平衡作业面的切削力，所以机重较重，体积较大，不便于下井等局限性，并不适用于掘进小于10平方米的断面，尤其是掘进岩石较硬的岩巷时，综掘机掘进效率低、截齿磨损厉害、经济效益低。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述问题，特提供了一种长距离煤矿巷道顶管掘进方法。
本发明提供了一种长距离煤矿巷道顶管掘进方法，其特征在于：所述的长距离煤矿巷道顶管掘进方法，采用顶管施工原理，为保障顶管长距离掘进和能够内部拆卸、运输，采用以下手段：
利用有限元分析及理论计算方法，对待施工地层的岩石进行取样，计算施工所需顶力，设计主顶机构，并对中继间合理布置，配合优质的注浆减摩技术，能够实现单次长距离顶管掘进。
对矿用顶管机内部设备采用模块化设计，顶管机各刀具可以在内部完成换刀，传动***在内部完成组装和拆卸，顶管机掘进到达目的地后，将顶管机刀具、内部传动***、内部排渣泵、液压泵站及中继间油缸与原有设备外壳脱离，将这些组件内管体内部搬出，用于下次工程使用，将设备外壳留在已有巷道中，作为支护材料。
长距离煤矿巷道顶管掘进方法需要预先施工工作硐室，工作硐室尺寸为10m*8m*6m，该施工硐室主要布置主顶装置，是顶管掘进机的主要工作场所。顶管机其余所需的辅助设备，布置于已经掘进完成的辅助巷道中，并需在辅助巷道中需先挖出沉淀池和泥浆池，同时，将皮带连接到泥水分离器处，在工作硐室旁，设置一台载重为15吨的绞车，用于牵引各设备到目的地，工作硐室图如附图1所示。
随着机头顶进巷道后，需要随机头顶入工具管、中继间、排渣泵管及顶管管节，具体如附图2所示。这些管节都采用承插连接，后一节管节的前止口***到前管节后止口内，通过密封圈对其进行密封。由于长距离掘进，矿用顶管掘进装备需要多次换刀，而刀具质量较重，换刀人员从洞口搬入到机头内部的难度较大，因此，在机头后部紧跟2根工具管，在工具管内部布置备用刀具、维护工具、润滑设备及制冷设备。
长距离顶管掘进对顶管的总推力要求较高，如果只增大主顶推力，会超过管节的破坏极限，所以为了弥补长距离顶力不足的问题，在管节之间合适的位置增加中继间装置，而如何控制中继间的合理的位置是矿用顶管施工的关键因素，传统的顶管施工方式是根据施工经验，每隔50米～100米放置一处中继间，但是这种放置方式忽略了地层条件不同对顶管阻力的影响，造成了中继间顶力的浪费。本方法采用智能控制技术，对顶管各区间段顶力进行测量和分析，在合理的位置放置中继间，使得充分发挥每个中继间的顶力，并且节约了顶进时间。
煤矿顶管掘进一般采用泥水平衡方式，随着顶进距离的延长，排渣泵和进水泵会出现能量不足等问题，本方法在工具管内部布置了中继排渣泵和中继进水泵，由于工具管内空间较为紧张，采用壁厚较薄的钢管布置中继排渣泵和中继进水泵，能够使得在工具管内部留有更多的工作空间，使得操作人员在工具管内部操作更为方便。
注浆减阻是减少沿途阻力的重要环节，本方法采用注浆智能控制模块，在每个注浆点都安装了电控球阀，并且在管壁上安装了压力传观器，控制单元将各压力传感器测得的数据进行处理，绘制出管壁外注浆压力云图，并对浆液欠缺的地方控制电动球阀及时补浆，使得整体管节的泥浆套完整，最大程度减少长距离顶进的沿途阻力。
长距离矿用顶管掘进施工一般为盲孔作业，煤矿无法在目的地施工接收巷道，传统的顶管施工工艺不能将掘进机头取出，本方法开发了一种设有外壳扩径结构的机头，专门用于此种非常规用途，机头装备的外壳和内部壳体通过螺栓连接，机头外壳与成孔巷道的外径相同，达到要求的掘进长度后，将机头外壳和内部壳体连接的螺栓拧开，然后将机头和内部壳体整个被拖回始发井，但外壳仍然留在巷道中，作为支护材料，这种方法能够很好地解决盲孔巷道无法回收机头的难题，最大程度地提高了工作效率。
本发明的优点：
本发明所述的长距离煤矿巷道顶管掘进方法，针对煤矿硐室施工、中继间布置、注浆减摩及机头回收等提出了新方法，解决了现有煤矿巷道长距离顶管掘进施工成功率低、施工速度慢、机头无法回收等难题。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为矿用顶管施工流程图；
图2为具有扩径结构的机头示意图；
图3为具有测注浆压力孔和注浆孔的管节示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种长距离煤矿巷道顶管掘进方法，其特征在于：所述的长距离煤矿巷道顶管掘进方法，采用顶管施工原理，为保障顶管长距离掘进和能够内部拆卸、运输，采用以下手段：
利用有限元分析及理论计算方法，对待施工地层的岩石进行取样，计算施工所需顶力，设计主顶机构，并对中继间合理布置，配合优质的注浆减摩技术，能够实现单次长距离顶管掘进。
对矿用顶管机内部设备采用模块化设计，顶管机各刀具可以在内部完成换刀，传动***在内部完成组装和拆卸，顶管机掘进到达目的地后，将顶管机刀具、内部传动***、内部排渣泵、液压泵站及中继间油缸与原有设备外壳脱离，将这些组件内管体内部搬出，用于下次工程使用，将设备外壳留在已有巷道中，作为支护材料。
长距离煤矿巷道顶管掘进方法需要预先施工工作硐室，工作硐室尺寸为10m*8m*6m，该施工硐室主要布置主顶装置，是顶管掘进机的主要工作场所。顶管机其余所需的辅助设备，布置于已经掘进完成的辅助巷道中，并需在辅助巷道中需先挖出沉淀池和泥浆池，同时，将皮带连接到泥水分离器处，在工作硐室旁，设置一台载重为15吨的绞车，用于牵引各设备到目的地，工作硐室图如附图1所示。
随着机头顶进巷道后，需要随机头顶入工具管、中继间、排渣泵管及顶管管节，具体如附图2所示。这些管节都采用承插连接，后一节管节的前止口***到前管节后止口内，通过密封圈对其进行密封。由于长距离掘进，矿用顶管掘进装备需要多次换刀，而刀具质量较重，换刀人员从洞口搬入到机头内部的难度较大，因此，在机头后部紧跟2根工具管，在工具管内部布置备用刀具、维护工具、润滑设备及制冷设备。
长距离顶管掘进对顶管的总推力要求较高，如果只增大主顶推力，会超过管节的破坏极限，所以为了弥补长距离顶力不足的问题，在管节之间合适的位置增加中继间装置，而如何控制中继间的合理的位置是矿用顶管施工的关键因素，传统的顶管施工方式是根据施工经验，每隔50米～100米放置一处中继间，但是这种放置方式忽略了地层条件不同对顶管阻力的影响，造成了中继间顶力的浪费。本方法采用智能控制技术，对顶管各区间段顶力进行测量和分析，在合理的位置放置中继间，使得充分发挥每个中继间的顶力，并且节约了顶进时间。
煤矿顶管掘进一般采用泥水平衡方式，随着顶进距离的延长，排渣泵和进水泵会出现能量不足等问题，本方法在工具管内部布置了中继排渣泵和中继进水泵，由于工具管内空间较为紧张，采用壁厚较薄的钢管布置中继排渣泵和中继进水泵，能够使得在工具管内部留有更多的工作空间，使得操作人员在工具管内部操作更为方便。
注浆减阻是减少沿途阻力的重要环节，本方法采用注浆智能控制模块，在每个注浆点都安装了电控球阀，并且在管壁上安装了压力传观器，控制单元将各压力传感器测得的数据进行处理，绘制出管壁外注浆压力云图，并对浆液欠缺的地方控制电动球阀及时补浆，使得整体管节的泥浆套完整，最大程度减少长距离顶进的沿途阻力。
长距离矿用顶管掘进施工一般为盲孔作业，煤矿无法在目的地施工接收巷道，传统的顶管施工工艺不能将掘进机头取出，本方法开发了一种设有外壳扩径结构的机头，专门用于此种非常规用途，机头装备的外壳和内部壳体通过螺栓连接，机头外壳与成孔巷道的外径相同，达到要求的掘进长度后，将机头外壳和内部壳体连接的螺栓拧开，然后将机头和内部壳体整个被拖回始发井，但外壳仍然留在巷道中，作为支护材料，这种方法能够很好地解决盲孔巷道无法回收机头的难题，最大程度地提高了工作效率。
本方法已应用于具体矿的排水石门巷道施工中，施工长度1200米，通过本方法的中继间布置、注浆智能补浆等策略，总顶力控制很好，成功完成1200米施工工程，并通过机头可拆卸扩径结构，将机头从管节内部拉出，实验结果可以达到设计要求，极大地改善了工人的劳动环境，提高了小断面巷道的掘进速度。
Claims (4)
1.一种长距离煤矿巷道顶管掘进方法，其特征在于：所述的长距离煤矿巷道顶管掘进方法，采用顶管施工原理，为保障顶管长距离掘进和能够内部拆卸、运输，采用以下手段：
利用有限元分析及理论计算方法，对待施工地层的岩石进行取样，计算施工所需顶力，设计主顶机构，并对中继间布置，配合注浆减摩技术，实现单次长距离顶管掘进；
对矿用顶管机内部设备采用模块化设计，顶管机各刀具可以在内部完成换刀，传动***在内部完成组装和拆卸，顶管机掘进到达目的地后，将顶管机刀具、内部传动***、内部排渣泵、液压泵站及中继间油缸与原有设备外壳脱离，将这些组件从内管体内部搬出，用于下次工程使用，将设备外壳留在已有巷道中，作为支护材料；
长距离煤矿巷道顶管掘进方法需要预先施工工作硐室，工作硐室尺寸为10m*8m*6m，该施工硐室主要布置主顶装置，是顶管掘进机的主要工作场所；顶管机其余所需的辅助设备，布置于已经掘进完成的辅助巷道中，并需在辅助巷道中需先挖出沉淀池和泥浆池，同时，将皮带连接到泥水分离器处，在工作硐室旁，设置一台载重为15吨的绞车，用于牵引各设备到目的地；
随着机头顶进巷道后，需要随机头顶入工具管、中继间、排渣泵管及顶管管节；这些管节都采用承插连接，后一节管节的前止口***到前管节后止口内，通过密封圈对其进行密封；长距离掘进，矿用顶管掘进装备需要多次换刀，在机头后部紧跟两根工具管，在工具管内部布置备用刀具、维护工具、润滑设备及制冷设备。
2.按照权利要求1所述的长距离煤矿巷道顶管掘进方法，其特征在于：所述的长距离煤矿巷道顶管掘进方法采用智能控制技术，对顶管各区间段顶力进行测量和分析，放置中继间，使得充分发挥每个中继间的顶力，节约顶进时间；在工具管内部布置了中继排渣泵和中继进水泵，由于工具管内空间较为紧张，采用壁厚较薄的钢管布置中继排渣泵和中继进水泵，能够使得在工具管内部留有更多的工作空间，使得操作人员在工具管内部操作更为方便。
3.按照权利要求1所述的长距离煤矿巷道顶管掘进方法，其特征在于：所述的长距离煤矿巷道顶管掘进方法，注浆减阻是减少沿途阻力的重要环节，采用注浆智能控制模块，在每个注浆点都安装了电控球阀，并且在管壁上安装了压力传观器，控制单元将各压力传感器测得的数据进行处理，绘制出管壁外注浆压力云图，并对浆液欠缺的地方控制电动球阀及时补浆，使得整体管节的泥浆套完整，最大程度减少长距离顶进的沿途阻力。
4.按照权利要求1所述的长距离煤矿巷道顶管掘进方法，其特征在于：所述的长距离煤矿巷道顶管掘进方法，长距离矿用顶管掘进施工为盲孔作业，煤矿无法在目的地施工接收巷道，传统的顶管施工工艺不能将掘进机头取出，采用设有外壳扩径结构的机头，专门用于此种非常规用途，机头装备的外壳和内部壳体通过螺栓连接，机头外壳与成孔巷道的外径相同，达到要求的掘进长度后，将机头外壳和内部壳体连接的螺栓拧开，然后将机头和内部壳体整个被拖回始发井，但外壳仍然留在巷道中，作为支护材料。
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