一种长距离煤矿巷道顶管掘进方法技术

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，传动系统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、内部传动系统、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。本发明专利技术的优点：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。

A tunnel heading method for long distance coal mine

A pipe jacking method for long distance coal mine tunnel is adopted. By adopting the principle of pipe jacking, in order to ensure the long distance heading and internal disassembly and transportation, the following means are adopted: using the finite element analysis and theoretical calculation method, taking the sampling of the rock in the construction stratum, calculating the top force required for the construction, and designing the main roof mechanism. The design of the internal equipment of the mine pipe jacking machine is designed by modularization, and the tool for the pipe jacking machine can complete the tool change in the interior. The transmission system is assembled and disassembled inside, and the pipe jacking machine tools and the internal transmission is passed on. The dynamic system, the internal slag discharge pump, the hydraulic pump station and the relay cylinder are separated from the original equipment, and these components are removed from the inner tube and used for the next project. The advantages of the invention are: solving the problems of low success rate, slow construction speed, and unable to recover the head of the existing long distance pipe jacking tunneling in existing coal mines.

【技术实现步骤摘要】
一种长距离煤矿巷道顶管掘进方法
本专利技术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。
技术介绍
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、炮掘是利用打眼爆破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，但受到炸药性能、爆破技术、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、爆破效率低、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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，传动系统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、内部传动系统、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插入到前管节后止口内，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。本专利技术的优点：本专利技术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专利技术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本专利技术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，传动系统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、内部传动系统、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插入到前管节后止口内，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，本方法在本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，传动系统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、内部传动系统、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插入到前管节后止口内，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。...

【技术特征摘要】
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，传动系统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、内部传动系统、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插入到前管节后止口内，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝钊，王雷，王冠雄，张黎，朱玉芹，朱明亮，李佳彬，
申请(专利权)人：煤科集团沈阳研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21