錨桿支護巷道隨掘鉆探一體化研究.pdf

1、目前國內(nèi)煤礦掘進巷道的永久支護憑經(jīng)驗設(shè)計，巷道頂板的巖性及巖層結(jié)構(gòu)不能及時探明，使永久支護設(shè)計不能隨頂板情況而及時變更，有時因為支護強度不夠而造成頂板事故，有時支護強度過剩造成浪費，降低了掘進速度和效益。巷道的錨桿（索）支護率已達80％左右，需要不斷地鉆孔和安裝錨桿（索）對新暴露的圍巖進行支護。另外在巷道掘進過程中，經(jīng)常會遇到瓦斯突出、復(fù)合頂板、地下水、堅硬難截割巖層、斷層等復(fù)雜地質(zhì)條件，需要鉆孔放炮或鉆探。
　　針對上述現(xiàn)狀，本

2、文提出隨掘鉆探一體化思路，即以懸臂式掘進機為支撐平臺，使懸臂式掘進機具有錨桿支護、地質(zhì)鉆探等更多的功能，將先進的鉆探一體化鉆機與懸臂式掘進機相結(jié)合，實現(xiàn)掘進巷道安全高效快速。
　　論文研究的主要工作如下:
　　(1)對目前國內(nèi)外巷道掘進中使用的各種鉆機進行分析比較，提出隨掘鉆探一體化思路，即以懸臂式掘進機為支撐平臺，設(shè)計與懸臂式掘進機相配套的鉆探一體化鉆機，具有隨掘錨桿支護、炮眼鉆鑿、瓦斯超前釋放鉆孔、巖性探測和地質(zhì)鉆孔等鉆

3、進的多種功能。
　　(2)分析了單體液壓錨桿鉆機的結(jié)構(gòu)原理，基于能量法頂板巖層可鉆性的探測原理推導(dǎo)出液壓錨桿鉆機各參數(shù)的計算公式，進一步推導(dǎo)出液壓錨桿鉆機破碎比功的計算公式，通過檢測破碎比功即可判定巖石的單向抗壓強度，得到破碎比功主要取決于馬達進油量、馬達進油壓力和給進液壓缸的進油流量三個參數(shù)的結(jié)論。提出了通過檢測液壓錨桿鉆機液壓系統(tǒng)的油壓和流量來推算頂板不同層位巖層的強度和巖層對應(yīng)厚度的方法，為巷道頂板動態(tài)支護設(shè)計提供地質(zhì)依據(jù)。

4、
　　(3)本文研究發(fā)現(xiàn):巷道頂板的堅固性系數(shù)在巖層分界面處發(fā)生階躍變化、在離層或軟弱夾層處發(fā)生脈沖變化，對應(yīng)到錨桿鉆機的液壓系統(tǒng)中的壓力和流量參數(shù)也隨之發(fā)生階躍突變和脈沖突變。對單體液壓錨桿鉆機的動態(tài)特性進行分析，建立了鉆機的給進油缸和馬達的動態(tài)特性數(shù)學(xué)模型，重點對給進油缸的動態(tài)特性進行分析。得出以下結(jié)論:鉆機在鉆進頂板巖層的過程中，在巖層分界面處給進油缸的進油量會發(fā)生階躍突變，在離層或軟弱夾層處油缸的進油量會發(fā)生脈沖突變。

5、r>　　(4)試驗?zāi)M巖層的制作:從礦井現(xiàn)場采掘工作面采集典型巖石標(biāo)本，然后將巖石標(biāo)本鑲嵌在混凝土中，再用黃泥及混凝土等材料制作不同強度的模擬巖層。制作了各巖層的試塊并做單向抗壓試驗。
　　(5)研制構(gòu)建了頂板巖層可鉆性探測試驗系統(tǒng)，運用流量變送器和壓力變送器同步、連續(xù)、密集檢測液壓錨桿鉆機鉆進巖層時液壓系統(tǒng)內(nèi)各處的油壓和流量值，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電壓值傳輸?shù)絅IUSB-6009數(shù)據(jù)采集卡。用LABVIEW軟件編程顯示各流量和壓力變化