[00650048]煤矿岩巷全断面高效掘进关键技术与装备

煤矿生产一直遵循“采掘并举，掘进先行”的方针。国有重点煤矿每年岩巷掘进工程量在2000公里以上，95%以上岩巷施工采用钻爆法，月进尺多在60～80m，突出问题是炮眼利用率低、周边成型差。近年来，岩巷掘进机在少数煤矿得到了一定应用，但在中硬以上岩层施工中表现出能耗大、故障率高、效率低。岩巷施工中凿岩、支护、排矸等环节仍普遍存在机械化程度低、安全性差、劳动强度大等问题，严重制约了岩巷施工效率。该项目围绕岩巷施工的精细化爆破理论、关键工艺技术、装备配套等核心难题进行了10多年攻关研究，取得了如下创新成果：开发了爆破荷载动焦散线测试系统、岩石爆破破碎过程数值仿真系统，综合运用多种研究方法，系统揭示了爆破裂纹动态断裂力学特征参数变化规律和爆破破岩机理，实现了对爆破裂纹扩展过程的精确描述，建立了岩巷精细化爆破基础理论。提出了“准楔形复式掏槽爆破技术”，研发了控制巷道周边成型的“聚能药卷定向断裂爆破技术”，形成了岩巷全断面准楔形复式掏槽聚能药卷定向断裂控制爆破技术体系，周边半眼痕率达90%以上，炮眼利用率达95%以上，较传统光面爆破的周边眼间距提高50%以上、炮眼数减少20%、炸药消耗量减少30%；提出了深孔预裂松动爆破综掘技术，解决了岩巷掘进机在中硬岩层施工中效率低等问题。研制了具有自主知识产权的多功能自移式液压钻车、破装运喷一体机，在机械布置、液压传动装置和控制系统等方面进行了创新设计，实现了岩巷全断面、全方位顶帮锚杆、锚索支护以及不同深度炮眼的安全快速施工和一机多能作业，解决了岩巷爆破的大块岩石破碎、排矸、喷浆、水沟挖掘和顶帮修整等工序的综合机械化配套问题，凿岩时间减少60%，支护时间缩短50%，远距离湿式喷浆使回弹率控制在10%以下。提出了煤矿岩巷全断面一次成巷作业模式，运用爆破新技术、液压钻车与破装运喷一体机，形成了岩巷全断面顶帮锚、网、索的一体化承载支护体系，解决了制约岩巷施工的关键工艺技术问题，提高了岩巷施工机械化水平，改善了施工环境，确保了岩巷施工质量。实现了大断面岩巷钻爆法施工平均月进130米以上、最高月进160米，岩巷掘进机作业线平均月进230米以上。获得授权国家发明专利5项、实用新型专利8项、软件著作权登记2项；出版专著、教材2部；在学术核心期刊和国际学术会议发表论文61篇（其中EI收录27篇）；项目的核心成果曾获省部级科技进步奖一等奖6项、二等奖3项。岩巷掘进爆破理论与技术研究有实质性创新，取得了原创性成果，具有自主知识产权的液压钻车与破装运喷一体机实现了岩巷施工装备的跨越式发展，市场需求度高。研究成果先后在山东、山西、河南、河北、安徽等10多个煤炭主产区进行了推广应用，经济社会效益显著，取得了直接经济效益74651万元。研究成果对促进中国煤矿岩巷施工科技进步和提升煤炭行业科技水平具有重要的示范和推动作用，有着广阔的推广应用前景。