一种水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法与流程

1.本发明涉及水射流技术领域，具体涉及一种水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法。


背景技术：

2.现有夹矸煤层的破岩施工工艺存在的问题是：1、通过掘进设备强行破岩，此种方式效率低下，且刀具部位损耗严重；2、掘进设备通过减少进刀面积的方式来实现对硬质矸石层的剥离，但针对一些特殊的掘进设备，例如全断面掘锚一体机，并不适用上述方式。
3.综上所述，急需一种水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法以解决现有技术中破岩效率不高、破岩方式不适用特殊的掘进设备的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，以解决现有技术中破岩效率不高、破岩方式不适用特殊的掘进设备的技术问题，具体技术方案如下：
5.一种水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，包括：
6.步骤a：水射流设备进场；
7.步骤b：包括步骤b1、步骤b2以及步骤b3，步骤b1-步骤b3用于将掌子面切割成多个区域；
8.步骤b1：水射流设备的钻杆调整好工作位置后，开始钻第i个孔；第i个孔钻完后，启动水射流设备的超高压水泵站，水流从钻杆上的射流孔射出，钻杆伸入第一个孔内，进行射流切缝；
9.步骤b2：钻第i+1个孔完成后，钻杆伸入第i+1个孔内，进行射流切缝；
10.步骤b3：在第i个孔内和第i+1个孔内切的缝相互贯通形成临空面；当i+1小于n时，取i＝i+1，返回步骤b2，否则进入下一步骤，n取大于等于2的自然数；
11.步骤c：外部掘进设备向前开进，完成破岩。
12.以上技术方案优选的，所述步骤a具体是，水射流设备的主机行走至工位，水射流设备用于钻孔和射流的执行机构朝向掌子面运动，到达掌子面。
13.以上技术方案优选的，所述步骤b1具体是，执行机构调整钻杆的位置，使其垂直于掌子面，开始钻第i个孔。
14.以上技术方案优选的，所述步骤b中，钻孔时，启动水射流设备的超高压水泵站，水流从钻杆溢出进行润滑；水流的压力为3-7mpa。
15.以上技术方案优选的，所述步骤b中，射流切缝时，钻杆推进孔内的最大深度，然后回退至孔口外，再次将钻杆推进孔内的最大深度，往复切割2-4次。
16.以上技术方案优选的，射流切缝时，水流的压力为100-150mpa。
17.以上技术方案优选的，射流切缝时，射流方向为竖向或水平方向。
18.以上技术方案优选的，所述步骤c包括步骤c1和步骤c2；
19.以上技术方案优选的，在掌子面上，沿垂直于射流方向，通过执行机构在k-1个位置执行步骤b，将掌子面切割成k个区域，k取大于2的自然数；
20.步骤c2：将掌子面切割成k个区域后，执行机构退场，外部掘进设备向前开进，实现破岩。
21.应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
22.(1)本发明的破岩方法可以大幅度提高破岩效率，可实现单个乃至多个夹矸层分布的矸石煤层的有效和快速掘进；能提高掘进设备刀具使用寿命，减小施工成本和提高施工效率，通过切出多个临空面，便于外部掘进设备完成破岩，并且本发明的破岩方法能适用所有的掘进设备，实用性强。
23.(2)本发明的方法中，先钻孔后射流的施工方式克服了超高压水射流有效靶距短，切割深度小的问题，从钻孔内部开始切割，实现大纵深割缝，割缝施工一次，可供外部掘进设备工作3-8个循环，大大提高了掘进效率。
24.(3)通过对掌子面切割，分隔成多个区域，使得外部掘进设备掘进时，减少产生的火花，提高了煤矿施工安全。
25.(4)本发明通过多次往复射流切割提高效率，由于往复钻进时射流角度的微小差异能显著提高射流切割的效率。
26.(5)本发明的射流方向为竖向或水平方向，切割距离短，能实现矸石层快速分块。
27.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
28.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
29.在附图中：
30.图1是本实施例的水射流设备进场示意图(箭头示意执行机构的动作方向)；
31.图2是图1中水射流设备的执行机构工作示意图；
32.图3图2中执行机构钻孔和切缝形成的临空面的示意图；
33.其中，1、水射流设备；1.1、主机；1.2、执行机构；1.21、钻杆；2、外部掘进设备；3、掌子面；4、第i个孔；5、第i+1个孔；6、临空面；7、矸石层。
具体实施方式
34.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
35.实施例：
36.一种水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，包括：
37.步骤a：水射流设备1进场，如图1所示；
38.水射流设备1包括主机1.1和执行机构1.2，执行机构1.2用于钻孔和射流切缝，主机1.1和执行机构1.2行走至工作位置，外部掘进设备2退出掌子面3-5m，给执行机构1.2腾出作业空间；执行机构1.2朝向掌子面3运动，并穿过外部掘进设备2和洞壁之间的水平间隙
到达掌子面3前面，水射流设备1进场完成。本实施例通过采用执行机构1.2前探式施工，避免了水射流设备1作业空间受限的问题。
39.步骤b：本实施例的步骤b包括步骤b1、步骤b2以及步骤b3，通过执行步骤b1-步骤b3，能够将掌子面分隔成多个区域，如图2-3所示，具体如下：
40.步骤b1：
41.步骤b1.1：水射流设备1的钻杆1.21调整好工作位置，使钻杆1.21垂直于掌子面3，开始钻第i个孔(标号为4)；优选在钻孔时，启动主机1.1上的超高压水泵站，低压水(水压为3-7mpa)从钻杆1.21上溢出，在钻杆1.21钻孔时进行润滑，提高钻进效率；
42.步骤b1.2：第i个孔(标号为4)钻完后，进行射流切缝，射流切缝具体是：启动主机1.1上的超高压水泵站，高压水(压力在100-150mpa)从钻杆1.21上的射流孔射出，钻杆1.21伸入第i个孔内，进行射流切缝；射流方向为水平方向或竖直方向，本实施例优选射流方向为竖直方向，本实施例进一步优选的，射流方向可以通过钻动钻杆1.21从而进行调整，因此，可以在钻杆1.21上设置接近开关从而感应钻杆1.21的位置，便于调整射流方向。
43.步骤b2：
44.步骤b2.1：第i个孔钻完并且进行切缝后，钻杆1.21再次调整位置，开始钻第i+1个孔(标号为5)，优选第i+1个孔(标号为5)在第i个孔(标号为4)的正上方或正下方；
45.步骤b2.2：钻出第i+1个孔后，进行射流切缝，此处的射流切缝步骤参考步骤b1.2中的射流切缝操作。
46.步骤b3：如图3所示，在第i个孔内和第i+1个孔内切出的缝上下贯通形成临空面6；形成临空面后，进行判断，具体是：当i+1小于n时，取i＝i+1，返回步骤b2，否则进入下一步，n取大于等于2的自然数，本实施例的n的取值根据掌子面实际大小决定，进一步优选n取5-20中的任一自然数，即本实施例的i可以取1～n-1的自然数。
47.优选的，在进行射流切缝时，钻杆1.21的动作过程是：钻杆1.21推进孔内，到达孔内的最大深度，然后回退至孔口外，再次将钻杆1.21推进孔内最大深度，水平往复射流切割2-4次。
48.步骤c包括步骤c1和步骤c2，具体如下：
49.步骤c1：在掌子面上，沿垂直于射流方向(即水平方向)，通过执行机构在k-1个位置执行步骤b，将掌子面(即矸石层7的表壁)切割成k个区域，k取大于2的自然数；本实施例的k根据掌子面的实际大小决定，本实施例进一步优选k取4-10中的任一自然数；
50.步骤c1具体是：
51.步骤c1.1，在水平方向的第一个位置执行步骤b，形成上下贯通的一组临空面6；
52.步骤c1.2，射流设备1的执行机构1.2横向移动至下一位置(移动距离根据实际情况选择)，并在下一个位置执行步骤b，形成下一组临空面6；
53.步骤c1.3：判断步骤c1中执行步骤b的位置的个数是否满足k-1(k取大于2的自然数)，如果不满足，则返回步骤c1.2，直至执行步骤b的位置个数满足k-1的取值；满足后进入下一步(即进入步骤c2)，从而将整个掌子面3切割形成多个水平分隔的区域，即将矸石层7切割成多个水平分隔的块。
54.步骤c2：将掌子面切割成k个区域后，执行机构1.2按原路线退场，如图3所示；外部掘进设备2(如掘锚一体机)向前开进，对已经分隔成多个块的矸石层7(掌子面3)进行切割
破岩。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，其特征在于，包括：步骤a：水射流设备(1)进场；步骤b：包括步骤b1、步骤b2以及步骤b3，步骤b1-步骤b3用于将掌子面(3)切割成多个区域；步骤b1：水射流设备(1)的钻杆(1.21)调整好工作位置后，开始钻第i个孔(4)；第i个孔(4)钻完后，启动水射流设备(1)的超高压水泵站，水流从钻杆(1.21)上的射流孔射出，钻杆(1.21)伸入第一个孔(4)内，进行射流切缝；步骤b2：钻第i+1个孔(5)完成后，钻杆(1.21)伸入第i+1个孔(5)内，进行射流切缝；步骤b3：在第i个孔内和第i+1个孔内切的缝相互贯通形成临空面(6)；当i+1小于n时，取i＝i+1，返回步骤b2，否则进入下一步骤，n取大于等于2的自然数；步骤c：外部掘进设备(2)向前开进，完成破岩。2.根据权利要求1所述的水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，其特征在于，所述步骤a具体是，水射流设备(1)的主机(1.1)行走至工位，水射流设备(1)用于钻孔和射流的执行机构(1.2)朝向掌子面(3)运动，到达掌子面(3)。3.根据权利要求2所述的水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，其特征在于，所述步骤b1具体是，执行机构(1.2)调整钻杆(1.21)的位置，使其垂直于掌子面(3)，开始钻第i个孔(4)。4.根据权利要求3所述的水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，其特征在于，所述步骤b中，钻孔时，启动水射流设备(1)的超高压水泵站，水流从钻杆(1.21)溢出进行润滑；水流的压力为3-7mpa。5.根据权利要求1-4任意一项所述的水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，其特征在于，所述步骤b中，射流切缝时，钻杆(1.21)推进孔内的最大深度，然后回退至孔口外，再次将钻杆(1.21)推进孔内的最大深度，往复切割2-4次。6.根据权利要求5所述的水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，其特征在于，射流切缝时，水流的压力为100-150mpa。7.根据权利要求5所述的水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，其特征在于，射流切缝时，射流方向为竖向或水平方向。8.根据权利要求7所述的水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，其特征在于，所述步骤c包括步骤c1和步骤c2；步骤c1：在掌子面上，沿垂直于射流方向，通过执行机构在k-1个位置执行步骤b，将掌子面切割成k个区域，k取大于2的自然数；步骤c2：将掌子面(3)切割成k个区域后，执行机构(1.2)退场，外部掘进设备(2)向前开进，实现破岩。

技术总结
本发明公开一种水射流设备对含夹矸煤层的破岩方法，包括：步骤A：水射流设备进场；步骤B：包括步骤B1、步骤B2以及步骤B3；步骤B1：开始钻第i个孔；第i个孔钻完后，进行射流切缝；步骤B2：钻杆伸入第i+1个孔内，进行射流切缝；步骤B3：在第i个孔内和第i+1个孔内切的缝相互贯通形成临空面；当i+1小于N时，取i＝i+1，返回步骤B2，否则进入下一步骤；步骤C：外部掘进设备向前开进，完成破岩。本方法可以大幅度提高破岩效率，可实现单个乃至多个夹矸层分布的矸石煤层的有效和快速掘进；能提高掘进设备刀具使用寿命，减小施工成本和提高施工效率，通过切出多个临空面，便于外部掘进设备完成破岩，并且本方法能适用所有的掘进设备，实用性强。实用性强。实用性强。


技术研发人员：刘飞香 张廷寿 张彦 祝爽 张连军 史志远 邢倩龙 王健
受保护的技术使用者：中国铁建重工集团股份有限公司
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/3/8