综掘机自动支撑临时支护技术研究鉴定材料
新汶矿业集团公司协庄煤矿
二OO七年十一月
鉴定材料目录
1.鉴定大纲．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．鉴定材料之一
2.计划任务书．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．鉴定材料之二
3.技术工作报告．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．鉴定材料之三
4.技术研究报告．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．鉴定材料之四
5.工业性试验报告．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．鉴定材料之五
6.效益分析报告．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．鉴定材料之六
7.科技查新报告…………………………．．．．鉴定材料之七
综掘机自动支撑临时支护技术研究
鉴定大纲
《综掘机自动支撑临时支护技术研究》，是新汶矿业集团有限责任公司计划项目，由协庄煤矿和山东兖煤机电设备有限公司合作共同完成。项目从2007年1月开始，至2007年11月完成了预期的各项科研任务，达到了计划指标，具备鉴定条件，特申请鉴定。
一、项目名称
综掘机自动支撑临时支护技术研究
二、项目来源
新汶矿业集团有限责任公司计划项目
三、鉴定形式
专家评议（或会议评议）
四、鉴定目的
通过专家评议作出结论，以便在类似条件下进行推广应用。
五、鉴定内容
1、鉴定委员会审定文件是否符合鉴定要求；
2、该项目是否达到计划任务书中的研究目标及要求；
3、通过审查鉴定报告，对本课题研究成果达到的技术水平作出评价；
4、该成果的推广应用价值和推广前景。
六、鉴定程序
1、成立鉴定委员会，推选鉴定委员会主任委员；
2、鉴定委员会听取课题组成员汇报鉴定材料；
3、现场考察；
4、讨论起草并通过鉴定意见；
5、鉴定委员会签字；
6、结束。
编号
类别二○○七年科学技术项目
计划任务书
项目名称综掘机自动支撑临时支护技术研究
负责单位新汶矿业集团协庄煤矿
起止年限2007年1月—2007年12月
国内外概况、水平和发展趋势及专利情况：
目前，普掘巷道掘进普遍采用前探梁做临时支护。该临时支护施工工艺复杂、环节多，成为制约综掘机快速掘进的瓶颈。因此需要进行分析研究，通过技术、设备改进实现安全、快速施工。随着矿井机械化程度的提高，迫切需要研究临时支护的机械化问题。
对于千米深井开采顶板控制难度大，煤层厚度较薄（2.4米左右）的煤层巷道，采用圆弧拱形巷道断面施工，巷道断面（3.2m×2.6m）较小的情况下，国内外尚无成熟的机载折叠式自动临时支护技术。
目前，煤炭科学研究总院南京研究所与兖州煤业股份有限公司南屯煤矿研制的机载式煤矿巷道临时支护装置，包括滑道、滑台、主臂、护顶梁及液压传动和电气配套机构等。河北金能石家庄煤机公司研制的机载伸缩式液压临时支护。此两种临时支护装置要求巷道断面大，支护平直巷道顶板，难以推广应用在中厚煤层圆弧拱小断面巷道。
奥钢联开发的ABM20型掘锚机，具有掘进与锚杆支护同时作业的特点，但机器整机质量约80t，外形尺寸（长×宽×高）为11m×（4．9～5．2）m×（2．15～3．0）m，只适合厚煤层宽大断面巷道。
主要研究、实验内容、目标、技术关键及主要技术经济指标
（目标要具体，包括阶段目标和最终目标）：
该项目所研究的是煤巷综掘机施工巷道临时支护系统及与其相配套的综掘机快速施工技术。
1、针对千米深井条件下2.4米左右煤层巷道，圆弧拱形中小巷道断面，对临时支护系统进行研究、改进，开发试验综掘机自动支撑临时支护装置，实现掘支一体化，达到巷道掘进安全、简便、快速。
2、科学合理的劳动组织管理：细化进尺计划考核机制，实行月规划、日计划考核；合理的劳动组织配置；推广岗位程序化管理；制定完善经营岗位责任制；实行设备点检制。
3、研究综掘机快速掘进的的配套施工工艺：综掘机快速截割工艺的研究；快速支护配套机具的改进；改进运输系统提高装运速度、综掘机大倾角施工技术；大角度、大曲率拐弯技术。
目标：
实现临时支护的安全、快速施工，减少工序时间，增加循环进度、循环次数，使掘进单进由原来的300米/月提高到400米/月以上。
达到的技术水平、经济、社会效益及推广应用前景：
达到国际领先水平
临时支护实现机械化、自动化，掘支一体化，做到安全、快速施工，减少工序时间，增加循环进度、循环次数，使掘进单进由原来的300米/月提高到400米/月以上。
根据测算，采用综掘机自动支撑临时支护工艺，按每月增加100米计算，每年多掘出巷道：100×12×5=6000米。按每工46.11元，年创效益为（6000/300×12×3×30×46.11）=99.6万元。
支护机械化程度的提高，掘进工作面可减少1名施工人员，5个综掘工作面可减少15人，按 2.7万元/年/人计算，年创效益为2.7×15=40.5万元。
合计经济效益99.6+40.5=140.1万元。
从循环工艺上看，采用综掘机自动支撑临时支护后，将缩短循环时间。另外采用综掘机自动支撑临时支护后，将对顶板能够产生较大的初撑力，有效地控制顶板变形，因此该项技术的应用能够为综掘机快速掘进提供有利条件，推广前景较好。
采用的研究、实验方法和技术路线（包括工艺流程）：
与山东兖煤机电设备有限公司合作，根据协庄煤矿井巷掘进条件，分析现在临时支护使用情况，对临时支护系统进行研究、改进，开发试验综掘机自动支撑临时支护装置，实现掘支一体化，由山东兖煤机电设备有限公司进行机械设备的制造，由协庄煤矿进行井下现场的试验应用。根据试验应用情况，提供反馈信息，对机载自动支撑临时支护装置进行改进，推广应用。
现有技术基础及条件（包括本课题做了哪些工作和现有仪器设备条件等）：
近年来，协庄煤矿坚持“以采促掘、以掘保采”的工作思路，通过大力推广应用综采综掘技术，全面提高了生产装备水平。到目前，矿井已经具备4套综采5套综掘装备，为高产、高效矿井建设奠定了良好的基础。在综掘生产组织过程中，我矿大力推行岗位作业程序化，加大科技创新力度，积极推广应用配套设备和机具，在不同条件巷道中均取得了较好的成绩，坚定了推广掘进机的信心，开创了综合机械化掘进的新局面。
2003年开始在煤巷、半煤岩巷道引进使用综掘工艺，到目前，矿井已经达到了5套综掘的装备水平，型号分别为4台S150型和1台EBZ135型。
过去，我矿煤巷半煤巷普遍使用吊环式前探梁做临时支护，吊环式临时支护施工工艺复杂、环节多，成为制约煤巷快速掘进的瓶颈。为此，我们在实践中创新使用尖锥探梁加单体支柱作为临时支护，代替传统的吊环式前探梁临时支护系统。
从循环工艺上看，使用尖锥探梁配合轻型单体作为临时支护后，取消了探梁木接顶过顶的工艺，缩短了循环时间，增加循环次数。另外采用单体支柱作临时支护后，对顶板能够产生较大的初撑力，有效地控制顶板变形，因此该项技术的应用能够为煤巷快速掘进提供有利条件。
但尖锥探梁加轻型单体临时支护系统仍然存在施工工艺复杂、环节多，安全性能差，工人劳动强度高等缺点，不能适应综掘机快速施工的需要。
因此需要进行分析研究，进一步提高机械化水平，通过技术、设备改进，实现安全、快速施工。
地点：试验规模和进度安排：
1、试验地点：2205E运输巷、2203W运输巷。
2、进度安排：
2007年1月~2月通过调研分析，提出试验与改进措施；
2007年3月~10月工业性试验及改进措施；
2007年11月~12月资料整理并通过评审鉴定。
承担单位和主要协作单位及分工（包括研究、研制、试验各阶段的各单位得分工和承担的责任）：
承担单位：协庄煤矿，负责综掘机自动支撑临时支护技术研究及现场试验应用工作。
协庄煤矿有编制健全的专业技术队伍，通过外地考察、技术培训和现场实践，积累了一定的经验。指定试验区队、试验地点，做好综掘机自动支撑临时支护技术研究及现场试验应用。并对试验过程进行记录、分析，总结材料。
协作单位：山东兖煤机电设备有限公司，负责综掘机自动支撑临时机的开发制造。
山东兖煤机电设备有限公司是一家专业机械设备制造公司，具有先进的机械设备研制开发能力，按照项目要求制造综掘机自动支撑临时机1台，提供给协庄煤矿井下试验应用。
经费概算（包括总概算和分年度预算的项目和费用及偿还经费和年度）:
ZLJ-10/21/30机载液压临时支护机：16万元
试验巷道600米，研究所需材料费124.3万元
科研人工费：5万元
共计145.3万元。
需要增添的主要设备、仪器（名称、规格型号、数量）和材料：ZLJ-10/21/30机载液压临时支护机1台
课题负责（单位、姓名、职务、职称、联系电话）：
协庄煤矿行办刘永副矿长高级工程师 0538-*******
课题工作人员（单位、姓名、职称、职务、联系电话）：
协庄煤矿行办公建祥副矿长高级工程师 0538-*******
协庄煤矿行办张京泉副总工程师高级工程师 0538-*******
协庄煤矿行办王业平副总工程师高级工程师 0538-*******
协庄煤矿技术部颜磊主任高级工程师 0538-*******
协庄煤矿天元公司陈庆仁副总经理首席技师 0538-*******
协庄煤矿掘进二区陈涛区长助理工程师 0538-*******
协庄煤矿维修中心王琦厂长工程师 0538-*******
协庄煤矿机电部李业俊副主任工程师 0538-******* 协庄煤矿技术部刘兆伟高级工程师 0538-*******
基层单位、负责人审查意见（指所室、院系、厂矿基层负责人等）：
负责人（签名、盖章）
审查日期：年月日
上报任务书单位、负责人审查意见（有学术委员会者应附其审查意见）∶
负责人（签名、盖章）
审查意见：年月日
主管部门审查意见：
（公章）
审查日期：年月日
技术工作报告
1. 概述
近年来，协庄煤矿坚持“以采促掘、以掘保采”的工作思路，大力推广应用综采综掘技术。到目前，矿井已经具备5套综掘装备，为高产、高效矿井建设奠定了良好的基础。在综掘生产组织过程中，为进一步提高掘进工作面单进水平，实现快速高掘，我矿加大科技创新力度，积极推广应用配套设备和机具，开创综合机械化掘进的新局面。
2. 课题提出
目前，在综掘机施工过程中，普遍使用前探梁作为临时支护，该临时支护施工工艺复杂、环节多，成为制约综掘机快速掘进的瓶颈。因此需要进行分析研究，通过技术、设备改进实现安全、快速施工。
针对协庄煤矿千米深井开采顶板控制难度大，煤层厚度较薄（2.4
米左右）的煤层巷道，采用圆弧拱形巷道断面施工，巷道断面（3.2m
×2.6m）较小的情况，开发试验一种综掘机自动支撑临时支护装置，
实现掘支一体化，达到巷道掘进安全、简便、快速。通过科学合理的
劳动组织管理，研究综掘机快速施工配套工艺，实现快速掘进。
3. 技术方案论证（几个方案的对比情况）
（1）吊环式前探梁临时支护
前探梁通过吊环悬挂在迎头永久支护的锚杆上，前探梁之上以方木及木枇接顶。
缺点：施工工艺复杂、环节多、效率低；工人劳动强度高；安全性能差。
（2）尖锥探梁加单体支柱临时支护
尖锥探梁加单体支柱临时支护系统采用吊挂在锚杆上的探梁对掘进
迎头空顶区域进行临时支护，另外采用单体支柱作临时支护后，对顶板能够产生较大的初撑力，较好地控制顶板变形。使用尖锥探梁配合轻型单体作为临时支护后，取消了探梁木接顶过顶的工艺，缩短了循环时间，增加循环次数。
缺点：但尖锥探梁加轻型单体临时支护系统仍然存在施工工艺复杂、环节多，安全性能差，工人劳动强度高等缺点，不能适应综掘机快速施工的需要。
（3）综掘机自动支撑临时支护
此装置与掘进机有机结合，用时展开、不用时折叠，实现掘支一体化，减少了临时支护时间，提高了掘进效率，降低了工人的劳动强度；通过有效地给顶板施加初撑力，避免了工人在空顶区作业，增加了工作人员施工时的安全性。
4. 技术特征
（1）支护面积大、初撑力和工作阻力较大，支护面积达1.9m×1.75m。
（2）操纵平稳，展开迅速。
（3）全液压控制，有利于对机器实现自我保护。
（4）结构紧凑、布局合理、维修方便、可靠性高。
5. 总体性能指标与国内外同类先进技术的比较
适应千米深井条件下2.4米左右煤层巷道，圆弧拱形中小巷道断面，实现掘支一体化，达到巷道掘进安全、简便、快速。
科学合理的劳动组织管理：细化进尺计划考核机制，实行月规划、日计划考核；合理的劳动组织配置；推广岗位程序化管理；制定完善经营岗位责任制；实行设备点检制。研究综掘机快速施工配套工艺：综掘机快速截割工艺的研究；快速支护配套机具的改进；改进运输系统提高
装运速度、综掘机大倾角施工技术；大角度、大曲率拐弯技术。
从而实现综掘巷道快速掘进，巷道掘进速度由现在的月进300米/月提高到400米/月以上。
6. 技术成熟程度
达到国际领先水平。
7. 对社会经济发展和科技进步的意义
综掘机自动支撑临时支护是以综掘机泵站液压为动力，使巷道的临时支护工序全部实现了机械化，改善了掘进工作面的作业环境。使用综掘机自动支撑临时支护，实现掘支一体化，提高了掘进速度，具有较高的经济效益。解决了困扰多年的职工劳动强度大、顶板控制难度大、安全程度低的难题，具有重要的安全生产的社会效益。
8. 推广应用的条件和前景
本项目的试验研究工作，对山东省乃至全国煤炭行业都会起到很好的技术辐射效应，可带动全公司和全国范围综掘快速掘进技术的进一步发展，对于我国井巷掘进机械化应用和推广具有十分重要的意义。
综掘机自动支撑临时支护技术研究
研究报告
新汶矿业集团公司协庄煤矿
二OO七年十一月
综掘机自动支撑临时支护技术研究
研究报告
1.概况
协庄煤矿位于山东省新泰市境内，新汶煤田中西部，位于新汶向斜南翼。煤系地层属石炭二叠系，为走向近东西、倾向北的单斜构造，煤岩层倾角5°～36°，呈东缓西急之势。
协庄煤矿1958年建矿，1962年投产，设计生产能力为120万t/年，1996年改扩建工程完工后，设计生产能力为180万t/a，2006年8月，由山东鲁新矿山安全技术有限公司核定矿井生产能力200万t/a。
矿井划分为-50m、-300m、-550m和-850m四个水平，目前-50m水平已开采完毕，生产水平为-300m、-550m、-850m水平。地面标高+147.0～+200.9m，目前最深已达-1050m，开采深度1200m以上。矿井开拓方式为立井、斜井多水平混合开拓。
近年来，协庄煤矿坚持“以采促掘、以掘保采”的工作思路，通过大力推广应用综采综掘技术，全面提高了生产装备水平。到目前，矿井已经具备4套综采5套综掘装备，为高产、高效矿井建设奠定了良好的基础。在综掘生产组织过程中，我矿大力推行岗位作业程序化，加大科技创新力度，积极推广应用配套设备和机具，在不同条件巷道中均取得了较好的成绩，坚定了推广掘进机的信心，开创了综合机械化掘进的新局面。
2003年开始在煤巷、半煤岩巷道引进使用综掘工艺，到目前，矿井已经达到了5套综掘的装备水平，型号分别为4台S150型和1台EBZ135型。
2课题的提出
2.1井巷施工条件
（1）井巷地质条件
井田内可采煤层共6层，分为前组煤和后组煤，前组煤为二层、四层和六层煤，后组煤为十一层、十三层和十五层煤。二层煤平均厚度为2.5m，四层煤平均厚度为2.64m，二、四层煤为矿井主采煤层，六层煤平均厚度为0.85m，十一层煤平均厚度为 1.7m，十三层煤平均厚度为1.2m，十五层煤平均厚度为1.2m，煤质牌号为气煤或气肥煤。
协庄煤矿开采煤层为薄及中厚煤层，最厚的四层煤厚度也只有2.6米左右。因此所用综采支架均为轻型支架，分别为ZY2800／14／32型和ZY2600／09／20型。
协庄煤矿采深已达1200米以上，巷道围岩岩性变差，呈现软岩特征，支护困难。而且随着埋深的增加，地应力成倍增长。我矿浅部最大水平主应力16.07MPa，垂直应力3.5 MPa。而在-850水平测试结果为，最大水平主应力39.77MPa，垂直应力30.48 MPa。而且冲击地压倾向显现明显。为了有效控制围岩的变形量，必须改善围岩的自身强度，抑制蠕变；采用合理的巷道断面形状，防止巷道局部应力集中，保证安全生产和巷道的正常使用。
(2)深部开采煤巷断面设计
巷道断面设计，主要是选择断面形状和确定断面尺寸，其合理与否直接影响到生产的安全和经济效果。设计的原则是，在满足安全与技术要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断面、降低工程造价并有利于加快施工速度。
①断面形式
过去，我们普遍采用倒梯形巷道断面，该断面形状沿煤层顶板施工，能够满足浅部巷道施工要求。进入深部受高地应力作用，已不能发挥其自撑能力，易造成漏冒顶，且肩角锚杆受剪切，易破坏拉断。为解决这一问题，我们研究应用了圆弧拱形巷道断面。圆弧拱形断面是将煤层以上顶板最易冒落或弯曲下沉部分岩石人为放掉，形成拱顶，使深部地应力大小和方向重新分布，使巷道具有较好的承压效果。
上顺槽：开采时需要巷道下帮为煤体，因此巷道断面设计为切圆拱形断面，下帮及上帮为全煤，顶板中部放顶500～1500mm左右。
下顺槽：开采时需要巷道上帮为煤体，下帮无要求，因此巷道断面设计为两肩等高的圆弧拱形断面，下帮为全岩或底部留有小部分煤层，上帮为全煤。此种断面下帮为岩石，增加了围岩的自承能力，降低了煤帮支护时带来的大量变形。
同时采用圆弧形顶后，锚杆与围岩尽可能垂直，减小了锚杆所受弯剪应力，降低了锚杆的剪切拉断现象。
②断面尺寸
巷道净断面必须满足行人、运输、通风、安全设施、设备安装、检修和施工的需要。因此，巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途；存放或通过它的机构、器材或运输设备的数量与规格；人行道宽度与各种安全间隙以及通过巷道的风量等。
巷道的净宽度：根据综掘巷道所需安装的设备为吊挂式皮带，其宽度为1.4m，检修间隙取0.5m，人行道宽度考虑设备及物料的运送取1.0m，两帮移进量按0.3m，则巷道净宽应不小于3.2m。
巷道的净高度：根据《煤矿安全规程》规定，结合我矿煤层赋存情况和顶板下沉量，确定综掘巷道净高度应不小于2.2m。