本發(fā)明屬于煤礦掘進工藝，具體涉及一種綜掘巷道直角拐彎抹角尺寸模擬方法。

背景技術(shù)：

某礦采煤方法為走向長壁后退式綜合機械化放頂煤和大采高采煤法，開采強度大，要求的巷道斷面也較大，回采巷道寬度普遍為5米或5.5米。為解決瓦斯問題，工作面普遍使用多巷布置方式，輔助進風(fēng)巷和回風(fēng)巷之間每隔60-80米施工一個聯(lián)絡(luò)橫川，橫川斷面為4.5米或5米。煤巷掘進全部采用ebz150、ebz160或160ty等其他型號的掘進機，因綜掘機機身普遍長達9米以上，因此在拐彎掘進過程中不得不向掘進方向內(nèi)側(cè)抹角以滿足機組轉(zhuǎn)彎需要，由此便造成本就是大斷面的巷道交叉點處跨度更大。

巷道交叉點處于兩條巷道的貫通處，該處往往處于巷道支承壓力疊加區(qū)域，頂板控頂面積大，為礦井巷道支護體系中的薄弱地帶，采煤工作面回采過程中的冒頂事故經(jīng)常發(fā)生在巷道交叉口，因此盡可能的減小巷道交叉點跨度，縮小控頂面積對于促進礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。

根據(jù)常識，同一種型號的綜掘機在不同寬度的巷道內(nèi)拐彎需要的抹角尺寸是不同的，所在巷道寬度越大，拐彎越容易，需要的磨角尺寸就越?。辉谕粭l巷道內(nèi)使用不同型號的綜掘機掘進拐彎時需要的抹角尺寸也是不同的，綜掘機越短、截割機構(gòu)擺動幅度越大，拐彎越容易，需要的抹角尺寸也就越小。事實上，施工過程中割煤司機為了操作簡便、進退靈活，往往造成現(xiàn)場抹角尺寸過大，給頂板管理埋下了隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有施工方法依靠經(jīng)驗、抹角尺寸不精確等問題，提供了一種能精確確定煤礦井下巷道交叉點尺寸的綜掘巷道直角拐彎抹角尺寸模擬方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種綜掘巷道直角拐彎抹角尺寸模擬方法，其特征在于，模擬步驟如下：

根據(jù)綜掘巷道寬度以及綜掘機機身參數(shù)建立巷道-掘進機拐彎模型，所述巷道為“┍”狀的直角拐彎型；

根據(jù)綜掘機切割頭擺角和巷道寬度確定抹角深度；

根據(jù)抹角深度位置點和綜掘機的斜對角線長度確定抹角寬度。

抹角深度的具體確定方法如下：

根據(jù)直角拐彎巷道模型，旋轉(zhuǎn)掘進機機身直至掘進機切割頭重新與橫向掘進方向重合；然后平移掘進機機組保證機身尾部不超出所在巷道，此時切割頭根部所在點a至所在豎向巷道右?guī)偷拇怪秉cb距離即為抹角深度。

抹角寬度的具體確定方向如下：

以抹角深度確定狀態(tài)時的切割頭根部所在點a為圓心，掘進機的斜對角線長度為半徑畫圓，標(biāo)定該圓與掘進機所在豎向巷道左幫的交點c；

將掘進機機身的左下角設(shè)置于c點處；

以c點為基點，旋轉(zhuǎn)掘進機模型使切割頭右上角位于抹角深度確定狀態(tài)時的切割頭根部所在點a處，此時，機身與所在豎向巷道右?guī)徒稽ce即為抹角起點，則△abc區(qū)域為最小抹角區(qū)。

本發(fā)明通過cad等繪圖軟件預(yù)先模擬掘進機機組拐彎掘進時的狀態(tài)，從而確定最小抹角尺寸，使直角拐彎巷道的施工尺寸有據(jù)可依，可有效避免原人工估算施工時存在的以下幾方面問題：1）抹角尺寸過大時，導(dǎo)致支護材料浪費、頂板管理存在安全隱患；2）抹角尺寸不足時，會造成拐彎困難，甚至出現(xiàn)掘進機與巷道兩幫碰觸的安全事故。

附圖說明

圖1為掘進機的模型示意圖；

圖2、3分別為掘進機直巷掘進和拐彎掘進時的示意圖；

圖4、5分別為確定抹角深度時的兩步驟示意圖（切割臂極限角度與掘進方向重合，而機身不超出巷幫的位置為抹角深度）；

圖6、7、8分別為確定抹角寬度時的三步驟示意圖（綜掘機切割頭極限狀態(tài)下能夠切割抹角終點內(nèi)側(cè)的煤幫而機組本體不受干擾的位置即為抹角寬度）

圖中：1-切割頭、2-機身、3-巷道。

具體實施方式

結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：

巷道施工過程中存在直角轉(zhuǎn)彎，采用綜掘機掘進時，由于綜掘機外形尺寸較大，割煤過程中需要將拐彎內(nèi)側(cè)的煤幫進行刷大，從而保證綜掘機順利通過并按照需要的方位角繼續(xù)掘進，該模擬方法根據(jù)施工要求利用繪圖軟件確定了刷大尺寸。

因此，本發(fā)明通過模擬綜掘機拐彎掘進時的極限狀態(tài)，先確定抹角深度，然后利用抹角深度確定磨角寬度。模擬步驟如下：

根據(jù)綜掘巷道寬度以及綜掘機機身參數(shù)建立巷道-掘進機拐彎模型，所述巷道為“┍”狀的直角拐彎型；

根據(jù)綜掘機切割頭擺角和巷道寬度確定抹角深度；

根據(jù)抹角深度位置確定點和綜掘機的斜對角線長度（即綜掘機的掘進要求）確定抹角寬度。

某礦常用的巷道寬度有4.52米、5米、5.5米和5.8米幾種，其中以5米寬巷道居多，此處以5米巷道為例敘述抹角尺寸模擬方法。

該礦在用綜掘機中160ty型機身最長，截割頭不能伸縮，以該機型為例進行敘述。模擬需要的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)：長度9.8米，機身寬度2.55米，鏟板寬度3.0米，切割頭長度900mm，切割機構(gòu)長度為3685mm，最大擺動角度37°。

一、建立模型

根據(jù)上述基礎(chǔ)參數(shù)建立綜掘機拐彎抹角模型，圖2為正常掘進狀態(tài)，圖3為拐彎掘進時綜掘機的狀態(tài)，因現(xiàn)場操作環(huán)境特殊，機組和巷幫（巷幫指巷道的兩側(cè)）之間需要預(yù)留一定的安全間隙，因此建立模型時對機組進行了簡化，需要做以下三點說明：

1、綜掘機機身寬度為2.55米，鏟板寬度為3.0米，鏟板隨機身擺動，模擬時機組寬度按照3米考慮。

2、機組中部刮板輸送機機頭實際超出機組本體，即機尾處實際寬度不足3米，考慮到拐彎時機組后方需要吊掛轉(zhuǎn)載機，因此超出部分實際寬度不考慮。

3、切割頭為不規(guī)則的鎬形，模擬時不考慮切割頭的寬度。

二、抹角深度的確定

如圖4、5所示，旋轉(zhuǎn)機身至切割頭與橫向掘進方向重合，平移掘進機機組保證機身尾部不超出所在豎向巷道，此時切割頭根部a點至所在豎向巷道右?guī)痛怪秉cb的距離即為抹角深度。

三、抹角寬度的確定

1、以圖5中的切割頭根部a點為圓心，機組模型左下角至右上角連線長度（即斜對角線長度）為半徑畫圓，找到圓與機組機身所在豎向巷道左幫的交點c；

2、將機組模型左下角放在確定的交點c處；

3、以確定的交點c為基點，旋轉(zhuǎn)機組模型使切割頭擺到圖5中的切割頭根部a點位置，此時機身與機組所在豎向巷道右側(cè)交點e即為抹角起點,則△abc區(qū)域為最小抹角區(qū)，實際施工時，可適當(dāng)擴大抹角區(qū)域。

由于巷道斷面大、多巷布置方式和綜掘施工工藝在煤礦井下產(chǎn)生了較多的大跨度巷道交叉點。這些交叉點是礦井支護體系中的薄弱環(huán)節(jié)，交叉點過大在造成支護材料浪費的同時給頂板管理埋下了。

本發(fā)明為了減小巷道交叉點處控頂面積，確定不同型號的綜掘機在不同寬度的巷道內(nèi)拐彎抹角尺寸，為頂板管理提供依據(jù)。根據(jù)綜掘機的技術(shù)參數(shù)，使用cad繪圖軟件模擬機組拐彎掘進時的狀態(tài)，從而確定抹角尺寸。該模擬方法建立了簡化模型，將綜掘巷道直角拐彎掘進的動態(tài)過程簡化為幾個極限狀態(tài)，形成了綜掘巷道直角拐彎抹角尺寸模擬方法并總結(jié)了其中的規(guī)律。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于煤礦掘進工藝，為了解決現(xiàn)有施工方法依靠經(jīng)驗、抹角尺寸不精確等問題，本發(fā)明提供了一種綜掘巷道直角拐彎抹角尺寸模擬方法，模擬步驟如下：根據(jù)綜掘巷道寬度以及綜掘機機身參數(shù)建立巷道?掘進機拐彎模型，所述巷道為“┍”狀的直角拐彎型；根據(jù)綜掘機切割頭擺角和巷道寬度確定抹角深度；根據(jù)抹角深度位置點和綜掘機的斜對角線長度確定抹角寬度。本發(fā)明通過建立簡化模型，將綜掘巷道直角拐彎掘進的動態(tài)過程簡化為幾個極限狀態(tài)，形成了綜掘巷道直角拐彎抹角尺寸模擬方法并總結(jié)了其中的規(guī)律，可有效避免原人工估算施工時存在的支護材料浪費、頂板管理存在安全隱患、拐彎困難等問題。

技術(shù)研發(fā)人員：朱德智;李志剛
受保護的技術(shù)使用者：山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.25
技術(shù)公布日：2017.11.07