一種確定薄煤層半煤巖巷道斷面尺寸的方法
【專利摘要】一種確定薄煤層半煤巖巷道斷面尺寸的方法，屬于薄煤層巷道斷面尺寸確定方法。首先初步確定半煤巖巷道合適斷面尺寸；其次，根據(jù)“先高后寬”的原則對巷道斷面尺寸進(jìn)行優(yōu)化，即先對巷道高度進(jìn)行“降高”以確定巷道最小高度，對巷道寬度進(jìn)行“加寬”以確定最優(yōu)巷道寬高比；對“降高”后的巷道高度是否滿足行人高度要求進(jìn)行校核，確定巷道最小高度；對“加寬”后的巷道寬度是否滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求進(jìn)行校核，確定巷道最優(yōu)寬高比，得到巷道合理寬度。結(jié)合各薄煤層礦井地質(zhì)條件，實現(xiàn)了薄煤層開采“以巖換煤”價值工程，減少了掘進(jìn)工作面成本、降低了含矸率、提高了煤質(zhì)，在少破和不破巖的情況下，增加了單進(jìn)、單產(chǎn)。
【專利說明】
-種確定薄煤層半煤巖巷道斷面尺寸的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種薄煤層巷道斷面尺寸確定方法，尤其是一種確定薄煤層半煤巖巷 道斷面尺寸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前國內(nèi)薄煤層開采普遍存在回采巷道"超高設(shè)計、超高掘進(jìn)"的現(xiàn)象，在掘進(jìn)作 業(yè)中，由于巷道普遍較高，破頂(底)采掘問題突出，掘巖工程量大，采掘接替緊張。巷道斷面 設(shè)計基本沿用中厚、厚煤層巷道設(shè)計，回采巷道掘進(jìn)高度大多在2.4mW上，破底破巖現(xiàn)象嚴(yán) 重，薄煤層開采效益較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是要提供一種巷道高度較小即能確定薄煤層半煤巖巷道合理斷面 尺寸的方法，實現(xiàn)薄煤層開采巖換煤"的價值工程。
[0004] 本發(fā)明的目的是運樣實現(xiàn)的:該方法的具體步驟如下：
[0005] a、依據(jù)輔助運輸模式的選擇、回采巷道、工作面設(shè)備的選型W及《煤礦安全規(guī)程》 規(guī)定，確定最小外形尺寸成套輔助運輸設(shè)備寬度及高度最大值〇/、半煤巖巷道合適斷面 尺寸，所述的半煤巖巷道合適斷面尺寸包括:無軌運輸凈寬度Bi，凈高度化;軌道運輸凈寬度 B2,凈局度化；
[0006] b、計算得到巷道圍巖變形量、設(shè)備尺寸、巷道合適斷面尺寸及煤層厚度(M)之間的 函數(shù);所述的巷道圍巖變形量為兩幫移近量b/、頂?shù)装逡平縣/ ;所述的設(shè)備尺寸為最小外 形尺寸成套輔助運輸設(shè)備寬度最大值、高度最大值所述的巷道合適斷面尺寸為凈寬 度Bi、B2 ,凈局度Di、〇2 ;
[0007] C、基于成本型指標(biāo)的凈流量的大小，結(jié)合礦井工作面實際情況，得出工作面輔助 運輸模式方案下的凈流量O(A)關(guān)于成套輔助運輸設(shè)備寬度，高度〇/的關(guān)系；
[000引d、凈流量O (A)越小對薄煤層綜采工作面的綜合效益越顯著，且凈流量O (A)與成 套輔助運輸設(shè)備尺寸成正相關(guān)關(guān)系，遵循"先高后寬"的原則，即在最大程度的降低回采巷 道高度為基礎(chǔ)進(jìn)行巷道斷面尺寸的合理優(yōu)化；
[0009] e、首先將回采巷道高度WO. Im為基準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)"降高"，即對回采巷道及工作面設(shè) 備進(jìn)行低矮化選型或者研制W滿足巷道的"降高"；所述的回采巷道設(shè)備為輔助運輸設(shè)備及 掘進(jìn)設(shè)備，所述的工作面設(shè)備為支護(hù)設(shè)備；
[0010] f、對"降高"后的凈流量O(Awl)與未降之前的凈流量? (An)進(jìn)行比較，若?(An+l) (An),對巷道高度是否滿足《煤礦安全規(guī)程》中行人高度要求進(jìn)行校核，若符合《規(guī)程》要 求，回到步驟e，直到O (An+l)〉〇 (An);不滿足《規(guī)程》要求時，輸出O (An)時巷道的高度Dmin即 為半煤巖巷道最小高度；
[0011] g、其次對回采巷道寬度WO. Im為基準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)"加寬"W確定巷道最優(yōu)寬高比，即 使巷道滿足其及工作面設(shè)備"降高"所增加的寬度;所述的巷道及工作面設(shè)備是輔助運輸設(shè) 備及掘進(jìn)設(shè)備、支護(hù)設(shè)備；
[001^ h、對"加寬"后的凈流量O (An。）與未加之前的凈流量O(AnU)進(jìn)行比較，若O (An+2 ) < ? (An+1 )，對巷道寬度是否滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求進(jìn)行校核，若符合要 求，回到步驟g，直到0(4。+2)〉0(4。+1);不滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求時，輸出? (An+1)時巷道的寬度B，此時得到的B/Dmin即為巷道最優(yōu)寬高比。
[0013] 所述的巷道最優(yōu)寬高比具體計算方法為：
[0014] 1)
[0015]
[0016]
[0017] 2)對于無軌運輸：
[001引巷道凈寬度Bi = I.5+B'+b'，凈高度Di = O.6+D'+h'，斷面掘巖面積Si = BKDrM)
[0019] 對于軌道運輸：
[0020] 巷道凈寬度Bi = 3.化b/，凈高度化= 1.8+1/，斷面掘巖面積S2 = B2化2-M)
[0021] 3)遵循"先高后賞'的原則，WO. Im為梯度，首先對巷道進(jìn)行"降高"；
[0022] 4)計算"降高"后的凈流量O(Awi)與"降高"前或上一次"降高"后的凈流量O (An) 進(jìn)行比較；
[0023] 5)若O (AnnKO(An)，對巷道進(jìn)行《煤礦安全規(guī)程》中行人高度要求的校核，若符 合安全生產(chǎn)要求，繼續(xù)步驟3,直到O (An+l)〉〇 (An);不滿足《煤礦安全規(guī)程》中行人高度要 求校核時，輸出O (An)時巷道的高度Dmin;
[0024] 6)其次Wo. Im為基準(zhǔn)，對"降高"后巷道進(jìn)行"加寬"W滿足設(shè)備所增加的寬度，從 而確定巷道最優(yōu)寬高比；
[0025] 7)計算"加寬"后的凈流量O (An。）與"加寬"前或上一次"加寬"后的凈流量O (An+l)進(jìn)行比較；
[0026] 8)若〇(An+2)<〇(An+l)，對巷道是否滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求進(jìn)行校核， 若符合要求，繼續(xù)步驟6 )，直到O ( An+2 )〉O ( An+1);不滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求時， 輸出巫（An+1)時巷道的寬度B。
[0027] 有益效果，由于采用了上述方案，結(jié)合各薄煤層礦井地質(zhì)條件，基于成本型指標(biāo)的 凈流量的大小，遵循"先高后寬"的原則，對薄煤層半煤巖巷道斷面尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，通過 計算比較可得到合理范圍內(nèi)最小的凈流量值，即得到薄煤層半煤巖巷道最優(yōu)斷面尺寸。實 現(xiàn)了薄煤層開采巖換煤"價值工程，減少了掘進(jìn)工作面成本、降低了含桿率、提高了煤 質(zhì)，在少破和不破巖的情況下，增加了單進(jìn)、單產(chǎn)。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明的薄煤層半煤巖巷道斷面尺寸確定流程圖。
[0029] 圖2為本發(fā)明的無軌運輸?shù)谋∶簩影朊簬r回采巷道斷面示意圖。
[0030] 圖3為本發(fā)明的無軌運輸方案凈流量關(guān)于設(shè)備尺寸示意圖。
【具體實施方式】
[0031 ]該方法的具體步驟如下：
[0032] a、依據(jù)輔助運輸模式的選擇、回采巷道、工作面設(shè)備的選型W及《煤礦安全規(guī)程》 規(guī)定，確定最小外形尺寸成套輔助運輸設(shè)備寬度及高度最大值〇/、半煤巖巷道合適斷面 尺寸，所述的半煤巖巷道合適斷面尺寸包括:無軌運輸凈寬度Bi，凈高度化;軌道運輸凈寬度 B2,凈局度化；
[0033] b、計算得到巷道圍巖變形量、設(shè)備尺寸、巷道合適斷面尺寸及煤層厚度(M)之間的 函數(shù);所述的巷道圍巖變形量為兩幫移近量b/、頂?shù)装逡平縣/ ;所述的設(shè)備尺寸為最小外 形尺寸成套輔助運輸設(shè)備寬度最大值、高度最大值所述的巷道合適斷面尺寸為凈寬 度Bi、B2,凈局度Di、〇2;
[0034] C、基于成本型指標(biāo)的凈流量的大小，結(jié)合礦井工作面實際情況，得出工作面輔助 運輸模式方案下的凈流量O(A)關(guān)于成套輔助運輸設(shè)備寬度，高度〇/的關(guān)系；
[0035] d、凈流量O (A)越小對薄煤層綜采工作面的綜合效益越顯著，且凈流量O (A)與成 套輔助運輸設(shè)備尺寸成正相關(guān)關(guān)系，遵循"先高后寬"的原則，即在最大程度的降低回采巷 道高度為基礎(chǔ)進(jìn)行巷道斷面尺寸的合理優(yōu)化；
[0036] e、首先將回采巷道高度WO. Im為基準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)"降高"，即對回采巷道及工作面設(shè) 備進(jìn)行低矮化選型或者研制W滿足巷道的"降高"；所述的回采巷道為輔助運輸設(shè)備及掘進(jìn) 設(shè)備設(shè)備，所述的工作面設(shè)備為支護(hù)設(shè)備；
[0037] f、對"降高"后的凈流量O(Awi)與未降之前的凈流量巫（An)進(jìn)行比較，若O(AnU) (An),對巷道高度是否滿足《煤礦安全規(guī)程》中行人高度要求進(jìn)行校核，若符合《規(guī)程》要 求，回到步驟e，直到O (An+l)〉〇 (An);不滿足《規(guī)程》要求時，輸出O (An)時巷道的高度Dmin即 為半煤巖巷道最小高度；
[003引g、其次對回采巷道寬度WO. Im為基準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)"加寬"W確定巷道最優(yōu)寬高比，即 使巷道滿足其及工作面設(shè)備"降高"所增加的寬度;所述的巷道及工作面設(shè)備是輔助運輸設(shè) 備及掘進(jìn)設(shè)備、支護(hù)設(shè)備；
[0039] h、對"加寬"后的凈流量O (An")與未加之前的凈流量O (An+l)進(jìn)行比較，若O (An+2 ) < O (An+1 )，對巷道寬度是否滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求進(jìn)行校核，若符合要 求，回到步驟g，直到〇(4。+2)〉〇(4。+1);不滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求時，輸出? (An+1)時巷道的寬度B，此時得到的B/Dmin即為巷道最優(yōu)寬高比。
[0040] 所述的巷道最優(yōu)寬高比具體計算方法為：
[0041] 1)
[0042]
[0043]
[0044] 2)對于無軌運輸：
[0045] 巷道凈寬度Bi = I.5+B/+b/，凈高度Di = O.6+〇/+1/，斷面掘巖面積Si = BKDrM)
[0046] 對于軌道運輸：
[0047] 巷道凈寬度Bi = 3.化b'，凈高度化= 1.8+h'，斷面掘巖面積S2 = B2化2-M)
[004引3)遵循"先高后賞'的原則，WO. Im為梯度，首先對巷道進(jìn)行"降爵'；
[0049] 4)計算"降高"后的凈流量O(Awi)與"降高"前或上一次"降高"后的凈流量O (An) 進(jìn)行比較；
[0050] 5)若O (An+1)<O (An)，對巷道進(jìn)行《煤礦安全規(guī)程》中行人高度要求的校核，若符 合安全生產(chǎn)要求，繼續(xù)步驟3,直到O (An+1)>? (An);不滿足《煤礦安全規(guī)程》中行人高度要 求校核時，輸出O (An)時巷道的高度Dmin;
[0051] 6)其次WO. Im為基準(zhǔn)，對"降高"后巷道進(jìn)行"加寬"W滿足設(shè)備所增加的寬度，從 而確定巷道最優(yōu)寬高比；
[0052] 7)計算"加寬"后的凈流量O (An。）與"加寬"前或上一次"加寬"后的凈流量O (An+l)進(jìn)行比較；
[0053] 8)若〇(An+2)<〇(An+l)，對巷道是否滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求進(jìn)行校核， 若符合要求，繼續(xù)步驟6 )，直到O ( An+2 )〉O ( An+1);不滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求時， 輸出O(AnU)時巷道的寬度B。
[0054] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施作進(jìn)一步的描述：
[0化日]實施例1:具體方法步驟如下：
[0056] a、依據(jù)輔助運輸模式的選擇、回采巷道及工作面設(shè)備的選型W及《煤礦安全規(guī)程》 規(guī)定確定最小外形尺寸成套輔助運輸設(shè)備寬度及高度最大值及〇/、半煤巖巷道合適斷面 尺寸(無軌運輸凈寬度Bi，凈高度化;軌道運輸凈寬度化，凈高度化）；
[0057] b、計算得到巷道圍巖變形量(兩幫移近量b/、頂?shù)装逡平縣/ )、設(shè)備尺寸(最小外 形尺寸成套輔助運輸設(shè)備寬度最大值、高度最大值DO、巷道斷面尺寸(凈寬度Bi、B2,凈高 度化、〇2)及煤層厚度(M)之間的函數(shù)；
[0058] C、基于成本型指標(biāo)的凈流量的大小，結(jié)合礦井工作面實際情況，得出工作面輔助 運輸模式方案下的凈流量O(A)關(guān)于設(shè)備寬度，高度〇/的關(guān)系;具體計算方法為：
[0化9]
[0060]
[0061 ] 對于無軌運輸:巷道凈寬度Bi = 1.5+B/+b/，凈高度化= 0.6+D/+h/，斷面掘巖面積 Si = Bi(Di-M);對于軌道運輸:巷道凈寬度Bi = 3.2+b/，凈高度化=1.8+h/，斷面掘巖面積S2 = B2(化-M);
[0062] d、凈流量O (A)越小對薄煤層綜采工作面的綜合效益越顯著，且凈流量O (A)與設(shè) 備尺寸成正相關(guān)關(guān)系，故而遵循"先高后寬"的原則，即在最大程度的降低回采巷道高度為 基礎(chǔ)進(jìn)行巷道斷面尺寸的合理優(yōu)化；
[0063] e、首先將回采巷道高度WO. Im為基準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)"降高"，即對回采巷道及工作面設(shè) 備（主要是輔助運輸設(shè)備及掘進(jìn)、支護(hù)設(shè)備）進(jìn)行低矮化選型或者研制W滿足巷道的"降 局"；
[0064] f、對"降高"后的凈流量O(Awi)與未降之前的凈流量O (An)進(jìn)行比較，若O(AnU) <〇 (An),對巷道高度是否滿足《煤礦安全規(guī)程》中行人高度要求進(jìn)行校核，若符合《規(guī)程》要 求，回到步驟e，直到O (An+1)>? (An)或不滿足《規(guī)程》要求時，輸出巫（An)時巷道的高度Dmin 即為半煤巖巷道最小高度；
[0065] g、其次對回采巷道寬度WO. Im為基準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)"加寬"W確定巷道最優(yōu)寬高比，即 使巷道滿足其及工作面設(shè)備（主要是輔助運輸設(shè)備及掘進(jìn)、支護(hù)設(shè)備）"降高"所增加的寬 度；
[0066] h、對"加寬"后的凈流量O (An")與未加之前的凈流量O (An+l)進(jìn)行比較，若O (An+2 ) < O (An+1 )，對巷道寬度是否滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求進(jìn)行校核，若符合要 求，回到步驟g，直到?(An+2)〉?(An+l)或不滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求時，輸出O (An+1)時巷道的寬度B，此時得到的B/Dmin即為巷道最優(yōu)寬高比。
【主權(quán)項】
1. 一種確定薄煤層半煤巖巷道斷面尺寸的方法，其特征在于:該方法的具體步驟如下： a、 依據(jù)輔助運輸模式的選擇、回采巷道、工作面設(shè)備的選型以及《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定， 確定最小外形尺寸成套輔助運輸設(shè)備寬度V及高度最大值D'、半煤巖巷道合適斷面尺寸， 所述的半煤巖巷道合適斷面尺寸包括:無軌運輸凈寬度也，凈高度Di;軌道運輸凈寬度出，凈 高度D2; b、 計算得到巷道圍巖變形量、設(shè)備尺寸、巷道合適斷面尺寸及煤層厚度(Μ)之間的函 數(shù);所述的巷道圍巖變形量為兩幫移近量V、頂?shù)装逡平喀?;所述的設(shè)備尺寸為最小外形 尺寸成套輔助運輸設(shè)備寬度最大值V、高度最大值D';所述的巷道合適斷面尺寸為凈寬度 81、82，凈高度〇1、〇2; C、基于成本型指標(biāo)的凈流量的大小，結(jié)合礦井工作面實際情況，得出工作面輔助運輸 模式方案下的凈流量Φ(Α)關(guān)于成套輔助運輸設(shè)備寬度V，高度V的關(guān)系； d、 凈流量Φ (Α)越小對薄煤層綜采工作面的綜合效益越顯著，且凈流量Φ (Α)與成套輔 助運輸設(shè)備尺寸成正相關(guān)關(guān)系，遵循"先高后寬"的原則，即在最大程度的降低回采巷道高 度為基礎(chǔ)進(jìn)行巷道斷面尺寸的合理優(yōu)化； e、 首先將回采巷道高度以0.1m為基準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)"降高"，即對回采巷道及工作面設(shè)備進(jìn) 行低矮化選型或者研制以滿足巷道的"降高"；所述的回采巷道設(shè)備為輔助運輸設(shè)備及掘進(jìn) 設(shè)備，所述的工作面設(shè)備為支護(hù)設(shè)備； f、 對"降高"后的凈流量Φ (An+1)與未降之前的凈流量Φ (An)進(jìn)行比較，若Φ (Αη+1)〈 Φ (An)，對巷道高度是否滿足《煤礦安全規(guī)程》中行人高度要求進(jìn)行校核，若符合《規(guī)程》要求， 回到步驟e，直到Φ (Αη+1)>Φ (An);不滿足《規(guī)程》要求時，輸出Φ (An)時巷道的高度Dmin即為 半煤巖巷道最小高度； g、 其次對回采巷道寬度以〇. lm為基準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)"加寬"以確定巷道最優(yōu)寬高比，即使巷 道滿足其及工作面設(shè)備"降高"所增加的寬度;所述的巷道及工作面設(shè)備是輔助運輸設(shè)備及 掘進(jìn)設(shè)備、支護(hù)設(shè)備； h、 對"加寬"后的凈流量Φ (An+2)與未加之前的凈流量Φ (An+1)進(jìn)行比較，若Φ (Αη+2)〈 Φ (An+1)，對巷道寬度是否滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求進(jìn)行校核，若符合要求，回到步 驟g，直到Φ (Αη+2)>Φ (An+1);不滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求時，輸出Φ (An+1)時巷道 的寬度B，此時得到的B/DmidP為巷道最優(yōu)寬高比。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定薄煤層半煤巖巷道斷面尺寸的方法，其特征在于:所 述的巷道最優(yōu)寬高比具體計算方法為： 1)2)對于無軌運輸： 巷道凈寬度Βρ?.δ+Β'+Ι/，凈高度DfOA+D'+l·/，斷面掘巖面積SfBKDi-M) 對于軌道運輸： 巷道凈寬度^ = 3.2+1/，凈高度02=1.8+1/，斷面掘巖面積S2 = B2(D2-M) 3) 遵循"先高后寬"的原則，以0. lm為梯度，首先對巷道進(jìn)行"降高"； 4) 計算"降高"后的凈流量Φ(Αη+1)與"降高"前或上一次"降高"后的凈流量Φ(Αη)進(jìn)行 比較； 5) 若Φ (Αη+1)〈Φ (Αη)，對巷道進(jìn)行《煤礦安全規(guī)程》中行人高度要求的校核，若符合安全 生產(chǎn)要求，繼續(xù)步驟3,直到Φ(Α η+1)>Φ(Αη);不滿足《煤礦安全規(guī)程》中行人高度要求校核 時，輸出Φ (Αη)時巷道的高度Dmin; 6) 其次以0.1m為基準(zhǔn)，對"降高"后巷道進(jìn)行"加寬"以滿足設(shè)備所增加的寬度，從而確 定巷道最優(yōu)寬高比； 7) 計算"加寬"后的凈流量Φ(Αη+2)與"加寬"前或上一次"加寬"后的凈流量Φ(Αη+1)進(jìn) 行比較； 8) 若〇以"+2)〈〇以11+1)，對巷道是否滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求進(jìn)行校核，若符 合要求，繼續(xù)步驟6)，直到Φ(Α η+2)>Φ(Αη+1);不滿足極限跨距及礦井安全通風(fēng)要求時，輸出 〇(六" +1)時巷道的寬度8。
【文檔編號】G06Q50/02GK105956929SQ201610309648
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】袁永, 屠世浩, 王沉, 馮星, 魏坤
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)