CN103104290A - 一种井下综采工作面大角度过拐点方法 - Google Patents

一种井下综采工作面大角度过拐点方法 Download PDF

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Abstract

一种井下综采工作面大角度过拐点方法，属于井下综采工作面过拐点方法。提出了综采工作面在10°—40°拐点范围内扇形布置；通过转载机长度与极限回转长度的比较，确定运输巷是否需要扩帮；确定了过拐点过程中的扩帮参数；扩帮后在转载机与皮带机之间铺设刮板输送机解决接煤问题；确定了过拐点的工作面推进参数，指导工作面过扇形时机头与机尾的推进工作；通过扇形段后，转载机直接与皮带搭接，工作面机头机尾同步推进，实现正常生产。本发明解决了综采工作面大角度过拐点时转载机如何回转、运输巷如何扩帮、工作面如何推进的技术问题，为拐点范围内综采工作面布置、设备配套、扩帮设计和回采推进工作做出指导，方法简单、技术可行，具有广泛的实用性。

Description

一种井下综采工作面大角度过拐点方法
技术领域
本发明涉及一种井下综采工作面过拐点方法，特别是一种井下综采工作面大角度过拐点方法。
背景技术
煤层赋存受断层等地质构造影响时易发生较大变化，导致工作面在推进的过程中必须大角度过拐点，煤矿井下综采工作面过10°—40°拐点的工作面布置、设备配套、回采巷道设计与支护导致工作面生产将面临以下问题：第一，综采工作面的转载机长度为25m—60m，由于其不能弯曲，在过拐点过程中如果运输巷不扩帮，转载机将面临无法回转的困难；第二，运输巷扩帮时，如何确定扩帮的范围与深度，扩帮后巷道断面增大如何进行合理支护；第三，过拐点过程中，机头与机尾推进度不同，不能同步推进，如何确定推进刀数与长短刀比例来协调生产。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服综采工作面过10°—40°拐点中存在的技术问题，提供一种方法简单、技术合理、易于使用的井下综采工作面大角度过拐点方法。
技术方案：本发明的井下综采工作面大角度过拐点方法，步骤如下：
步骤一、拐点范围内工作面采用扇形布置：
a、综采工作面过角度为10°—40°的拐点时，利用几何方法，确定拐点圆心、内外半径与内外弧长；
b、在拐点范围内将工作面采用扇形布置；
步骤二、通过转载机长度与极限回转长度的比较确定运输巷是否需要扩帮：
a、确定转载机极限回转长度，公式为                                               
Figure 2013100450564100002DEST_PATH_IMAGE002
，式中为转载机极限回转长度、N为原始设计下运输巷宽度、 w为转载机宽度、k为转载机到煤壁的安全间隙、θ为工作面拐点角度；
b、将运输巷条件下的
Figure 312201DEST_PATH_IMAGE004
的计算结果与转载机长度比较，如转载机长度大于，则运输巷需要通过扩帮来解决转载机因不能弯曲而在运输巷内无法回转的问题；
步骤三，确定扩帮参数，设计扩帮后运输巷支护方案：
a、确定提前扩帮长度，公式为，式中a为提前扩帮长度；
b、确定扩帮深度，公式为
Figure 2013100450564100002DEST_PATH_IMAGE008
，M为扩帮后运输巷宽度；
c、根据计算得到的运输巷扩帮参数，通过锚杆支护理论分析与数值模拟的手段确定支护方案；
步骤四，进行扩帮施工，并调整运输设备配套：
a、根据步骤三的扩帮参数和支护方案对运输巷进行扩帮；
b、扩帮后扇形段内转载机可回转但不能弯曲，在转载机与皮带机之间铺设刮板输送机解决接煤问题；
步骤五，确定过拐点的工作面推进参数，指导现场生产：
a、确定工作面机头推进距，公式为
Figure 2013100450564100002DEST_PATH_IMAGE010
 ，式中T为工作面机头推进距离；
b、确定工作面推进刀数，公式为
Figure 2013100450564100002DEST_PATH_IMAGE012
，式中j为机头每刀深度，按割煤机每刀截割深度取值；
c、确定每刀推进角度，公式为
Figure 2013100450564100002DEST_PATH_IMAGE014
  ，式中β为每刀推进角度；
d、确定长短刀比例，公式为
Figure 2013100450564100002DEST_PATH_IMAGE016
，式中i为机尾每刀深度、L为综采工作面长度；
e、根据工作面推进参数，指导工作面过扇形时机头与机尾的推进工作；
步骤六，通过扇形段后，转载机直接与皮带搭接，工作面机头机尾同步推进，实现正常生产。
有益效果，由于采用了上述方案，提出了综采工作面在10°—40°拐点范围内扇形布置，通过转载机长度与极限回转长度的比较确定了运输巷扩帮的必要性；通过几何分析与现场实际结合确定了过拐点过程中的扩帮参数与工作面推进参数计算方法；通过转载机与皮带机之间铺设刮板输送机进行合理搭接解决了过拐点过程中的接煤问题；解决了综采工作面大角度过拐点时转载机如何回转、运输巷如何扩帮、工作面如何推进的技术问题，为拐点范围内综采工作面布置、设备配套、扩帮设计和回采推进工作做出指导，方法简单、技术可行，具有广泛的实用性。
附图说明
图1-1为扩帮前转载机无法回转示意图。
图1-2为扩帮后转载与皮带之间铺设刮板输送机示意图。
图1-3为推进合适后转载机直接与皮带搭接示意图。
图2为转载机极限回转模型图。
图3为运输巷扩帮模型图。
图4为长短刀比例模型图。
图中，θ、工作面拐点角度；α、转载机半长对应的圆心角度；N、原始设计下运输巷宽度；M、扩帮后运输巷宽度；b、转载机长度；a、提前扩帮长度；L、综采工作面长度；T、工作面机头推进距离；j、机头每刀深度；i、机尾每刀深度；β、每刀推进角度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
实施例1：井下综采工作面大角度过拐点方法，步骤如下：
步骤一、拐点范围内工作面采用扇形布置：
a、综采工作面过角度为10°—40°的拐点时，利用几何方法，确定拐点圆心、内外半径与内外弧长；
b、在拐点范围内将工作面采用扇形布置；
步骤二、通过转载机长度与极限回转长度的比较确定运输巷是否需要扩帮：
a、确定转载机极限回转长度，公式为，式中
Figure 776878DEST_PATH_IMAGE004
为转载机极限回转长度、N为原始设计下运输巷宽度、 w为转载机宽度、k为转载机到煤壁的安全间隙、θ为工作面拐点角度；
b、将运输巷条件下的
Figure 824468DEST_PATH_IMAGE004
的计算结果与转载机长度比较，如转载机长度大于
Figure 134227DEST_PATH_IMAGE004
，则运输巷需要通过扩帮来解决转载机因不能弯曲而在运输巷内无法回转的问题；
步骤三，确定扩帮参数，设计扩帮后运输巷支护方案：
a、确定提前扩帮长度，公式为
Figure 18000DEST_PATH_IMAGE006
，式中a为提前扩帮长度；
b、确定扩帮深度，公式为，M为扩帮后运输巷宽度；
c、根据计算得到的运输巷扩帮参数，通过锚杆支护理论分析与数值模拟的手段确定支护方案；
步骤四，进行扩帮施工，并调整运输设备配套：
a、根据步骤三的扩帮参数和支护方案对运输巷进行扩帮；
b、扩帮后扇形段内转载机可回转但不能弯曲，在转载机与皮带机之间铺设刮板输送机解决接煤问题；
步骤五，确定过拐点的工作面推进参数，指导现场生产：
a、确定工作面机头推进距，公式为
Figure 973504DEST_PATH_IMAGE010
 ，式中T为工作面机头推进距离；
b、确定工作面推进刀数，公式为
Figure 454164DEST_PATH_IMAGE012
，式中j为机头每刀深度，按割煤机每刀截割深度取值；
c、确定每刀推进角度，公式为
Figure 556725DEST_PATH_IMAGE014
  ，式中β为每刀推进角度；
d、确定长短刀比例，公式为
Figure 476139DEST_PATH_IMAGE016
，式中i为机尾每刀深度、L为综采工作面长度；
e、根据工作面推进参数，指导工作面过扇形时机头与机尾的推进工作；
步骤六，通过扇形段后，转载机直接与皮带搭接，工作面机头机尾同步推进，实现正常生产。
综采工作面走向长度1200m，当推采至886m处，工作面将整体通过28°的大角度拐点。工作面长度150m，回采巷道原始设计尺寸为宽4.2m，高3m。超前支护柱间距为1.5m。转载机长度为60m，槽宽均为900mm；采煤机截割深度为800mm。
对综采工作面过拐点过程中转载机的回转状态进行分析，图1-1为运输巷未扩帮前，转载机可能面临无法回转的情况；图1-2为运输巷扩帮后，转载机可回转，但因其不能弯曲，为解决与皮带接煤的问题，在转载与皮带之间铺设刮板输送机；图1-3为当转载机可以基本通过，推进到一个合适的距离后，将转载机直接与皮带搭接。
有某个长度的转载机可以在运输巷不扩帮的情况下恰好回转，这个长度可称为极限回转长度，转载机长度小于极限回转长度则可顺利回转，大于极限回转长度则不可顺利回转。取其回转到扇形工作面拐点中部时的状态，建立转载机极限回转模型的几何模型进行分析，得到转载机的极限回转长度
Figure 2013100450564100002DEST_PATH_IMAGE018
。
过拐点时工作面呈扇形布置，通过对扩帮后转载机恰好能顺利回转的条件进行分析，可得到运输巷扩帮模型的模型。对转载机机尾一侧进行三角相似分析，可以得到提前扩帮长度
Figure 2013100450564100002DEST_PATH_IMAGE020
；对转载机与半径垂直处进行三角相似分析，可以得到扩帮深度。在图3中，扇形工作面的外弧长度即过拐点过程中的机头推进距为
Figure 2013100450564100002DEST_PATH_IMAGE024
 , 则过拐点过程中推进刀数。在扇形工作面过拐点时，分析每刀的推进过程，可以建立如图4的模型，每刀推进角度
Figure 2013100450564100002DEST_PATH_IMAGE028
，根据每刀推进角度的三角关系，可以得到长短刀比例
Figure 2013100450564100002DEST_PATH_IMAGE030
。
通过前述分析，进行计算得到：极限回转长度为14.66m，小于转载机长度60m，则运输巷必须扩帮；提前扩帮长度26.4m，扩帮深度为3.94m；工作面过拐点过程中推进刀数为62，长短刀比例为2.5:1。
在过拐点的现场实际中，工作面扇形布置，在转载机与皮带输送机之间铺设了一部刮板输送机来解决接煤问题；提前扩帮范围为转角前30m以内，深度为4m，机头与机尾进刀比例为2.5:1；扩帮后运输巷断面增大，在机头采用双排支柱支护，一梁四柱，排距0.5m，在行人侧靠煤壁加打木垛加强支护。  

Claims (1)

1.一种井下综采工作面扇形布置大角度过拐点方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、拐点范围内工作面采用扇形布置：
a、综采工作面过角度为10°—40°的拐点时，利用几何方法，确定拐点圆心、内外半径与内外弧长；
b、在拐点范围内将工作面采用扇形布置；
步骤二、通过转载机长度与极限回转长度的比较确定运输巷是否需要扩帮：
a、确定转载机极限回转长度，公式为                                               
Figure 2013100450564100001DEST_PATH_IMAGE002
，式中
Figure 2013100450564100001DEST_PATH_IMAGE004
为转载机极限回转长度、N为原始设计下运输巷宽度、 w为转载机宽度、k为转载机到煤壁的安全间隙、θ为工作面拐点角度；
b、将运输巷条件下的的计算结果与转载机长度比较，如转载机长度大于
Figure 2013100450564100001DEST_PATH_IMAGE006
，则运输巷需要通过扩帮来解决转载机因不能弯曲而在运输巷内无法回转的问题；
步骤三，确定扩帮参数，设计扩帮后运输巷支护方案：
a、确定提前扩帮长度，公式为
Figure 2013100450564100001DEST_PATH_IMAGE008
，式中a为提前扩帮长度；
b、确定扩帮深度，公式为
Figure 2013100450564100001DEST_PATH_IMAGE010
，M为扩帮后运输巷宽度；
c、根据计算得到的运输巷扩帮参数，通过锚杆支护理论分析与数值模拟的手段确定支护方案；
步骤四，进行扩帮施工，并调整运输设备配套：
a、根据步骤三的扩帮参数和支护方案对运输巷进行扩帮；
b、扩帮后扇形段内转载机可回转但不能弯曲，在转载机与皮带机之间铺设刮板输送机解决接煤问题；
步骤五，确定过拐点的工作面推进参数，指导现场生产：
a、确定工作面机头推进距，公式为
Figure 2013100450564100001DEST_PATH_IMAGE012
 ，式中T为工作面机头推进距离；
b、确定工作面推进刀数，公式为
Figure 2013100450564100001DEST_PATH_IMAGE014
，式中j为机头每刀深度，按割煤机每刀截割深度取值；
c、确定每刀推进角度，公式为 ，式中β为每刀推进角度； 
d、确定长短刀比例，公式为
Figure 2013100450564100001DEST_PATH_IMAGE018
，式中i为机尾每刀深度、L为综采工作面长度；
e、根据工作面推进参数，指导工作面过扇形时机头与机尾的推进工作；
步骤六，通过扇形段后，转载机直接与皮带搭接，工作面机头机尾同步推进，实现正常生产。
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