CN112196531B - 一种煤矿岩巷小断面智能掘进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿岩巷小断面智能掘进方法，其包括步骤：1)测试巷道围岩动静荷载力学参数；2)基于测得的岩石动静态力学参数，采用数值分析掘进机的截割头截齿与岩石动静态相互作用，通过分析不同截割角度、速度、荷载作用下岩石和截齿的受力状态，建立掘进机截割工作状态参数与不同岩性岩石破碎效率的关联函数；3)确定掘进机空间位置与航向，并根据当前掘进巷道围岩的岩性选择对应的关联函数，并以岩石最大破碎效率为目标实时调整掘进机工作状态参数。本发明煤矿岩巷小断面智能掘进方法，其能在掘进机掘进过程自动选择优化的截割路径，能提高煤矿岩巷小断面掘进效率；并能为选择最佳支护参数提供指导，确保锚固段的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及涉及地下空间，特别是煤矿掘进技术领域，特别涉及一种小断面巷道掘进方法。
背景技术
掘进机的智能化发展迅速，机械种类及其功能也由单一的掘进机演变到掘锚一体化、掘探一体化、掘支一体化等高度集成化、智能化机型。然而现有的掘进机只具备断面监视等功能，但在掘进截割过程中，其不能自动选择优化的截割路径，而截割路径的优化对掘进效率的提升有重要影响。
并且现有技术中，掘进机掘进后并不能智能预测巷道的松动圈厚度，不能为选择最佳支护参数提供指导。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种煤矿岩巷小断面智能掘进方法，以解决现有掘进机在掘进过程中不能自动选择优化截割路径，截割效率较低的技术问题，以及在掘进完成后不能智能预测巷道的松动圈厚度等技术问题。
本发明煤矿岩巷小断面智能掘进方法包括以下步骤：
1)测试巷道围岩动静荷载力学参数：
采用霍普金森压杆测定巷道煤岩的动态破坏强度，及不同冲击荷载、冲击频率、冲击角度下不同岩性岩石的破坏规律；并通过实验巷道测定煤样与岩石的基本物理力学参数，所述的基本物理力学参数包括岩样的单轴抗压强度、抗拉强度、内摩擦角和粘聚力；
2)数值模拟掘进机截割工作状态：
基于步骤1)所测得的岩石动静荷载力学参数，采用数值模拟掘进机截割路径，分析掘进机的截割头截齿与岩石动静态相互作用，通过分析不同截割角度、速度、荷载作用下岩石和截齿的受力状态，建立掘进机截割头在不同截割路径时截割工作状态参数与不同岩性岩石破碎效率的关联函数；
3)对掘进巷道进行激光扫描，获得反射点云数据，再通过数据分析去离散点处理，对巷道形貌进行线性拟合，从而计算巷道中线位置及方向，确定掘进机空间位置与航向；并根据当前掘进巷道围岩的岩性和岩石最大破碎效率选择对应的关联函数，并根据关联函数和当前掘进机截割工作状态参数确定当前的最优截割路径。
进一步，所述的煤矿岩巷小断面智能掘进方法还包括在巷道掘进完成后预测巷道松动圈厚度，其包括步骤：
a)利用FLAC3D/PFC软件，通过计算机数值模拟，分析不同岩性、不同掘进扰动强度下巷道围岩松动圈范围，并结合现场钻孔窥视与地质雷达测试结果，校正数值分析结果；
b)基于校正的松动圈范围，建立不同岩性、机械扰动强度与松动圈的关联函数；
c)根据当前掘进巷道围岩岩性和掘进时的机械扰动强度，通过与松动圈的关联函数预测掘进完成后巷道的松动圈厚度。
本发明的有益效果：
1、本发明煤矿岩巷小断面智能掘进方法，其能在掘进机掘进过程自动选择优化的截割路径，能提高煤矿岩巷小断面掘进效率。
2、本发明煤矿岩巷小断面智能掘进方法，其能在巷道掘进完成后实行对巷道松动圈厚度的预测，能为选择最佳支护参数提供指导，确保锚固段的稳定性。
具体实施方式
本实施例煤矿岩巷小断面智能掘进方法包括以下步骤：
1)测试巷道围岩动静荷载力学参数：
采用霍普金森压杆测定巷道煤岩的动态破坏强度，及不同冲击荷载、冲击频率、冲击角度下不同岩性岩石的破坏规律；并通过实验巷道测定煤样与岩石的基本物理力学参数，所述的基本物理力学参数包括岩样的单轴抗压强度、抗拉强度、内摩擦角和粘聚力。
2)数值模拟掘进机截割工作状态：
基于步骤1)所测得的岩石动静荷载力学参数，采用数值模拟掘进机截割路径，分析掘进机的截割头截齿与岩石动静态相互作用，通过分析不同截割角度、速度、荷载作用下岩石和截齿的受力状态，建立掘进机截割头在不同截割路径时截割工作状态参数与不同岩性岩石破碎效率的关联函数；
3)对掘进巷道进行激光扫描，获得反射点云数据，再通过数据分析去离散点处理，对巷道形貌进行线性拟合，从而计算巷道中线位置及方向，确定掘进机空间位置与航向；并根据当前掘进巷道围岩的岩性和岩石最大破碎效率选择对应的关联函数，并根据关联函数和当前掘进机截割工作状态参数确定当前的最优截割路径。
本实施例煤矿岩巷小断面智能掘进方法，通过掘进机在掘进过程自动选择优化的截割路径，能提高煤矿岩巷小断面掘进效率。
作为对上述实施例的改进，所述的煤矿岩巷小断面智能掘进方法还包括在巷道掘进完成后预测巷道松动圈厚度，其包括步骤：
a)利用FLAC3D/PFC软件，通过计算机数值模拟，分析不同岩性、不同掘进扰动强度下巷道围岩松动圈范围，并结合现场钻孔窥视与地质雷达测试结果，校正数值分析结果；
b)基于校正的松动圈范围，建立不同岩性、机械扰动强度与松动圈的关联函数；
c)根据当前掘进巷道围岩岩性和掘进时的机械扰动强度，通过与松动圈的关联函数预测掘进完成后巷道的松动圈厚度。
本改进实施例煤矿岩巷小断面智能掘进方法，通过在巷道掘进完成后实行对巷道松动圈厚度的预测，能为选择最佳支护参数提供指导，确保锚固段的稳定性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种煤矿岩巷小断面智能掘进方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)测试巷道围岩动静荷载力学参数：
采用霍普金森压杆测定巷道煤岩的动态破坏强度，及不同冲击荷载、冲击频率、冲击角度下不同岩性岩石的破坏规律；并通过实验巷道测定煤样与岩石的基本物理力学参数，所述的基本物理力学参数包括岩样的单轴抗压强度、抗拉强度、内摩擦角和粘聚力；
2)数值模拟掘进机截割工作状态：
基于步骤1)所测得的岩石动静荷载力学参数，采用数值模拟掘进机截割路径，分析掘进机的截割头截齿与岩石动静态相互作用，通过分析不同截割角度、速度、荷载作用下岩石和截齿的受力状态，建立掘进机截割头在不同截割路径时截割工作状态参数与不同岩性岩石破碎效率的关联函数；
3)对掘进巷道进行激光扫描，获得反射点云数据，再通过数据分析去离散点处理，对巷道形貌进行线性拟合，从而计算巷道中线位置及方向，确定掘进机空间位置与航向；并根据当前掘进巷道围岩的岩性和岩石最大破碎效率选择对应的关联函数，并根据关联函数和当前掘进机截割工作状态参数确定当前的最优截割路径。
2.根据权利要求1所述的煤矿岩巷小断面智能掘进方法，其特征在于，还包括在巷道掘进完成后预测巷道松动圈厚度，其包括步骤：
a)利用FLAC3D/PFC软件，通过计算机数值模拟，分析不同岩性、不同掘进扰动强度下巷道围岩松动圈范围，并结合现场钻孔窥视与地质雷达测试结果，校正数值分析结果；
b)基于校正的松动圈范围，建立不同岩性、机械扰动强度与松动圈的关联函数；
c)根据当前掘进巷道围岩岩性和掘进时的机械扰动强度，通过与松动圈的关联函数预测掘进完成后巷道的松动圈厚度。
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