利用CAD模拟法确定综掘巷道直角拐弯抹角尺寸.pdf

第2 期 2 0 1 7 年6 月 水力采煤与管道运输 H Y D R A U L I CC O A LM I N I N G P I P E L I N ET R A N S P O R T A T l0 N N o 2 J u n 2 0 1 7 D O I 1 0 1 4 1 8 7 j cn k i cn l3 1 1 8 5 t n 2 0 1 7 0 2 0 0 5 利用C A D 模拟法确定综掘巷道直角 拐弯抹角尺寸 朱德智 晋城煤业集团成庄矿 山西晋城0 4 8 0 2 1 摘要 为了减小煤矿井下巷道交叉点处控顶面积 确定不同型号的综掘机在不同 宽度的巷道内拐弯抹角尺寸 为顶板管理提供依据 使用C A D 绘图软件模拟各 种型号机组对应不同宽度巷道拐弯抹角尺寸 探索其中的规律 形成作业标准指 导现场施工 项目的实施为现场管理提供了依据 给机组司机拐弯作业拟定了施 工标准 避免了抹角过大导致的控顶面积增大 支护材料浪费和抹角不够大造成 的无法正常掘进 窝工现象 关键词 综掘巷道 直角拐弯 抹角尺寸 C A D 模拟法 中图分类号 T D 2 6 3文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 0 8 9 8 2 0 1 7 0 2 0 0 2 0 0 5 成庄矿是国家 七五 重点建设项目 晋煤集团主力生产矿井之一 矿井于 1 9 8 9 年1 2 月开工建设 1 9 9 7 年9 月投 产 核定生产能力为8 3 0 万t a 井田位于 山西省泽州县下村镇 面积7 4 3k m 2 目前 开采3 煤层 平均厚度6 2 4 m 矿井属高 瓦斯矿井 水文地质条件为中等类型 采 用斜井单水平开拓方式 3 煤划分为五个 盘区 通风方式为分区式 采煤工艺以一 次采全高大采高为主 放顶煤为辅 1 存在的问题 成庄矿为走向长壁后退式综合机械化 放顶煤和大采高采煤法 工作面走向长度 2 0 约为20 0 0 m 随着开采强度与机械化程度 的大幅提高 要求的巷道断面越来越大 回采巷道宽度普遍为5 m 或5 5 m 为解 决瓦斯和抽放问题 回采工作面普遍使用 三巷或四巷的多巷布置方式 回采工作面 巷道布置示意图如图1 所示 辅助进风 巷和回风巷之间每隔6 0 一8 0 m 施工一个 联络横川 横川宽度为4 5 m 或5m 煤巷 掘进全部采用E B Z l5 0 E B Z l6 0 或1 6 0 T Y 等其他型号的掘进机 因综掘机机身普遍 长达9 m 以上 因此在拐弯掘进过程中不 得不向掘进方向内侧抹角以满足机组转弯 需要 由此便造成本就是大断面的巷道交 叉点处跨度更大 朱德智 利用C A D 模拟法确定综掘巷道直角拐弯抹角尺寸第2 期 图1回采工作面巷道布置示意图 巷道交叉点处于两条巷道的贯通处 该处往往位于巷道支承压力叠加区域 顶 板控顶面积大 为矿井巷道支护体系中的 薄弱地带 采煤工作面回采过程中的冒 顶事故大部分发生在巷道交叉口 因此 尽可能地减小巷道交叉点跨度 缩小控顶 面积对于促进矿井安全生产具有重要意 义 根据现场工程实践 同一种型号综掘 机在不同宽度巷道内拐弯需要抹角尺寸是 不同的 所在巷道宽度越大 拐弯越容易 需要的抹角尺寸就越小 在同一条巷道内 使用不同型号的综掘机掘进拐弯时需要的 抹角尺寸也是不同的 综掘机越短 截割 机构摆动幅度越大 拐弯越容易 需要的 抹角尺寸也就越小 事实上现场巷道掘进 实际施工针对巷道抹角没有科学 合理的 作业标准 施工过程中割煤司机为了操作 简便 进退灵活 往往造成现场抹角尺寸 过大 导致交叉口顶板空顶面积增大 这 给矿井顶板管理埋下了隐患 为了减小巷道交叉点处空顶面积 确 定不同型号的综掘机在不同宽度的巷道内 拐弯抹角尺寸 为顶板管理提供依据 达 到保安全 省材料的目的 该矿工程技术 人员梳理矿井常用巷道断面 收集在用的 主要综掘机型号及其技术参数心J 使用 C A D 绘图软件模拟各种型号机组对应不 同宽度巷道拐弯抹角尺寸 J 探索其中的 规律 形成作业标准指导现场施工 2 抹角尺寸模拟方法 2 1 模拟思路 2 1 水力采煤与管道运输 第2 期 根据现场经验可知 拐弯掘进过程中 抹角不够大造成的典型问题就是机组本体 已靠近巷帮 而前方切割头摆到极限角度 仍然无法切割拐弯内侧的煤帮 因此要保 证巷道断面够大且按照要求的方位角掘 进 切割头摆到极限位置后需要与掘进方 向重合 据此建立模型 模拟切割臂极限 角度与掘进方向重合时综掘机的状态 此 状态下综掘机切割头伸人拐人巷道的距离 即为抹角深度 同时综掘机切割头极限状 态下能够切割抹角终点内侧的煤帮而机组 本体不受干扰的位置即为抹角宽度 2 2 模拟方法 2 2 1 基础资料收集 该矿常用的巷道宽度有4 5 m 5m 5 5m 和5 8 m 几种 其中以5 m 宽巷道居 多 此处以5m 巷道为例叙述抹角尺寸模 拟方法 矿井在用综掘机中1 6 0 T Y 型机身最 长 截割头不能伸缩 故以该机型为例进 行叙述 模拟需要的关键技术参数 长度 9 8 m 机身宽度2 5 5m 铲板宽度3 0 m 切割头长度9 0 0 m m 切割机构长度为 36 8 5 m m 最大摆动角度3 7 o 2 2 2 模型建立 根据上述基础参数建立综掘机组拐弯 抹角模型 图2 为正常掘进和拐弯掘进时 综掘机的状态 因现场操作环境特殊 机 组和巷帮之间需要预留一定的安全间隙 因此建立模型时对机组进行了简化 需要 做以下三点说明 2 2 1 综掘机机身宽度为2 5 5m 铲板宽 度为3 0 m 铲板随机身摆动 模拟时机组 宽度按照3 m 考虑 2 机组中部刮板输送机机头实际超出 机组本体 即机尾处实际宽度不足3 m 考 虑到拐弯时机组后方需要吊挂转载机 因 此超出部分实际宽度不考虑 3 切割头为不规则的镐形 模拟时不 考虑切割头的宽度 2 2 3 抹角深度的确定 旋转机身至切割头与掘进方向重合 平移机组保证尾部不超出所在巷道 此时 切割头根部至所在巷道右帮的距离即为抹 角深度 如图3 所示 图2拐弯掘进模型 图3抹角深度的确定 朱德智 利用C A D 模拟法确定综掘巷道直角拐弯抹角尺寸第2 期 2 2 4 抹角宽度的确定 抹角宽度的模拟过程 1 以图4 中切割头根部为圆心 机组 模型左下角至右上角连线长度为半径画 圆 找到圆与机组所在巷道左帮的交点 2 将机组模型左下角放在步骤一确定 的交点处 3 以步骤一确定的交点为基点 旋转 机组模型使切割头摆到图3 中的切割头根 部位置 此时机身与机组所在巷道右侧交 点即为抹角起点 如图4 所示 2 2 5规律 按上述的模拟方法 将结果取整并考 虑一定的富余量 形成了各种型号的综掘 机在不同宽度的巷道内拐弯所需的抹角尺 寸 见表1 综掘机组拐弯掘进时抹角尺 寸受机组长度 宽度 切割臂最大摆角和 所在巷道宽度影响 所在巷道越宽 抹角 宽度和深度越小 抹角尺寸受拐人巷道宽 度影响不大 机组切割臂摆到极限位置后 方向与拐人巷道方向重合时切割头根部至 所在巷道外侧巷帮煤壁垂距决定了抹角深 度 机组切割臂摆到极限位置后切割头能 够切割抹角最深处而机身不受约束的位置 为抹角宽度 图4 抹角宽度的确定 表1 数据为直角拐弯时的施工要求 综掘机拐弯掘进时抹角尺寸受所在巷道宽 度影响最大 抹角宽度加上拐人巷道宽度 即为空帮长度 同一条直巷拐横川 横川 宽度不同 空帮长度也不相同 同种型号 机组在不同宽度的巷道拐弯 巷道宽度之 差即为抹角深度之差 3应用效果 1 抹角尺寸模拟结果的应用 为现场 管理提供了依据 给机组司机拐弯作业拟 定了施工标准 避免了抹角过大导致的控 顶面积增大 支护材料浪费和抹角不够大 造成的无法正常掘进 窝工现象 2 3 2 0 1 7 年6 月 水力采煤与管道运输第2 期 表1各种型号机组对应不同宽度巷道拐弯抹角尺寸 所在巷道巷宽 机组型号 4 5 m 巷道5 m 巷道 5 5 m 巷道5 8 m 巷道 抹角宽度抹角深度抹角宽度抹角深度抹角宽度 抹角深度抹角宽度抹角深度 1 5 0 型 理论值 31 9 035 7 325 8 0 30 9 319 4 525 9 3l5 6 4 22 9 3 9 0 2 3 m 施工要求 1 6 0 型理论值 9 2X 2 5 m 施工要求 1 6 0 T Y 型理论值 40 0 0 34 2 7 45 0 0 33 0 3 40 0 0 36 8 4 40 0 0 39 1 6 9 8 2 5 5 m 施工要求45 0 0 45 0 0 35 0 0 35 0 0 27 7 332 0 4 35 0 035 0 0 27 1 534 3 6 35 0 035 0 0 30 0 0 20 9 3 30 0 0 21 0 3 30 0 0 27 0 4 30 0 0 29 3 6 25 0 0 16 8 4 25 0 0 l7 3 6 25 0 0 24 0 4 25 0 0 26 3 6 30 0 030 0 0 25 0 030 0 0 2 直接经济效益估算 应用该方法确 参考文献 定的抹角宽度较割煤司机经验值普遍缩小 了lm 按照每次拐弯节省一排锚杆估算 1 张荣立 何国纬 采矿工程设计手册 M 现行的最低支护密度条件下每次可节省四 北京 煤炭工业出版社 2 0 0 3 套锚杆 四个钢带托盘和一张3 8 4 m 2 的 2 宁仲良 陈加胜 悬臂式掘进机智能化发 菱形网 合计单价为2 9 1 元 该矿每年掘 展方向初探 J 煤矿现代化 2 0 0 6 进横川数量按照7 0 个估算 则每年可节省 支护材料费用2 03 7 0 元 4 结论 3 林在康 王斌 谭超 采矿C A D 开发及编程 技术 M 徐州 中国矿业大学出版社 1 9 9 8 作者简介 综掘巷道直角拐弯抹角尺寸模拟