本发明专利技术公开了一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法，其方法包括：首先获取大断面巷道开拓布置参数，并基于开拓布置参数获取大断面掘进充填留巷工艺执行过程参数，再通过开拓布置参数及执行过程参数，计算大断面掘进装备截割速度及产能，最后通过截割速度及产能计算大断面掘进‑充填‑留巷一体化工艺产能与时间，并核算大断面掘进‑充填‑留巷一体化装备选型能力；本发明专利技术通过大断面巷道的开拓布置参数和大断面掘进充填留巷工艺执行过程参数，对相关生产装备的参数进行匹配，从而选择适配的装备，可提高资源利用率，同时降低能耗，具有降本增效的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿开采装备，具体涉及一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法。
技术介绍
1、煤矿充填开采是一种绿色可循环采煤方法，旨在通过将废弃的煤矿工作面和巷道填充，以达到减少煤矸石和废弃物的排放、降低对环境的不良影响、改善采空区的稳定性、减少矿井塌陷和瓦斯爆炸等事故的风险。
2、大断面掘进充填留巷是一种“前掘后充”蠕动前进、一次形成巷道的采掘工艺，其对应的开采装配的选型配套及其关键，需要根据具体的矿井条件、充填方式、充填材料等多个因素进行考虑，如：充填方式：胶结充填则需重点考虑输送装备、混合装备和注浆装备，干式充填则需重点考虑使用破碎装备和输送装备；充填材料：则需要因所充填材料(尾砂、矸石、水泥等)不同而考虑运输方式和装备分布方式；安全要求：则需要考虑所选装备符合安全标准，并有必要的安全功能，以减少事故风险，可长时间可持续稳定运行；维护和可操作性：则需要考虑所选装备容易维护、减少停工时间，提高生产效率。成本效益：则需要考虑所选装备的购置、运营和维护成本需要与预期的生产效益相匹配。因此，从上述大断面掘进充填留巷采掘新型工艺的复杂性和相应装备选型配套设计的多因素扰动看，针对合理、科学的装备选型方案是实现大断面掘进充填留巷采掘新型工艺的重要保障前提。
3、目前，针对大断面掘进充填留巷采掘装备配套过程中，缺乏一套系统的适用于该大断面掘进充填留巷采掘工艺的装备选型理论计算方法，致使所选装备可能会出现“大马拉小车”、“小马拉大车”(即装备功率过大或过小)、装备间协同性差、作业空间干涉等工程问题。
4、通过文献检索，文献号为[doi:10.3969/j.issn.1672-5050.2014.05.015]的文献，提供了一种面向常规综采工作面的采煤机配套选型与参数计算方法。由于不涉及与充填装备的协同配合工艺，缺乏考虑本专利技术所提出的大断面掘进步距与充填步距的移动节拍速度核算及设备能力核算。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法，基于大断面巷道的开拓布置参数和大断面掘进充填留巷工艺执行过程参数进行计算，得到掘进机的截割速度和产能、刮板运输机、转载机及皮带机的运输能力、液压支架的跟机速度、充填泵功率，根据得到的数据进行装备匹配选择，避免了功率过大或过小的不匹配问题，可最大限度利用资源，降低能耗。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法，包括以下步骤：
4、步骤1：获取大断面巷道开拓布置参数；
5、步骤2：基于步骤1获取的开拓布置参数获取大断面掘进充填留巷工艺执行过程参数；
6、步骤3：基于步骤1获取的开拓布置参数及步骤2获取的执行过程参数，计算大断面掘进装备截割速度及产能；
7、步骤4：基于步骤3的结果计算大断面掘进-充填-留巷一体化工艺产能与时间；
8、步骤5：基于步骤4的结果核算大断面掘进-充填-留巷一体化装备选型能力。
9、所述步骤1中的开拓布置参数包括大断面宽度a、大断面高度h1、充填体宽度b、充填体高度h2、回风顺槽宽度c1、回风顺槽高度h3、运输顺槽宽度c2及运输顺槽高度h4，单位均为mm，且满足：
10、a-b＝c1+c2 (1)
11、c1＝c2＝c (2)
12、h1＝h2＝h3＝h4＝h (3)。
13、所述步骤2中的执行过程参数包括掘进大断面面积s1及充填断面面积s2：
14、s1＝a×h1 (4)
15、s2＝b×h2 (5)。
16、所述的步骤3具体包括：
17、步骤3.1：基于式(4)计算单刀煤产量q1：
18、q1＝a×h1×g×r1×k (6)
19、式中，g为掘进机的截割深度，单位为mm；r1为煤的密度，单位为t/m3；k为采煤机割煤回收率，回收率为0.9～1.0；
20、步骤3.2：计算单刀截割速度v1：
21、
22、式中，su为掘进机开机率；
23、步骤3.3：基于步骤3.2的单刀截割速度v1计算单刀截割时间t1：
24、
25、式中，ljk为掘进机/采煤机机身宽度，单位为mm；3×ljk+a为单刀循环行程；
26、步骤3.4：将步骤3.2的单刀截割速度v1代入式(6)，计算大断面开采小时产量q1：
27、q1＝60×v1×g×h1×r1×k (9)。
28、所述的步骤4具体包括：
29、步骤4.1：获取装备布置长度为l1，且满足：
30、l1≥l1+l2+l3 (10)
31、式中，l1表示前部充填支架控顶距的长度，l2表示后部一次充填长度，l3表示掘进机一次截割深度；
32、在装备布置长度满足式(10)的情况下，则布置时间t2：
33、
34、步骤4.2：获取充填步距l0：
35、
36、式中，n取整数；lkd表示由地质钻孔岩层数据仿真及实验所得的顶板稳定情况的充填步距，单位为mm；g表示掘进机的截割深度，单位为mm；
37、则掘进机每前进n个截割深度，掘进机充填步距l0所需时间t3：
38、t3＝n×t1 (13)
39、则前掘后充过程装备推进一个循环用时t4：
40、
41、式中，α为跟架用时，fp为跟机率算；
42、步骤4.3：基于步骤4.2中充填步距l0，获取掘进机每前进n个截割深度进行一次充填所需注浆材料体积v0及所需充填注浆材料重量z：
43、v0＝s2×l0 (15)
44、z＝r2×v0 (16)
45、式中：r2表示充填珠江材料的密度，单位为t/m3；
46、充填体步距为l0，充填材料重量为z所需要的管路注浆时间t'5：
47、
48、式中：β表示选用充填泵的排量，单位为m3/h，su表示开机率；
49、充填体步距为l0，充填材料重量为z，则材料管路充填与养护凝固总时间t5：
50、t5＝t'5+t″5 (18)
51、式中：t″5表示充填体步距为l0、充填材料重量为z，所需要的养护与凝固时间；
52、步骤4.4：在步骤4.2和步骤4.3的基础上，判断在充填步距为l0时，装备推进时间t4与浆料充填与养护凝固总时间t5的大小关系：
53、当t5≤t4时，单日掘进循环次数m：
54、
55、当t5>t4时，单日掘进循环次数m：
56、
57、则在此推进速度下，大断面的煤炭产量为：
58、单日产能：
5本文档来自技高网
...
【技术保护点】
1.一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法，其特征在于，所述步骤1中的开拓布置参数包括大断面宽度A、大断面高度H1、充填体宽度B、充填体高度H2、回风顺槽宽度C1、回风顺槽高度H3、运输顺槽宽度C2及运输顺槽高度H4，单位均为mm，且满足：
3.根据权利要求1所述的一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法，其特征在于，所述步骤2中的执行过程参数包括掘进大断面面积S1及充填断面面积S2：
4.根据权利要求1所述的一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法，其特征在于，所述的步骤3具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法，其特征在于，所述的步骤4具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法，其特征在于，所述的步骤5具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法，其特征在于，所述步骤1中的开拓布置参数包括大断面宽度a、大断面高度h1、充填体宽度b、充填体高度h2、回风顺槽宽度c1、回风顺槽高度h3、运输顺槽宽度c2及运输顺槽高度h4，单位均为mm，且满足：
3.根据权利要求1所述的一种大断面仿生掘进充填留巷开采工艺的装备选型方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：何龙龙，李海宁，刘浪，吴悦，朱梦博，李柏阳，潘源源，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。