一种适用于智能化无人工作面的T型巷道布局的制作方法

本发明涉及矿业工程领域，尤其涉及一种适用于智能化无人工作面的t型巷道布局。

背景技术

近年来，随着我国综合机械化采煤技术装备水平不断提高，无人工作面已成为我国煤炭开采的重要发展方向和趋势。无人工作面的特点在于：将工人从操作工变成巡视工，由设备的自动化替代人工劳动，降低工人的劳动强度；将工人从危险的工作面采场解放到相对安全的区段平巷监控中心，在监控中心对设备进行远程操控，提高工人工作的安全系数。但先进的无人工作面回采系统仍采用传统的巷道布置方式和回采方法，其特点如下：每个工作面的巷道布置均由区段运输平巷、区段回风平巷和采场组成，即u型巷道布置方式；工作面的新鲜风流由区段运输平巷进入采场，通过采场后形成的污风由区段回风平巷排入主要回风巷道；采场设备和辅助材料由区段运输平巷或区段回风平巷运入，采场的煤炭经区段运输平巷运至主要运输通道。由此可见，通风系统、运输系统、回采系统等线路布置较为复杂、分散，不便于集中管理，这种传统回采模式会导致智能化、自动化、无人化的工作面不能完全甚至难以发挥其优势，严重制约大型矿井安全高效开采技术的进一步发展，无法实现煤炭无人化安全高效开采的目标，创新适应无人工作面的开采新模式已具有刻不容缓的必要性和紧迫性。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种解决上述问题的适于智能化无人工作面的t型巷道布局，可大幅减少区段巷道掘进及维护工程量，提高无人工作面的安全性和管理效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种适用于智能化无人工作面的t型巷道布局，盘区煤层划分为多个无人工作面，每个无人工作面的巷道包括一条平巷和一个开切眼；平巷位于无人工作面的一条中轴线上，平行于无人工作面长边且与两长边距离相等；开切眼平行于无人工作面一侧短边且与短边长度相等，平巷将开切眼分为左右对称的两部分；平巷一端与开切眼垂直相连，呈t型布置，平巷另一端分别与盘区运输大巷、盘区回风大巷相连；每个无人工作面巷道布置方式相同，从而形成盘区内无人工作面的巷道布置系统。

其中，所述平巷为机轨合一大跨度巷道，平巷长度1000~3000m，平巷断面为宽度5~7m、高度2.8~3.5m的矩形，平巷底板并排铺设有轨道和无轨胶轮车通道，矿用设备列车在轨道上运行，平巷顶板吊装悬吊式智能自动伸缩皮带输送机。机轨合一大跨度平巷内空间利用合理，设备布置紧凑有序，满足采场通风、运输等要求。

所述开切眼两部分长度均为150~200m，开切眼断面为宽度6~9m、高度3.2~4.5m的矩形；所述开切眼内设备布置为：从开切眼左右两部分端头向t型交叉口依次布置1台智能自移式端头带侧护板支架、2台智能自移式端头无侧护板支架、60~100台智能自移式支撑掩护式支架，且在t型交叉口布置3台智能自移式端头无侧护板支架，形成开切眼的支撑体系；开切眼支撑体系下内侧空间安装1台智能化采煤机，采煤机下方靠近煤壁、自开切眼左右两部分端头向t型交叉口分别布设1台刮板输送机，刮板输送机对接巷道t型交叉口的转载机输送槽一端，其另一端与平巷内的悬吊式智能自动伸缩皮带输送机连接。

在平巷侧帮上部沿平巷方向安装风筒，风筒内端至t型交叉口处向开切眼左右部分分别沿伸至两端头，两端头分别安装1台压入式局扇，平巷内风筒外端连通至盘区回风大巷，且在端头安装1台抽出式局扇，构成无人工作面通风系统。

本发明进一步改进技术方案是，平巷内无轨胶轮车通道的侧帮煤壁每隔60m布设一个硐室，方便无轨胶轮车调车使用。

本发明更进一步改进技术方案是，盘区运输大巷与盘区回风大巷平行，两者与大跨度平巷垂直相交，盘区运输大巷与盘区回风大巷之间的平巷内设有两个风门，防止盘区运输大巷输入的新鲜空气直接回到盘区回风大巷中。

本发明更进一步改进技术方案是，所述开切眼内风筒是柔性可伸缩帆布风筒，其末端与压入式局扇连接。柔性风筒能够适应开切眼内液压支架前后错位移动，满足无人工作面设备要求。

本发明更进一步改进技术方案是，所述平巷内风筒是由每段10m的刚性玻璃钢风筒连接而成。在无人工作面回采过程中，每向前推进一定距离，布置在平巷内的玻璃钢风筒需定期逐节拆除，并及时与对应的可伸缩帆布风筒对接，以保持采场通风安全的需要。

本发明更进一步改进技术方案是，所述柔性可伸缩帆布风筒内安装有风压表和预警器，适时监测控制风筒内风压状况，避免柔性通风管路内负风压过大而闭合堵塞，造成抽出式局扇损坏。

本发明更进一步改进技术方案是，开切眼的左右两部分同时掘进，分两次成巷，初次掘进断面为宽5m、高3.2~4.5m的矩形，二次向内侧帮煤壁扩刷1~4m，形成断面宽度为6~9m、高度3.2~4.5m的矩形。

本发明更进一步改进技术方案是，所述大跨度平巷顶板的支护采用三高锚杆+大跨度简式桁架锚索+金属网+钢带，两帮支护采用三高锚杆+金属网；开切眼的顶板支护采用三高锚杆+大跨度双简式桁架锚索+金属网+钢带，开切眼的外侧帮部支护采用三高锚杆+金属网，开切眼的内侧帮部采用玻璃钢锚杆+尼龙网。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明提供了一种适用于智能化无人工作面的t型巷道布局，简化了无人工作面的巷道布置系统、运输系统和通风系统，仅掘进了一条大跨度平巷，显著减少巷道掘进和维护工程量，降低了巷道掘进设备、围岩支护及工资费用等。大跨度平巷集传统u型巷道系统内的区段运输平巷和区段回风平巷功能于一体，具有设备运输、材料运输、煤炭运输、通风等功能，充分利用巷道空间，便于设备维护和集中管理。

2、本发明的一种适用于智能化无人工作面的t型巷道通风采用混合并联通风方式，充分发挥压入式通风有效射程大和抽出式通风不污染巷道的优点。新鲜风流从平巷进入开切眼至其两端头，采场污浊空气从其两端头压入式局扇吸入风筒，避免了瓦斯等有毒有害气体在工作面端头集聚，保障了工作面环境都处于新鲜风流中，安全性大幅度提高。

3、一个盘区布置有数个无人工作面，数个无人工作面共用一条盘区运输大巷和一条盘区回风大巷。盘区内多个无人工作面的t型巷道可以同时掘进，无人工作面可以同时开采，相互之间不受影响，解决了传统相邻u型工作面的区段巷道掘进相互影响、工作面不能同时开采或顺序开采的难题。

4、本发明能将每个无人工作面的传统u巷道的单个300~400m的超长开切眼，变为两个150~200m的开切眼，工作面通风阻力变小，煤炭运输距离缩短，效率提高。

附图说明

图1为盘区内多个无人工作面巷道布置示意图；

图2是本发明智能化无人工作面的t型巷道布局及设备布置图；

图3是图2的a-a剖面图；

图4是图2的b-b剖面图。

附图标记说明：1、平巷；2、开切眼；2a、开切眼左部分；2b、开切眼右部分；3a、智能自移式端头带侧护板支架；3b、智能自移式端头无侧护板支架；3c、智能自移式支撑掩护式支架；4、智能化采煤机；5、刮板输送机；6、主皮带输送机；7、转载机；8、智能自动伸缩皮带输送机；9、矿用设备列车；10、轨道；11、无轨胶轮车通道；12、调车硐室；13、电缆；14、玻璃钢风筒；15、可伸缩帆布风筒；16、压入式局扇；17、抽出式局扇；18、新鲜风流；19、污风风流；20、风门；21、盘区运输大巷；22、盘区回风大巷。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1~4所示，盘区煤层划分为多个无人工作面（图中示意有3个无人工作面），每个无人工作面的长边为1000~3000m、短边为300~400m；每个无人工作面的巷道包括一条平巷1和一个开切眼2；所述平巷1，位于无人工作面的一条中轴线上，平行于无人工作面的长边且与两长边距离相等；所述开切眼2，平行于无人工作面一侧短边且与短边长度相等，平巷1将开切眼2分为左右对称的两部分2a、2b；平巷1一端与开切眼2垂直相连，呈t型布置，平巷1另一端分别与盘区运输大巷21、盘区回风大巷22相连；每个无人工作面巷道布置方式相同，从而形成盘区内无人工作面的巷道布置系统。

其中，所述平巷1为机轨合一大跨度巷道，平巷1长度为1000~3000m，其断面为宽度5~7m、高度2.8~3.5m的矩形。平巷1内设备布置如下：通风管路固定于平巷1右侧帮上部，悬吊式智能自动伸缩皮带输送机8在平巷1左侧顶板上，电缆13悬挂于平巷左侧帮中上部，平巷右侧底板为无轨胶轮车通道11，平巷左侧底板铺设有轨道10，用于矿用设备列车9运行。平巷1内设备布置紧凑有序，空间利用合理，满足无人工作面通风、设备列车9与无轨胶轮车11通行要求。

其中，所述开切眼2的2a、2b两部分长度均为150~200m，其断面为宽度6~9m、高度3.2~4.5m的矩形。所述开切眼2内设备布置为：从开切眼左右两部分2a、2b端头向t型交叉口依次布置1台智能自移式端头带侧护板支架3a、2台智能自移式端头无侧护板支架3b、60~100台智能自移式支撑掩护式支架3c，且在t型交叉口布置3台智能自移式端头无侧护板支架3b，形成开切眼的支撑体系；开切眼2的支撑体系下方安装1台智能化采煤机4，采煤机4在刮板输送机5上运行；自开切眼左右两部分2a、2b端头向t型交叉口分别布设1台刮板输送机5，刮板输送机5对接t型交叉口的转载机7输送槽一端，其另一端与平巷内的悬吊式智能自动伸缩皮带输送机8连接，皮带输送机8另一端与盘区运输大巷21内的主皮带输送机6连接。

无人工作面形成t型巷道的步骤如下：

在盘区运输大巷21一侧，定位平巷1位置并进行掘进，采用一次成巷方式，掘进与支护交替进行，巷道顶板支护方式为三高锚杆+大跨度简式桁架锚索+金属网+钢带，巷道两帮支护方式为三高锚杆+金属网；

掘进至无人工作面一短边后，进行开切眼2掘进，开切眼2a和2b两部分同时掘进，采用分次成巷方式，初次掘进时开切眼断面的宽×高=5.0×3.2m；掘进与支护交替进行，其顶板支护方式为三高锚杆+大跨度简式桁架锚索+金属网+钢带，开切眼外侧帮部支护方式为三高锚杆+金属网，开切眼内侧帮部采用玻璃钢锚杆支护或布设单体液压支护+护帮板，紧贴煤壁；

开切眼2a和2b分别掘进至无人工作面长边边界后，再进行开切眼2内侧帮煤壁的扩刷作业，内侧帮扩刷宽度为1~4m，最终断面为宽度6~9m、高度3.2~4.5m的矩形；二次扩刷时开切眼顶板支护仍采用三高锚杆+大跨度简式桁架锚索+金属网+钢带，最终形成三高锚杆+大跨度双简式桁架锚索+金属网+钢带的支护形式，开切眼内侧帮部支护方式为玻璃钢锚杆+尼龙网。

所述无人工作面的通风系统，沿平巷方向在其侧帮上部安装风筒14，风筒14由每节10m的玻璃钢风筒连接而成；平巷内玻璃钢风筒14外端连通至盘区回风大巷22且在端头安装1台抽出式局扇17，玻璃钢风筒14内端延伸至距t型交叉口30m处，然后对接柔性可伸缩帆布风筒15；可伸缩帆布风筒15延伸至t型交叉口处，再向开切眼2a、2b部分延伸至两端头的智能自移式端头无侧护板支架3b下方，并连接安装在的压入式局扇16。

其中，盘区运输大巷21与盘区回风大巷22平行，两者与大跨度平巷1垂直相交，盘区运输大巷21与盘区回风大巷22之间的平巷内设有两个风门20，防止盘区运输大巷21送入的新鲜风流直接进入盘区回风大巷22中。

智能化采煤机4割煤方式如下：第1种，采煤机4在t型交叉口斜切进刀，向开切眼2a运行至端头再返回t型交叉口，然后向开切眼2b运行至端头再返回，运行轨迹呈“8”字形；第2种，采煤机4从开切眼2a端头运行至开切眼2b端头，再从2b端头运行至2a端头，运行轨迹呈“z”字形。

煤炭运输系统如下：采煤机4采下来的煤炭，经刮板输送机5运至转载机7输送槽一端，再经转载机7提升至悬吊式智能自动伸缩皮带输送机8上，之后转入盘区运输大巷21的主皮带输送机上。

所述无人工作面的通风系统布置有两个模式：平巷1掘进时，采用抽出式通风；开切眼2掘进和无人工作面回采时，采用混合式通风。盘区运输大巷21与盘区回风大巷22之间的通道设置两个风门20，目的是阻止新鲜风流18直接进入盘区回风大巷22。

其中，平巷1掘进时，采用抽出式通风，抽出式局扇17布置在距离平巷10m以外的盘区回风大巷22帮部；玻璃钢风筒14固定于平巷1右侧帮上部，玻璃钢风筒14每段长度为10m，风筒逐段对接并延伸至距掘进迎头20m处；平巷1掘进结束时，玻璃钢风筒14端头距离t型交叉口距离为30m；通风路径：新鲜风流18经盘区运输大巷21，进入平巷1并输送到掘进迎头，污风19吸入玻璃钢风筒14，排入盘区回风大巷22。

其中，开切眼2a和2b掘进时，采用并联混合式通风，在距离开切眼2a和2b掘进迎头20m处的外侧帮上，分别安装有压入式局扇16，对接可伸缩帆布风筒15，可伸缩帆布风筒15另一端与平巷内玻璃钢风筒14连接；待开切眼2a和2b掘进结束后，2台压入式局扇16分别布置在智能自移式端头无侧护板支架3b下方。通风路径：新鲜风流从平巷1进入开切眼2a、2b部分并到达其端头，污风从开切眼2a、2b两端头的压入式局扇16吸入，经可伸缩帆布风筒15和玻璃钢风筒14，从抽出式局扇17排到盘区回风大巷22。这种混合式通风方式的益处：充分发挥了压入式通风有效射程大和抽出式通风不污染巷道的优点，污浊空气由风筒排除，不污染巷道。

其中，无人工作面回采时，通风方式仍采用并联混合式通风。无人工作面每向前推进一定距离，布置在平巷1的玻璃钢风筒14需定期逐节拆除，并及时与对应的可伸缩帆布风筒15对接，以保持采场通风安全的需要。

需要注意的是，混合式通风系统的外端是1台抽出式局扇17，内端是2台压入式局扇16。通风系统在运行时，应合理控制2台压入式局扇16的功率，可伸缩帆布风筒15内需安装风压表和报警器，适时控制风筒内风压，避免柔性通风管路内负风压过大而闭合堵塞，造成抽出式局扇17损坏。

需要注意的是，为防止无人工作面供风量不足或设备故障而出现安全问题，开切眼2a、2b两端头各配置1台备用压入式局扇16，盘区回风大巷22配置1台备用抽出式局扇17，以确保工作面通风安全。

尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。