一种用于掘进工作面的全断面两次自主截割方法与流程

1.本发明涉及煤矿掘进技术领域，特别是涉及一种用于掘进工作面的全断面两次自主截割方法。


背景技术：

2.随着煤矿开采规模和煤巷掘进断面面积的不断扩大，巷道掘进的强度及难度也急剧增加，相比于综采工作面，绝大多数巷道掘进采用的悬臂式掘进机都采用人工操作，施工时掘进机司机通过目视迎头断面上的激光光斑控制截割头进行割煤，掘进施工工程质量很大程度上取决于司机的经验和熟练程度。司机人工操作掘进机多次移动设备进行割煤，迎头工作面至少2～3名作业人员进行操作指挥，作业人员劳动强度大，掘进效率低，迎头容易发生垮塌，掉块，造成不安全的隐患。
3.针对现有巷道大断面掘进存在的问题，提供一种用于掘进工作面的全断面两次自主截割工艺，使作业人员远离迎头工作面危险区域，减少了设备后退移机时间，降低了作业人员的劳动强度，提高了工作面的掘进效率，消除了作业人员的安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于掘进工作面的全断面两次自主截割方法，以解决现有技术中由人工操作和指挥截割作业带来的作业人员劳动强度大、掘进效率低以及后退移机不便等问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明公开了一种用于掘进工作面的全断面两次自主截割方法，包括如下步骤：
7.s1、在巷道内第一侧，掘进机的中心线与巷道中心线平行，使掘进机自主向前行走到迎头煤壁，向前进行截割，截割至预定深度后进入步骤s2；
8.s2、掘进机后退移机至巷道第二侧，且掘进机的中心线最终与巷道中心线平行，以使掘进机的截割头正对迎头煤壁；
9.s3、掘进机自主向前行走到迎头煤壁，沿着断面截割路径进行截割，截割至预定深度后进入步骤s4；
10.s4、掘进机后退移机至巷道第一侧，且掘进机的中心线最终与巷道中心线平行，以使掘进机的截割头正对迎头煤壁；
11.循环进行步骤s1～步骤s4；
12.其中，第一侧为巷道的左帮，第二侧为巷道的右帮；或，第一侧为巷道的右帮，第二侧为巷道的左帮。
13.优选地，步骤s2具体为，将掘进机靠近第一侧的履带调整至倒退速度v1，将掘进机靠近第二侧的履带调整至倒退速度v2，使掘进机沿第一圆弧后退至巷道中心线；将掘进机靠近第二侧的履带调整至倒退速度v1，将掘进机靠近第一侧的履带调整至倒退速度v2，使掘进机沿第二圆弧后退至巷道第二侧；将掘进机两侧履带速度调整为零；第一圆弧与第二
圆弧长度相等，v1》v2。
14.优选地，步骤s4具体为，将掘进机靠近第二侧的履带调整至倒退速度v1，将掘进机靠近第一侧的履带调整至倒退速度v2，使掘进机沿第三圆弧后退至巷道中心线；将掘进机靠近第一侧的履带调整至倒退速度v1，将掘进机靠近第二侧的履带调整至倒退速度v2，使掘进机沿第四圆弧后退至巷道第一侧；将掘进机两侧履带速度调整为零；第三圆弧与第四圆弧长度相等。
15.优选地，掘进机的后端搭接用于将煤炭向后输送的带式转载机。
16.优选地，掘进机的后端搭接用于将煤炭向后输送的皮带机自移机尾。
17.优选地，掘进机的后端搭接用于操控掘进机的智能化集控中心。
18.优选地，掘进机安装有惯性导航系统和控制箱，惯性导航系统与控制箱电连接。
19.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
20.本发明通过两次自主截割完成全断面截割，截割方法的步骤固定，掘进机可在控制设备的预设程序控制下完成，从而减少人工操作，解决现有技术中由人工操作和指挥掘进机的截割作业带来的作业人员劳动强度大、掘进效率低以及后退移机不便等问题。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为全断面两次自主截割路径示意图；
23.图2为掘进机自主前进截割及后退移机的一部分路线示意图；
24.图3为掘进机自主前进截割及后退移机的又一部分路线示意图；
25.附图标记说明：
26.a点为掘进机的开机位置；
27.b点为掘进机的左帮断面截割起点位置；
28.c点为掘进机的左帮断面截割终点位置，也是左帮后退移机起点位置；
29.d点为圆弧ce上掘进机的中心线与巷道中心线夹角为10
°
的位置；
30.e点为圆弧ce上和圆弧eg上掘进机的中心线与巷道中心线夹角为19
°
的位置；
31.f点为圆弧eg上掘进机的中心线与巷道中心线夹角为9
°
的位置；
32.g点为掘进机的后退移机右帮终点位置；
33.h点为掘进机的右帮断面截割起点位置；
34.i点为掘进机的右帮断面截割终点位置；
35.j点为掘进机一个截割循环左帮停机点位置；
36.l1为a点与b点的距离；
37.l2为b点与c点的距离；
38.l3为g点与h点的距离；
39.l4为掘进机后退移机路线沿巷道中心线的投影长度；
40.l5为掘进机在巷道左帮时，掘进机中心线到巷道左帮的距离；
41.l6为掘进机在巷道右帮时，掘进机中心线到巷道右帮的距离；
42.l7为巷道高度；
43.l8为巷道宽度；
44.r1为圆弧ce的半径,圆弧ce的圆心为o1；
45.r2为圆弧eg的半径,圆弧eg的圆心为o2。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.本发明的目的是提供一种用于掘进工作面的全断面两次自主截割方法，以解决现有技术中由人工操作和指挥截割作业带来的作业人员劳动强度大、掘进效率低以及后退移机不便等问题。
48.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本实施例中，前后方向平行于巷道中心线，左右方向垂直于巷道中心线。本实施例中，掘进机为悬臂式掘进机，根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它类型的掘进机。本实施例中，a点、b点、c点、d点、e点、f点、g点、h点、i点、j点均为掘进机所在位置，此处将掘进机简化为质点以便于描述。本实施例中，掘进机在巷道左帮掘进形成左断面，掘进机在巷道右帮掘进形成右断面。图1中示出了掘进机的悬臂端部在截割左断面时的移动路径，以及掘进机的悬臂端部在截割右断面时的移动路径，本领域技术人员也可选择其它移动路径。
49.参照图1～图3，本实施例提供一种用于掘进工作面的全断面两次自主截割方法，包括如下步骤：
50.s1、在巷道内第一侧，掘进机的中心线与巷道中心线平行，使掘进机自主向前行走到迎头煤壁，向前进行截割，截割至预定深度后进入步骤s2。在此步骤中，掘进机的中心线与巷道中心线平行。
51.s2、掘进机后退移机至巷道第二侧，且在后退移机完成后，掘进机的中心线与巷道中心线平行，以使掘进机的截割头正对迎头煤壁。
52.s3、掘进机自主向前行走到迎头煤壁，沿着断面截割路径进行截割，截割至预定深度后进入步骤s4。在此步骤中，掘进机的中心线与巷道中心线平行。
53.s4、掘进机后退移机至巷道第一侧，且在后退移机完成后，掘进机的中心线与巷道中心线平行，以使掘进机的截割头正对迎头煤壁。
54.循环进行步骤s1～步骤s4。
55.其中，第一侧为巷道的左帮，第二侧为巷道的右帮；或，第一侧为巷道的右帮，第二侧为巷道的左帮。本实施例中，第一侧为巷道的左帮，第二侧为巷道的右帮。
56.本实施例用于掘进工作面的全断面两次自主截割方法的工作原理如下：
57.巷道左帮和巷道右帮的位置是固定的，两者关于巷道的中心线对称。因此，每次后退移机完成后，掘进机与巷道中心线的垂直距离均相同，从而通过两次自主截割完成全断
面截割。当掘进断面面积大于掘进机的实际截割面积时，可采用本实施例的上述方法完成截割。上述截割方法的步骤固定，掘进机可在控制设备的预设程序控制下完成，从而减少人工操作，解决现有技术中由人工操作和指挥掘进机的截割作业带来的作业人员劳动强度大、掘进效率低以及后退移机不便等问题。
58.需要说明的是，步骤s2与步骤s4中，后退移机的路线可以根据实际需要进行选择，只要保证掘进机后退移机完成后，其位置在巷道的左帮或右帮，且掘进机的中心线与巷道中心线平行即可。
59.作为一种可能的示例，本实施例中，步骤s2具体为，将掘进机靠近第一侧的履带调整至倒退速度v1，将掘进机靠近第二侧的履带调整至倒退速度v2，使掘进机沿第一圆弧后退至巷道中心线；将掘进机靠近第二侧的履带调整至倒退速度v1，将掘进机靠近第一侧的履带调整至倒退速度v2，使掘进机沿第二圆弧后退至巷道第二侧；将掘进机两侧履带速度调整为零；第一圆弧与第二圆弧长度相等，v1》v2。显然，第一圆弧和第二圆弧以两者的连接位置为中心呈中心对称，由于在后退移机的初始位置掘进机的中心线与巷道中心线平行，在后退移机的最终位置掘进机的中心线也会与巷道中心线平行。
60.作为一种可能的示例，本实施例中，步骤s4具体为，将掘进机靠近第二侧的履带调整至倒退速度v1，将掘进机靠近第一侧的履带调整至倒退速度v2，使掘进机沿第三圆弧后退至巷道中心线；将掘进机靠近第一侧的履带调整至倒退速度v1，将掘进机靠近第二侧的履带调整至倒退速度v2，使掘进机沿第四圆弧后退至巷道第一侧；将掘进机两侧履带速度调整为零；第三圆弧与第四圆弧长度相等。
61.作为一种可能的示例，本实施例中，掘进机的后端可以搭接用于将煤炭向后输送的带式转载机，用于将煤炭向后输送的皮带机自移机尾，或用于操控掘进机的智能化集控中心。
62.作为一种可能的示例，本实施例中，掘进机安装有惯性导航系统和控制箱，惯性导航系统与控制箱电连接。惯性导航系统能够实现掘进机的机身偏角、横坐标、纵坐标的精准感知及机身相对巷道的精准定位，感知综掘进机与巷道的位置关系。基于惯性导航系统提供的信息，控制箱控制掘进机的前进、后退及左右移机动作。由于惯性导航系统和控制箱为本领域常用结构，故此处不再赘述。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以使用其它类型的导航系统提供掘进机与巷道的位置关系信息。
63.下面以具体示例的方式，对本实施例的截割方法进行说明：
64.掘进工作面：巷道宽度5.6米，高度3.6米，掘进机长度11.4米，机身宽度2.84米。铲板宽度3米，截割头长度0.7米，设备质心到截割头前端距离5.891米，设备质心到机身后端距离4.207米。
65.掘进机全断面两次自主截割步骤：
66.第一步：掘进机在开机位置a点，依靠惯性导航系统自主前进到左帮断面截割起点位置b点；
67.第二步：从左帮断面截割起始位置b点沿截割路径自动截割到左帮断面截割终点位置c点；
68.第三步：从左帮断面截割终点位置c点依靠惯性导航系统自主后退移机到后退移机右帮终点位置g点；
69.第四步：从后退移机右帮终点位置g点依靠惯性导航系统自主前进到右帮断面截割起点位置h点；
70.第五步：从右帮断面截割起点位置h点自动截割到右帮断面截割终点位置i点；
71.第六步：从右帮断面截割终点位置i点依靠惯性导航系统自主后退移机到后退移机右帮终点位置j点，也即一个截割循环左帮停机点位置j点，此时完成一个循环的全断面两次自主截割。
72.对于上述第三步，掘进机从巷道左帮后退移机到右帮的过程中，先以o1为圆心；沿圆弧ce移机，后以o2为圆心，沿圆弧eg移机。
73.对于上述第六步，掘进机从巷道右帮后退移机到左帮的过程中，先以o3为圆心；沿圆弧ie移机，后以o4为圆心，沿圆弧ej移机。
74.掘进机在自主截割作业时，截割方式有工频、半自动和全自动三种模式，截割档位有一档、二挡、三挡、四挡、五档。可调整截割头切入煤壁的推进力和旋转扭矩大小，实现根据煤岩硬度的自适应截割。掘进机自主截割作业，可根据实际需要设置截割路径轨迹、截割排数、排距等参数。
75.掘进机完成截割作业后，巷道内的作业设备可铺设在巷道左侧，巷道右侧用于行人、运输物料及供锚杆钻车前进到迎头进行支护。
76.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。