CN103953347B - 一种急倾斜中厚煤层采煤装置及机械化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种急倾斜中厚煤层采煤装置和机械化采煤方法，该装置包括采运煤一体机、液压系统、控制系统，采运煤一体机的输送刮板上设有截煤齿，采运煤一体机的机架两侧上端固定连接有龙门吊架，吊架上方设有横梁，横梁上连接有铰接有一进给油缸的移动部件，进给油缸的另一端与所述吊架连接；移动部件与横梁之间连接有横推油缸，各进给油缸和各横推油缸均与所述液压系统连接，各进给油缸和各横推油缸的活塞杆分别对应形成同步伸缩；该采煤方法应用该装置形成俯向下的连续采煤运煤。本发明的有益效果是，采煤装置可有效提采煤效率和回采率，降低采煤劳动强度，机械化程度高；采煤方法是该采煤装置的具体应用，煤层回采率高，机械化程度高。

Description

一种急倾斜中厚煤层采煤装置及机械化方法

技术领域

本发明涉及到一种急倾斜中厚煤层开采技术领域，特别是一种急倾斜中厚煤层采煤装置及机械化方法。

背景技术

急倾斜煤层开采效率一直以来都是困扰本领域的一个技术难题。现有急倾斜煤层的开采方法主要有倒台阶采煤法、俯伪斜走向长壁采煤法、钢丝绳锯采煤法和柔性掩护支架采煤法。倒台阶采煤法可用于各种大倾角煤层的回采，但由于其劳动强度大，生产效率低，顶板管理工作量大等缺点，目前应用越来越少。俯伪斜走向长壁采煤法，是在急倾斜煤层内布置一俯伪倾斜的综采工作面，该工作面与煤层的真倾斜角度形成一定的差异。为确保煤炭产品的纯度，必然造成一部分区域被放弃或采用其他效率低的采煤方式回采，影响回采率，造成资源浪费，或者影响采煤效率；同时，为确保采煤设备和支护设备的稳定性，防止设备自动向下滑移，其俯伪倾斜角度通常只能在30-35度之间，这样，当煤层的真倾斜角度越大时，其差异越大越大，其放弃回采的区域越大，回采率越低。钢丝绳锯采煤法效率较低，通常只用于极薄煤层。柔性掩护支架采煤法，是在采煤工作面搭设柔性掩护支架，由于受现有柔性支架结构的限制，目前通常只适用于人工放炮落煤的采煤方式。其劳动强度大，效率低，安全性差。总之，前述这些采煤方法或者存在劳动强度大，采煤效率低的缺陷，或者存在回采率低，安全性差等缺陷。特别是对于倾斜角度大的急倾斜煤层而言，这些不足之处尤为突出。为此，需要进行改进。

发明内容

本发明的第一目的是针对现有技术的不足，提供一种急倾斜中厚煤层采煤装置，以提高急倾斜中厚煤层采煤的机械化程度，降低采煤劳动强度，提高采煤效率，并进一步提高回采率。本发明的第二目的是提供一种急倾斜煤层的采煤方法，该方法通过连续采煤运煤的机械化作业方式，降低劳动强度，提高采煤效率。

为实现第一目的，本发明采用如下技术方案。

一种急倾斜中厚煤层采煤装置，包括采运煤一体机、液压系统、控制系统，该采运煤一体机具有刮板输送机的输送主体部分的结构，包括输送刮板和设在输送刮板上的截煤齿，输送刮板通过环形牵引链带动其单向循环运动，该采运煤一体机通过其机架的两侧上端固定连接有龙门式吊架，该吊架上方设有至少两个平行设置的横梁，各横梁上滑动连接一移动部件，该移动部件下部铰接有一竖向设置的进给油缸；多个进给油缸与移动部件的铰接轴同轴线，进给油缸的另一端与所述吊架连接；所述移动部件上连接有横推油缸，各横推油缸的另一端连接在对应的所述横梁上，各进给油缸和各横推油缸均与所述液压系统连接，各进给油缸和各横推油缸的活塞杆分别通过所述液压系统和控制系统对应形成同步伸缩。

采用前述技术方案的本发明，使用时，采煤装置通过横梁固定在采煤工作面内单独设置的专用支架上或者固定在工作面内的掩护支架上，并将横梁布设成水平近水平状态，使采运煤一体机形成悬吊状态的俯向采煤姿态，待采煤层位于采运一体机下方，通过专用支架或者掩护支架调整采运一体机与待采煤层之间的高度。采煤时，由进给油缸实现截煤深度的进给，横推油缸实现采运煤一体机沿煤层厚度方向的进给，采运煤一体机通过输送刮板上的截煤齿采煤，并由输送刮板将截下的煤炭刮送运出采煤工作面，采煤工作面由上向下或斜向下推进。待回采完成一个步距的循环后，通过进给油缸使采运煤一体机回到原始高度，将专用支架上或掩护支架由上向下或斜向下推进后，进行下一个步距的回采循环。该采煤装置特别适用于煤层倾斜角度接近90度的急倾斜中厚煤层或者竖直煤层的开采，对于松软煤层而言，其效果更佳，当用于硬煤层回采时，最好在回采前采用放炮方式将拟采部分煤炭震松。另外，进给油缸与移动部件铰接使采运煤一体机的截煤面呈横向水平状态，以使截煤的反作用力的通过进给油缸、导轨副和专用支架或掩护支架向采煤工作面顶板传递一部分作用力，确保采煤装置在采煤过程中保持稳定。

优选的，所述吊架上还铰接有侧推油缸，该侧推油缸的另一端铰接在所述横推油缸的缸体上或者铰接在所述横梁上；该侧推油缸与所述横推油缸和所述进给油缸形成三角形分布的结构。在急倾斜煤层采煤工作面中，当横梁布设成水平或近水平状态时，通过侧推油缸推动采运煤一体机围绕进给油缸与移动部件之间的铰接点旋转一定角度，以适应在回采至接近煤层顶板或底板的回采区域时，使采煤深度的进给方向与煤层倾斜方向一致，从而提高煤层采净率或称回采率；同时，侧推油缸与所述横推油缸和所述进给油缸形成三角形分布的结构，利于提高采运煤一体机采煤运行的稳定性。

进一步优选的，所述吊架与进给油缸铰接，该铰接轴的轴线垂直于所述移动部件与进给油缸的铰接轴线；所述侧推油缸两端的铰接结构为球形铰接结构。以通过多个进给油缸活塞杆伸出的原始高度的差异，使采运煤一体机大纵向形成倾斜一定角度的俯伪倾斜布置方式，便于采运煤一体机具有斜向下的运煤坡度，利于煤炭运出采煤工作面。

优选的，所述采运煤一体机还设有喷雾消尘装置。以通过喷雾消尘装置喷洒的水雾使煤灰湿润后迅速下落，减少煤灰等粉尘飞散，降低对进给油缸、横推油缸和侧推油缸寿命的影响。

优选的，所述进给油缸外周设有伸缩结构的防尘罩，防尘罩的固定节可拆式地连接在进给油缸缸体上，防尘罩的活动节可拆式地固定连接在所述吊架上。以通过防尘罩减少煤灰等粉尘对进给油缸的污染，延长油缸使用寿命。

优选的，所述横梁呈工字钢结构，移动部件通过滚动支撑在横梁工字钢轨两侧的滚轮吊挂在横梁上。利用滚动连接摩擦系数小的特点，减小采运煤一体机横向进给阻力，降低采煤能源消耗。

为实现第二发明目的，本发明采用如下技术方案。

一种急倾斜中厚煤层机械化采煤方法，包括以下步骤：

第一步，在急倾斜或竖直煤层上端形成一开切眼，在开切眼两端沿急倾斜煤层倾斜方向分别向下掘进一回风巷和一与运输巷连通的落煤眼；

第二步，在开切眼内搭设掩护支架控顶，并将实现本发明第一发明目的的采煤装置固定连接在掩护支架上，使采煤装置中的采运煤一体机悬吊在煤层顶端上方，并将采运煤一体机调整至俯向采煤的初始状态，以形成初采工作面；

第三步，应用所述采煤装置中的采运煤一体机进行采煤运煤作业，且由该机将采出的煤炭运送入落煤眼，以便由运煤巷运出，并使掩护支架保持控顶高度，直至完成一个步距或设定深度的采煤运煤；

第四步，判断开切眼区域煤层是否回采完成，未完成，进入下一步；完成，则进入第六步；

第五步，向下推进掩护支架，使采煤工作面推进一个步距，返回第三步；

第六步，结束采煤。

采用前述技术方案的本方法，通过设有采运一体机结构的采煤装置，实现连续向下掘煤的机械化采煤方式，掩护支架用于控顶和保持控顶高度，使采煤工作面具有足够的操作和运动空间，在完成一个步距或设定深度的采煤循环后，采煤装置随掩护支架整体推移，直至进入下一个采煤循环或结束采煤。所述设定深度通常小于一个步距的情形，如工作面长度区域的待采煤层裁至其深度不足一个步距时，或者因人工调整，需要提前推进工作面时。

优选的，在所述第二步中，包括通过进给油缸和侧推油缸将采运煤一体机调整至沿采煤工作面长度方向呈俯伪倾斜α角度的纵向倾斜初始状态。便于煤炭由采运一体机顺利运出工作面。

优选的，在所述第三步中，还包括以下小步骤：

第一小步：通过进给油缸和侧推油缸实现采运煤一体机采煤深度方向的进给；

第二小步：通过横推油缸和侧推油缸实现采运煤一体机煤层厚度方向进给；

第三小步：判断是否完成本步距的采煤深度，完成，则进入第四小步，未完成，则返回第一小步；

第四小步：判断煤层倾斜角度，等于90度，则采运煤一体机返回初始状态并结束本步骤；小于90度，进入第五小步；

第五小步，通过侧推油缸实现采运煤一体机转动至沿煤层倾斜方向一致的横向倾斜状态，进行余煤采掘，完成后，采运煤一体机返回初始状态并结束本步骤。

通过在同一步距内沿煤层厚度和深度方向的多次循环采掘，确保截煤齿寿命和采运煤一体机采煤过程的稳定性；同时，通过侧推油缸实现采运煤一体机转动至沿煤层倾斜方向的步骤。以使接近顶板或底板区域的余煤可被采掘干净，提高回采率。

本发明的有益效果是，采煤装置可通过专用支架或掩护支架设置在采煤工作面煤，以形成俯向下的连续采煤运煤，可有效提高急倾斜煤层的采煤效率和回采率，同时降低采煤劳动强度，机械化程度高；采煤方法是该采煤机的具体应用，煤层回采率高，机械化程度高。

附图说明

图1是本发明采煤装置的结构示意图。

图2是本发明采煤装置布置在急倾斜煤层工作面内，采运煤一体机横向呈水平的状态示意图。

图3是本发明采煤装置中的采运煤一体机横向的倾斜方向与煤层倾斜方向一致的状态示意图。

图4是本发明采煤装置中的采运煤一体机纵向呈俯伪倾斜α角度的状态示意图，图中，采运煤一体机的机头16设在落煤眼1中，其机尾17设在回风巷13中。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1，参见图1、图2、图3、图4，一种急倾斜中厚煤层采煤装置，包括采运煤一体机、液压系统、控制系统，该采运煤一体机具有刮板输送机的输送主体部分的结构，包括输送刮板2和设在输送刮板2上的截煤齿1，输送刮板2通过环形牵引链带动其循环运动，该采运煤一体机通过其机架3的两侧上端固定连接有龙门式吊架4，该吊架4上方设有多个平行设置的呈工字钢结构的横梁8，各横梁8上滑动连接一移动部件5，该移动部件5通过滚动支撑在横梁8工字钢轨两侧的滚轮吊挂在横梁8上；该移动部件5下部铰接有一竖向设置的进给油缸6；多个移动部件5与进给油缸6的铰接轴同轴线，该进给油缸6与所述吊架4铰接，该铰接轴的轴线垂直于所述移动部件5与进给油缸6的铰接轴线；移动部件5上还连接有横推油缸7，各横推油缸7的另一端连接在对应的所述横梁8上，各进给油缸6和各横推油缸7均与所述液压系统连接，各进给油缸6和各横推油缸7的活塞杆分别通过所述液压系统和控制系统对应形成同步伸缩；所述吊架4上还铰接有侧推油缸9，该侧推油缸9的另一端铰接在所述横推油缸7的缸体上；该侧推油缸9与所述横推油缸7和所述进给油缸6形成三角形分布的结构；所述所述侧推油缸9两端的铰接结构为球形铰接结构；所述采运煤一体机还设有喷雾消尘装置10；所述进给油缸6外周设有伸缩结构的防尘罩11，防尘罩11的固定节可拆式地连接在进给油缸6缸体上，防尘罩11的活动节可拆式地固定连接在所述吊架4上。

本实施例中，所述侧推油缸9的另一端铰接在所述横梁8上，用于替代铰接在横推油缸7的缸体上的方案，确保侧推油缸9连接更加可靠。

本发明中的采运煤一体机具有刮板输送机的输送主体部分的结构，包括输送刮板2和设在输送刮板2上的截煤齿1，输送刮板2通过环形牵引链带动其单向循环运动，是指该采运煤一体机具有刮板输送机基本相同的机头16、机尾17、牵引链辊、换向链辊、牵引链和输送刮板2等结构，与刮板输送机不同的是在输送刮板2上设有截煤齿1，且没有设置单独的运煤顺槽，由其机架3本身形成运煤顺槽。

实施例2，参见图1、图2、图3、图4，一种急倾斜中厚煤层机械化采煤方法，包括以下步骤：

第一步，在急倾斜煤层12上端形成一开切眼，在开切眼两端沿急倾斜煤层12倾斜方向分别向下掘进一回风巷13和一与运输巷连通的落煤眼14；

第二步，在开切眼内搭设掩护支架15控顶，将本发明第一实施例的采煤装置通过其多个横梁8固定连接在掩护支架15上，使采煤装置中的采运煤一体机悬吊在煤层顶端上方，并将采运煤一体机调整至俯向采煤的初始状态，以形成初采工作面；本步骤还包括通过进给油缸6和侧推油缸9将采运煤一体机调整至沿采煤工作面长度方向呈俯伪倾斜α角度为10～15度的纵向倾斜初始状态；

第三步，应用所述采煤装置中的采运煤一体机进行采煤运煤作业，且由该机将采出的煤炭运送入落煤眼14，以便由运煤巷运出，并使掩护支架15保持控顶高度，直至完成一个步距或设定深度的采煤运煤；本步骤中还包括以下小步骤：

第一小步：通过进给油缸6和侧推油缸9实现采运煤一体机采煤深度方向的进给；

第二小步：通过横推油缸7和侧推油缸9实现采运煤一体机煤层厚度方向进给；

第三小步：判断是否完成本步距的采煤深度，完成，则进入第四小步，未完成，则返回第一小步；

第四小步：判断煤层倾斜角度，等于90度，则采运煤一体机返回初始状态并结束，小于90度，进入第五小步；

第五小步，通过侧推油缸9实现采运煤一体机转动至沿煤层倾斜方向一致的横向倾斜状态，进行余煤采掘，完成后，采运煤一体机返回初始状态并结束本步骤；

第四步，判断开切眼区域煤层是否回采完成，未完成，进入下一步；完成，则进入第六步；

第五步，向下推进掩护支架15，使采煤工作面推进一个步距，返回第三步；

第六步，结束采煤。

用于本采煤方法的掩护支架15中，分别位于工作面顶板和底板位置的两个支腿需要设置成伸缩结构，该伸缩结构通过支护油缸连接，工作时，该油缸应具有足够压强的背压，以便在煤层采掘一部分后，支腿自动伸出保持掩护支架的控顶高度，支架推进时，回缩油缸降低控顶高度和采运煤一体机的高度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种急倾斜中厚煤层采煤装置，包括采运煤一体机、液压系统、控制系统，该采运煤一体机具有刮板输送机的输送主体部分的结构，包括输送刮板(2)和设在输送刮板(2)上的截煤齿(1)，输送刮板(2)通过环形牵引链带动其单向循环运动，其特征在于：该采运煤一体机通过其机架(3)的两侧上端固定连接有龙门式吊架(4)，该吊架(4)上方设有至少两个平行设置的横梁(8)，各横梁(8)上滑动连接一移动部件(5)，该移动部件(5)下部铰接有一竖向设置的进给油缸(6)；多个进给油缸(6)与移动部件(5)的铰接轴同轴线，进给油缸(6)的另一端与所述吊架(4)连接；所述移动部件(5)上连接有横推油缸(7)，各横推油缸(7)的另一端连接在对应的所述横梁(8)上，各进给油缸(6)和各横推油缸(7)均与所述液压系统连接，各进给油缸(6)和各横推油缸(7)的活塞杆分别通过所述液压系统和控制系统对应形成同步伸缩。

2.根据权利要求1所述的急倾斜中厚煤层采煤装置，其特征在于：所述吊架(4)上还铰接有侧推油缸(9)，该侧推油缸(9)的另一端铰接在所述横推油缸(7)的缸体上或者铰接在所述横梁(8)上；该侧推油缸(9)与所述横推油缸(7)和所述进给油缸(6)形成三角形。

3.根据权利要求2所述的急倾斜中厚煤层采煤装置，其特征在于：所述吊架(4)与进给油缸(6)铰接，该铰接轴的轴线垂直于所述移动部件(5)与进给油缸(6)的铰接轴线；所述侧推油缸(9)两端的铰接结构为球形铰接结构。

4.根据权利要求1所述的急倾斜中厚煤层采煤装置，其特征在于：所述采运煤一体机还设有喷雾消尘装置(10)。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的急倾斜中厚煤层采煤装置，其特征在于：所述进给油缸(6)外周设有伸缩结构的防尘罩(11)。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的急倾斜中厚煤层采煤装置，其特征在于：所述横梁(8)呈工字钢结构，移动部件(5)通过滚动支撑在横梁(8)工字钢轨两侧的滚轮吊挂在横梁(8)上。

7.一种急倾斜中厚煤层机械化采煤方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，在急倾斜煤层(12)上端形成一开切眼，在开切眼两端沿急倾斜煤层(12)倾斜方向分别向下掘进一回风巷(13)和一与运输巷连通的落煤眼(14)；

第二步，在开切眼内搭设掩护支架(15)控顶，并将权利要求1～6中任意一项权利要求所述的采煤装置固定连接在掩护支架(15)上，使采煤装置中的采运煤一体机悬吊在煤层顶端上方，并将采运煤一体机调整至采煤初始状态，以形成初采工作面；

第三步，应用所述采煤装置中的采运煤一体机进行采煤运煤作业，且由该机将采出的煤炭运送入落煤眼(14)，以便由运煤巷运出，并使掩护支架(15)保持控顶高度，直至完成一个步距或设定深度的采煤运煤；

第四步，判断开切眼覆盖的煤层开采区域是否回采完成，未完成，进入下一步；完成，则进入第六步；

第五步，向下推进掩护支架(15)，使采煤工作面推进一个步距，返回第三步；

第六步，结束采煤。

8.根据权利要求7所述的急倾斜中厚煤层机械化采煤方法，其特征在于：在所述第二步中，包括通过进给油缸(6)和侧推油缸(9)将采运煤一体机调整至沿采煤工作面长度方向呈俯伪倾斜α角度的纵向倾斜初始状态。

9.根据权利要求7或8所述的急倾斜中厚煤层机械化采煤方法，其特征在于：在所述第三步中，还包括以下小步骤：

第一小步：通过进给油缸(6)和侧推油缸(9)实现采运煤一体机采煤深度方向的进给；

第二小步：通过横推油缸(7)和侧推油缸(9)实现采运煤一体机煤层厚度方向进给；

第三小步：判断是否完成本步距的采煤深度，完成，则进入第四小步，未完成，则返回第一小步；

第四小步：判断煤层倾斜角度，等于90度，则采运煤一体机返回初始状态并结束本步骤；小于90度，进入第五小步；

第五小步：通过侧推油缸(9)实现采运煤一体机转动至沿煤层倾斜方向一致的横向倾斜状态，进行余煤采掘，完成后，采运煤一体机返回初始状态并结束本步骤。