CN104088633A - 一种露井端邦的自行走钻式采煤机 - Google Patents

Abstract

本发明一种露井端邦的自行走钻式采煤机，属于采煤机设计应用技术领域；提供一种提高采煤效率的无人工作面开采设备和方法；包括车架总成、行走装置、电控总成、液压总成、钻具总成、通风装置、推进臂装置、推进臂推进装置、推进臂对接推移装置和运煤装置，钻具总成包括钻头、传动箱、采煤机电机和采煤机减速器，还包括伽马射线探测仪、瓦斯传感器和升降油缸，伽马射线探测仪和瓦斯传感器位于钻具总成的传动箱上，升降油缸的一端与装载铲斗联接，另一端与钻具总成上的摇臂联接；本发明主要应用在露井端邦的采煤方面。

Description

一种露井端邦的自行走钻式采煤机

技术领域

本发明一种露井端邦的自行走钻式采煤机，属于采煤机设计应用技术领域。

背景技术

在我国陕北神府、内蒙古鄂尔多斯等煤炭生产基地拥有数量众多的浅地表煤、山坡露头煤及露天煤矿端邦等大量的煤炭资源。受国内当前开采技术条件及经济合理性的限制，这些煤炭资源大多被遗弃或者以较低回采率的炮采房柱式采煤法进行回采，不仅浪费资源，而且存在煤层自燃隐患、破坏地表植被、污染环境等问题，因此有必要予以改进。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提供一种提高采煤效率的无人工作面开采设备和方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种露井端邦的自行走钻式采煤机，包括车架总成、行走装置、电控总成、液压总成、钻具总成、通风装置、推进臂装置、推进臂推进装置、推进臂对接推移装置和运煤装置，车架总成包括行走装置、推进臂推进装置、推进臂对接推移装置、车架升降装置和伸缩油缸，车架总成通过联接固定装置和行走装置上的车架升降装置联接，行走装置包括行走装置液压马达和履带，电控总成和液压总成分别通过销轴与车架总成联接，钻具总成通过推进臂装置与推进臂推进装置联接，通风装置位于推进臂装置的一侧，推进臂装置的另一侧有防砸凹槽，钻具总成包括钻头、传动箱、采煤机电机和采煤机减速器，还包括伽马射线探测仪、瓦斯传感器和升降油缸，伽马射线探测仪和瓦斯传感器位于钻具总成的传动箱上，升降油缸的一端与装载铲斗联接，另一端与钻具总成上的摇臂联接。

所述钻具总成下端有装载铲斗，装载铲斗一端与推进臂装置联接，装载铲斗上固定有刮板输送机和星轮收集机构。

所述刮板输送机包括刮板机液压马达、刮板机张紧装置和刮板机尾轮，刮板机液压马达和刮板机张紧装置位于刮板输送机的后端，刮板机尾轮位于刮板输送机的前端。

所述星轮收集机构位于刮板输送机的刮板机尾轮两侧。

所述星轮收集机构包括至少一组成对的星轮，每个星轮至少有三个叶片。

所述运煤装置包括移动式螺旋输送机和移动式皮带输送机。

所述移动式螺旋输送机包括螺旋行走装置和螺旋输送机，螺旋输送机下端一侧有螺旋行走装置。

所述移动式皮带输送机包括皮带机行走装置、皮带输送机、伸缩立柱、旋转圆盘和圆型漏斗，皮带机行走装置上端有旋转圆盘，旋转圆盘通过伸缩立柱与皮带输送机联接，圆型漏斗置于移动式皮带输送机的后端，与螺旋输送机的一端联接。

移动式皮带输送机通过移动式螺旋输送机与车架总成联接。

所述电控总成和液压总成分别通过销轴安装有轮式自行走设备并与车架总成连接。

所述推进臂装置包含有多节推进臂，推进臂之间为可拆卸式连接。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果为：

1、安全:本发明的采煤机系统以安全生产为前提，操作控制只需在井口外部的地面完成，无需人员进入巷道，每班只需3-6人即可，全矿生产定员约30人，以完成整套设备的开采作业以及维护的所有工作；

2、高效:用人少、产量高、适用面广，可用于回收高价值的超薄煤层；

3、先进:本发明配备人机智能操作系统，通过人员可以全方位控制整个设备的连续循环作业，监视设备工况并进行故障诊断，将强劲的动力和灵活的机能结合为一体；

4、经济:有利于煤炭资源的回收，无需支护及大量建矿任务等，总成本低；

5、环保:对地表植被破坏程度低，符合国家资源、环境政策。

附图说明

下面通过附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明的俯视图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的侧视图；

图4a为钻具总成工作示意图；

图4b为钻具总成下部刮板输送机示意图；

图4c为钻具总成示意图；

图5a为推进臂装置俯视图；

图5b为推进臂装置侧视图；

图6为本发明工作示意图；

图7为本发明开采现场布置图。

图中1为车架总成、2为行走装置、3为电控总成、4为液压总成、5为钻具总成、6为通风装置、7为推进臂装置、8为推进臂推进装置、9为推进臂对接推移装置、10为运煤装置、11为钻头、12为传动箱、13为刮板输送机、14为采煤机电机、15为采煤机减速器、16为刮板机液压马达、17为左螺旋、18为右螺旋、19为行走装置液压马达、20为履带、21为推进油缸、22为铠装圆盘、23为伸缩油缸、24为螺旋定位柱、25为液压基地钻、26为伽玛探测仪、27为瓦斯传感器、28为导向轴、29为车架升降装置、30为联接固定装置、31为螺旋电机、32为螺旋偶合器、33为螺旋减速机、34为螺旋输送机、35为调斜油缸、36为升降油缸、37为星轮收集机构、38为刮板机尾轮、39为刮板机张紧装置、40为刮板机液压马达、41为装载铲斗、42为防砸凹槽、43为旋转圆盘、44为伸缩立柱、45为皮带机行走装置、46为皮带输送机、47为圆型漏斗、48为螺旋行走装置。

具体实施方式

下面实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1、图2和图3所示，一种露井端邦的自行走钻式采煤机，包括车架总成1、行走装置2、电控总成3、液压总成4、钻具总成5、通风装置6、推进臂装置7、推进臂推进装置8、推进臂对接推移装置9和运煤装置10，车架总成1包括行走装置2、推进臂推进装置8、推进臂对接推移装置9、车架升降装置29和伸缩油缸23，车架总成1通过联接固定装置30和行走装置2上的车架升降装置29联接，行走装置2包括行走装置液压马达19和履带20，电控总成3和液压总成4分别通过销轴安装有轮式自行走设备与车架总成1联接，钻具总成5通过推进臂装置7与推进臂推进装置8联接，钻具总成5及推进臂装置7的推进和退出由安装在车架总成1上的液压推进臂推进装置8完成。

如图5a和图5b所示，通风装置6位于推进臂装置7的一侧，推进臂装置7的另一侧有防砸凹槽42，动力电缆、瓦斯传感器信号电缆、液压管、水管、煤岩识别传感器（伽马射线信号电缆）等分别装设在全封闭的铠装结构中，通过液压驱动铠装园盘22，随着钻具总成5的推进和退出沿着推进臂装置7旁侧的防砸凹槽42自动收放。

如图4a、4b和4c所示，钻具总成5包括钻头11、传动箱12、采煤机电机14和采煤机减速器15，还包括伽马射线探测仪26、瓦斯传感器27和升降油缸36，伽马射线探测仪26位于钻具总成5的传感器12上，主要作用是探测顶煤厚度，计算机根据探测的顶煤厚度，控制升降油缸36，使钻具总成5上的钻头11根据煤层的厚度自适应截割，同时，防止钻头11截割到煤层的顶板和底板，增强顶板和底板支撑性，从而避免了岩石或者其他杂物混入净煤的情况；瓦斯传感器27位于钻具总成5的传动箱12上，用于对巷道内瓦斯的浓度进行监测；升降油缸36的一端与装载铲斗41联接，另一端与钻具总成5上的摇臂联接，钻头总成5截割高度可通过升降油缸36调节，以适应煤层厚度的变化；所述的钻头11为模块设计，可快速进行更换，有3种选择，钻头直径分别是: 55、65、85cm。

所述钻具总成5下端有装载铲斗41，装载铲斗41为簸箕形状，装载铲斗41一端与推进臂装置7联接，装载铲斗41上固定有刮板输送机13和星轮收集机构37。

所述刮板输送机13包括刮板机液压马达40、刮板机张紧装置39和刮板机尾轮38，刮板机液压马达40和刮板机张紧装置39位于刮板输送机13的后端，刮板机尾轮38位于刮板输送机13的前端。

所述星轮收集机构37位于刮板输送机13的刮板机尾轮38两侧，用来将煤送至刮板输送机13上。

如图6和图7所示，所述运煤装置10包括移动式螺旋输送机和移动式皮带输送机。

所述移动式螺旋输送机包括螺旋行走装置48和螺旋输送机34，螺旋输送机34下端一侧有螺旋行走装置48。

所述移动式皮带输送机包括皮带机行走装置45、皮带输送机46、伸缩立柱44、旋转圆盘43和圆型漏斗47，皮带机行走装置45上端有旋转圆盘43，旋转圆盘43通过伸缩立柱44与皮带输送机46联接，圆型漏斗47置于移动式皮带输送机的后端，与螺旋输送机34的一端联接；移动式皮带输送机通过皮带机行走装置45可行走，也可根据实际情况通过伸缩立柱44调节高度，还可以通过旋转圆盘43左右旋转，将采集下来的煤块转载到运输车辆或另一条皮带输送机46上。

本发明综合了传统端邦采煤技术优点，大量运用新技术，系统采用集成化、模块化、自动化设计，具有操作容易、维护简单、生产效率高的优点，可以在浅地表、露头煤剥离露头盖层后所形成的台阶上进行开采，也可以根据煤层分布，在露头煤周围进行开采，还可以沿着煤层的走势进行沟壑开采。其实质是：在山坡露头煤、露天端邦煤层的外部采用钻煤机巷柱式方法开采，通过留设煤柱来保障采掘面安全，支撑上覆岩土层载荷，如同连续采煤机在井工矿的掘进作业，只是这种方式设备人员全部工作在地面完成。

本发明适用于开采煤体支撑性好，顶底板稳定，煤层平坦，起伏不超过5度-12度、厚度0.7米-3米的煤层，采煤方法能否成功应用的关键是煤柱的合理设计，煤柱主要有临时支撑煤柱和永久隔离煤柱两类，煤柱宽度设计考虑的因素有上覆岩土层(剥离层)的厚度及其密度、采房设计巷道的宽度、煤岩体的原位强度、煤层厚度及采高、煤柱宽高比等。为了保证煤柱能在开采过程中稳定的支护巷道，煤层越厚留设的煤柱宽度也应越大，煤柱的宽高比过小，煤柱稳定性差、支撑能力也较低。煤柱宽度与高度比越大，煤柱越稳定，支撑能力也越高，但煤柱如果留设宽度过宽就会降低煤炭资源的回采率。因此，在估算煤柱留设宽度时可以按照近似等于煤厚来计算，最终煤柱留设宽度应进一步通过力学实验、建立力学模型来分析确定。煤柱留设宽度需要同时满足如下两个必要条件:一是利用Mark-Bienawski公式计算，满足安全系数要求;二是煤柱的宽度应至少达到70%的煤柱高度。

1、临时支撑煤柱留设计算。用Mark-Bieniawski公式用来计算确定煤柱强度，其公式如式(1):

当煤柱的长度超过一定限度，Mark-Bieniawski公式的第二部分会缩减为0, Mark-Bieniawski公式可以被简化为式(2): 

从公式(2)中可以看出煤体强度越高，煤柱就越小，回采率就越高。在计算中，一般使用安全系数为1.5。同时，依据钻式采煤机设备开采煤柱留设的要求，煤柱的宽度应至少达到70%的煤柱高度。该煤柱使用的安全系数至少为1。

2、永久隔离煤柱留设计算

永久隔离煤柱宽度是支撑煤柱宽度的3 -4倍，可以防止山体坍塌的多米诺骨牌效应。一般在每隔10个到20个支撑煤柱，布置永久隔离煤柱。永久煤柱虽然使回采率降低了一些，但大大降低了危险系数，降低了风险造成的损失。

本发明的工作原理是：

本发明采用单向钻采的工艺，主机及辅助设备布置在露头煤剥离露头盖层后所形成的台阶上或沿煤层走向挖掘的沟壑中进行开采，开采时首先将泵站液压泵的手动阀工作状态转换至“定位”位置，通过操纵多路阀手柄，主机行走装置液压马达19带动履带20，移动主机及辅助设备到达露头煤剥离露头盖层后所形成的台阶上或沿煤层走向挖掘的沟壑中的采煤位置；其次，操作车架升降装置29、调斜油缸35，调整机架的高度和倾斜度与所采的煤层基本一致，然后操作主机架上的四个稳固液压支柱，伸出支撑在地面；再次，操作伸缩油缸23伸出到预定位置，启动液压基地钻25打孔到预定深度，并从孔内撤出，最后，转动螺旋定位柱24深入到钻孔中，这样主机即完成了定向和固定，下一步就可以进行钻煤作业了。开采初期，钻具总成5尾端延伸到车架总成1的中央位置，通过液压推进臂推进装置8推动钻头11沿着煤层进行切割，割下的煤块由布置在钻头1下方、装载铲斗41底板平面上的两个星轮收集机构37收集到安设在两个星轮收集机构37中间的刮板输送机13上，刮板输送机13将煤块输送到螺旋输送机34上。钻进过程中运煤及延伸系统由推进臂装置7多节依次连接而成，两节推进臂装置7之间为可拆卸式连接，用来将钻头总成5推入煤层，每节推进臂装置7之间由高合金钢扣绞接联接，使得钻头总成5和推进臂装置7保持纵向刚性固定，在其内部，有刮板输送机13将煤运至台阶上的螺旋输送机34上；在采煤过程中，操作人员只需将推进臂装置7运至车架总成1上的推进臂对接推移装置9上，推进臂对接推移装置9就可将其自行放入滑动导轨，在完成巷道开采，撤出钻头总成5的时候，车架总成1上的推进臂对接推移装置9自动将推进臂装置7从滑轨卸下，操作人员只需将推进臂装置7从推进臂对接推移装置9处卸下，用叉车运至堆垛处；每当钻头总成5切割煤层并深入时，推进臂对接推移装置9循环重复的将推进臂装置7依次装入，使钻头总成5达到其设计的最大巷道深度，无需人员进入煤体内部，实现露井端邦工作面无人安全开采。

开采灾害与防治：

顶板塌陷事故及处理。顶板塌陷事故是端邦采煤过程中易发的事故之一。当煤柱强度不够或开采过程中遇到特殊的地质构造都有可能发生顶板冒落事故。当顶板发生冒落时，设备可利用自身的回车力将机头、推进臂连同石头一起抽出。另外推进臂具备足够的刚度和强度，可以防止顶板冒落砸坏设备。

煤层自燃灾害预防与治理。由于采空区没有任何支护，并且与外界环境处于贯通状态，氧气可以进入巷道内，煤柱自燃灾害发生在所难免，因此，为防治端邦开采产生自燃灾害，主要采取如下措施：①对于露天矿端邦开采而言，应在煤层自然发火期内实现内排工作。利用露天矿剥离物覆盖已开采过的巷道，达到封堵的目的，从而避免采空区自然发火；②对于等高线开采和沟槽开采而言，应在煤层自然发火期内对采空区巷道进行及时封堵；③加强对采空区自燃的监测工作，对已经自燃发火的采空区或地表沉降裂隙及时采取封堵、灌浆阻燃等措施控制火势。

端邦滑坡事故的预防与治理。露天矿形成的最终端邦往往最终帮坡角都比较大，容易发生滑坡事故，另外等高线开采及沟槽开采设备作业的端邦如果不做任何防护也容易发生滑坡事故。端邦滑坡事故预防和处理主要采取如下措施：①按照边坡稳定理论设计端邦采煤设备开采目标资源端邦的最终帮坡角，使边邦在最终边帮角情况下处于稳定状态；②在进行端邦开采前，对端邦进行处理。对不稳定的端邦利用锚索进行锚固，必要时可以挂锚网，并喷浆。这样可以避免滑坡和石块滚落对作业人员造成伤害；③端邦露井钻式采煤设备本身具有防滑坡、防砸功能。设备采用全封闭控制室，控制室具有一定防砸的防护强度。此外，为了避免人员伤害事故，设备还可以通过笔记本电脑遥控运行，人员可以在危险范围外遥控设备运行。

瓦斯及有害气体防治。在端邦开采过程中，会有瓦斯及其它有害气体，存在安全隐患。此外，多层煤开采上部煤层采用端邦开采，下部煤层采用井工方式开采，端邦开采过的巷道内可能积聚各种有害气体，下部煤层采用井工方式开采时有害气体会通过沉降裂隙进入井工开采巷道，存在安全隐患。在瓦斯及有害气体防治方面需要做好以下工作：①开采瓦斯煤层时，采用设备自身配备的瓦斯传感器对巷道内瓦斯进行监控，当截割头周围瓦斯浓度超限时，钻式端邦采煤系统会切断动力电源，截割头自动停机，并报告地面控制室，或通过通风装置，稀释瓦斯，达到安全作业要求；②多煤层开采，上部煤层采用端邦开采，下部煤层采用井工方法开采。为了避免上部煤层产生有害气体对下部井工开采产生危害，需要在先后顺序上作谨慎安排。

Claims (10)

1.一种露井端邦的自行走钻式采煤机，包括车架总成（1）、行走装置（2）、电控总成（3）、液压总成（4）、钻具总成（5）、通风装置（6）、推进臂装置（7）、推进臂推进装置（8）、推进臂对接推移装置（9）和运煤装置（10），车架总成（1）包括行走装置（2）、推进臂推进装置（8）、推进臂对接推移装置（9）、车架升降装置（29）和伸缩油缸（23），车架总成（1）通过联接固定装置（30）和行走装置（2）上的车架升降装置（29）联接，行走装置（2）包括行走装置液压马达（19）和履带（20），电控总成（3）和液压总成（4）分别通过销轴与车架总成（1）联接，钻具总成（5）通过推进臂装置（7）与推进臂推进装置（8）联接，通风装置（6）位于推进臂装置（7）的一侧，推进臂装置（7）的另一侧有防砸凹槽（42），钻具总成（5）包括钻头（11）、传动箱（12）、采煤机电机（14）和采煤机减速器（15），其特征在于：还包括伽马射线探测仪（26）、瓦斯传感器（27）和升降油缸（36），伽马射线探测仪（26）和瓦斯传感器（27）位于钻具总成（5）的传动箱（12）上，升降油缸（36）的一端与装载铲斗（41）联接，另一端与钻具总成（5）上的摇臂联接。

2.根据权利要求1所述的一种露井端邦的自行走钻式采煤机，其特征在于：所述钻具总成（5）下端有装载铲斗（41），装载铲斗（41）一端与推进臂装置（7）联接，装载铲斗（41）上固定有刮板输送机（13）和星轮收集机构（37）。

3.根据权利要求2所述的一种露井端邦的自行走钻式采煤机，其特征在于：所述刮板输送机（13）包括刮板机液压马达（40）、刮板机张紧装置（39）和刮板机尾轮（38），刮板机液压马达（40）和刮板机张紧装置（39）位于刮板输送机（13）的后端，刮板机尾轮（38）位于刮板输送机（13）的前端。

4.根据权利要求2所述的一种露井端邦的自行走钻式采煤机，其特征在于：所述星轮收集机构（37）位于刮板输送机（13）的刮板机尾轮（38）两侧。

5.根据权利要求2或4所述的一种露井端邦的自行走钻式采煤机，其特征在于：所述星轮收集机构（37）包括至少一组成对的星轮，每个星轮至少有三个叶片。

6.根据权利要求1所述的一种露井端邦的自行走钻式采煤机，其特征在于：所述运煤装置（10）包括移动式螺旋输送机和移动式皮带输送机。

7.根据权利要求6所述的一种露井端邦的自行走钻式采煤机，其特征在于：所述移动式螺旋输送机包括螺旋行走装置（48）和螺旋输送机（34），螺旋输送机（34）下端一侧有螺旋行走装置（48）。

8.根据权利要求6所述的一种露井端邦的自行走钻式采煤机，其特征在于：所述移动式皮带输送机包括皮带机行走装置（45）、皮带输送机（46）、伸缩立柱（44）、旋转圆盘（43）和圆型漏斗（47），皮带机行走装置（45）上端有旋转圆盘（43），旋转圆盘（43）通过伸缩立柱（44）与皮带输送机（46）联接，圆型漏斗（47）置于移动式皮带输送机的后端，与螺旋输送机（34）的一端联接。

9.根据权利要求8所述的一种露井端邦的自行走钻式采煤机，其特征在于：所述移动式皮带输送机通过移动式螺旋输送机与车架总成（1）联接。

10.根据权利要求1所述的一种露井端邦的自行走钻式采煤机，其特征在于：所述推进臂装置（7）包含有多节推进臂，推进臂之间为可拆卸式连接。