CN104234711A - 适用于7～10m厚煤层的三滚筒采煤机以及开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于7～10m厚煤层大采高一次采全高的开采方法，将工作面煤层分为上部、中部、下部三部分，采用三滚筒采煤机进行开采，采煤机两个端部滚筒主要截割上部和下部煤层，中部滚筒截割中部煤层。三滚筒采煤机两端部通过长摇臂连接小直径滚筒，中部为短摇臂、大直径滚筒，两端部为等长摇臂、等直径滚筒，短摇臂设置于采煤机底托架上。三滚筒采煤机通过与刮板输送机、特大采高液压支架相互配合可实现端部自动斜切进刀。本发明采用三滚筒采煤机进行7～10m厚煤层大采高一次采全高开采，能够弥补现有综放开采、分层开采方法存在的资源回采率低、煤层自然发火、效率低等问题，为7～10m厚煤层提供一种可行的大采高开采方法。

Description

适用于7～10m厚煤层的三滚筒采煤机以及开采方法

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，涉及一种适用于厚煤层的开采方法，具体地说是一种7～10m厚煤层一次采全高开采方法。 

背景技术

大采高一次采全高开采方法具有生产效率高、开采工艺简单、资源回收率高、管理方便、易实现自动化、智能化开采等显著优点，已成为国内外厚煤层开采的优选方法之一。随着煤炭科学技术的进步，大采高一次采全高开采方法的开采高度逐渐增加。目前，陕煤集团红柳林煤矿、神华集团上湾煤矿、补连塔煤矿、鲁能三道沟煤矿等现代化高产高效矿井已经成功实现了最大采高7.0m的大采高综采实践，达到了单一工作面年产10～15Mt，其中液压支架、刮板输送机均可采用国产优质产品，但受制于国内采煤机制造工艺水平低，采煤机均采用进口产品。目前，我国陕西、内蒙、新疆等地赋存有大量7～10m坚硬厚煤层，采用综放开采方法存在资源回收率低等问题，采用分层开采方法存在自然发火、效率低等缺点，亟需对7～10m坚硬厚煤层开采方法进行创新。随着一次开采高度的增加，机采高度达到7～10m时对采煤机滚筒、摇臂、滑靴、行走箱等部件的强度、刚度和可靠性均提出了更高要求，目前普遍采用的双滚筒采煤机将很难满足7～10m大采高开采要求，极大的制约了厚煤层一次采全高技术的发展与应用。 

兖州煤业股份有限公司申请号为200810116449.9名称为一种三滚筒采煤机的发明专利，公开了一种三滚筒不等长摇臂采煤机，在截割相同高度煤层时，使用直径相对较小的三个等直径滚筒，减小（降低）采煤机的总功率，降低与之配套的电气设备等级，从而达到加工简单、适应性强、节能降耗的目的。该发明的目的主要是为了增强采煤机的灵活性，实现节能降耗、降低成本的目的，但是由于三个摇臂长度各不相同，不能实现采煤机自动斜切进刀往返割两刀，很难实现大采高综采高产高效、自动化、智能化生产的目的。 

山西省晋城市晋城煤业集团申请号为201210033401.8名称为一种叠加臂三滚筒大采高采煤机的发明专利，公开了一种包括机身总成、摇臂装置、割煤滚筒、牵引部、电气控制系统、液压控制系统、回转部等的叠加臂三滚筒大采高采煤机，中部滚筒采用掘进机式截割部升降截割回转部高度以上的部分煤体，实现了制造工艺简单、生产成本低、对煤层变化适应性强等优点。但由于中部滚筒采用掘进机式截割部，开采工艺复杂，并且中部滚筒安装在采煤机机身顶部，导致机身顶部不能安装挡煤护板，不能适应于7～10m特大采高工作面。 

上述三滚筒采煤机技术为实现7～10m特大采高综采提供了方向指导，但上述三滚筒采煤机主要是为了降低采煤机制造成本，实现节能降耗的目的，存在开采工艺复杂、很难实现高产高效等问题，无法发挥大采高综采的优势，而且没有进行工作面设备配套与开采方法的创新，不能适应于7～10m特大采高综采工作面。 

发明内容

本发明的目的是基于现有大采高综采工艺与设备不能适用于7～10m厚煤层大采高综采的现状，提供一种适用于7～10m厚煤层的特大采高一次采全高开采方法，创新性采用三滚筒采煤机，通过与特大采高液压支架、刮板输送机进行配套，实现三滚筒采煤机端部斜切进刀，本发明可实现7～10m厚煤层特大采高工作面安全、高效、高回采率开采。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种适用于7～10m厚煤层的三滚筒采煤机，其特征在于：该采煤机包括中部短摇臂、中部大直径滚筒、第一端部长摇臂、第二端部长摇臂、位于第一端部长摇臂上的上部小直径滚筒、位于第二端部长摇臂上的下部小直径滚筒、调高油缸、电气控制系统、挡煤护板、破碎装置、底托架、行走部，采煤机机身左右两端部各设置一调高油缸，两调高油缸一端与机身连接，另一端与所述第一端部长摇臂和第二端部长摇臂连接，通过调高油缸对上述摇臂进行摆臂动作，实现整个采高范围高度调节；挡煤护板设置在采煤机机身上部，用于防止中部大直径滚筒割煤伤人及煤壁片帮伤人；所述第一端部长摇臂和第二端部长摇臂为等长摇臂，所述上部小直径滚筒和下部小直径滚筒为等直径，滚筒直径小于3.00mm，所述中部大直径滚筒的直径是上述小直径滚筒的直径的1.2～1.6倍。

所述中部大直径滚筒、上部小直径滚筒和下部小直径滚筒的直径之和超出工作面最大采高0.5～0.8m。 

所述破碎装置设置在采煤机机身右端部，电气控制系统控制采煤机进行动作。 

所述液压支架推移机构为液压支架推移千斤顶；液压支架护帮机构包括护帮板。 

所述采煤机端部的第一端部长摇臂、第二端部长摇臂应能保证在满足最大采高情况下，所述长摇臂与所述液压支架的顶梁不发生干涉；当工作面在最小割煤高度时，应保证采煤机中部短摇臂与采煤机机身垂直情况下，中部短摇臂顶端与所述液压支架顶梁不发生干涉。 

一种采用如上述三滚筒采煤机进行特大采高一次采全高的开采方法，其特征在于，在长壁综采工作面采用三滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套，改变传统的双滚筒采煤机截割方式，采用三滚筒截割方式，将7～10m厚煤层分为上部、中部、下部三部分，采煤机两端部的所述小直径滚筒截割上部和下部煤层，所述中部大直径滚筒截割中部煤层，三滚筒采煤机通过与刮板输送机、液压支架进行配套，可实现端部斜切进刀，往返割两刀，实现7～10m厚煤层高效回采，具体步骤如下： 

1）三滚筒采煤机位于工作面一端，右端上部小直径滚筒4截割上部煤层，中部大直径滚筒向采煤机行走方向倾斜，截割中部煤层，左端下部小直径滚筒下摆截割下部煤层，刮板输送机通过弯曲靠近煤壁，采煤机通过刮板输送机的弯曲段，使三个滚筒全部进入煤体；

2）右端上部小直径滚筒下摆割底部煤层，中部大直径滚筒左摆截割中间煤层，左端下部小直径滚筒上摆截割上部煤层，并推移刮板输送机，此时工作面刮板输送机为一直线，采煤机准备反方向割三角煤；

3）采煤机向工作面左端行进至过渡段时，由于此部分煤层受到采煤机位置限制，中部大直径滚筒截割不到，将左端下部小直径滚筒下摆割中间煤层；

4）采煤机继续向左端行进，割透中部三角煤；

5）采煤机左端下部小直径滚筒下摆割底部三角煤，同时将中部大直径滚筒和上部小直径滚筒割落的煤炭装入刮板输送机，中部大直径滚筒右摆，左端下部小直径滚筒上摆，采煤机向工作面右端行进，将三角煤彻底割透；

6）在采煤机通过后，进行拉架与推移刮板输送机，完成工作面端部斜切进刀。

本发明的优点和效益： 

采用三滚筒采煤机特大采高长壁开采方法，能实现7～10m坚硬厚煤层安全、高效、高回采率开采，其主要优点为：

①7～10m坚硬厚煤层采用三滚筒采煤机进行一次采全高开采，可以有效解决采高增加带来的采煤机截割阻力增大、可靠性降低等问题，降低了采煤机制造难度，是大采高开采技术的重大突破。

②采煤机两端部采用长摇臂小直径滚筒，可以有效解决现有大采高采煤机摇臂与滚筒强度低、功率大的问题，两端部采用等长摇臂、等直径滚筒，可以增强互换性，中部摇臂安装在采煤机底托架上，为采煤机机身安装挡煤护板提供了空间，可以有效保证特大采高安全高效开采。 

③三滚筒采煤机采用长摇臂与短摇臂相结合，可以实现两端部斜切进刀，往返割两刀，实现特大采高高产高效开采。 

④7～10m坚硬厚煤层采用特大采高长壁开采方法，可有效解决现有坚硬厚煤层综放开采资源回采率低、采空区自然发火等问题，有效解决厚煤层分层开采巷道掘进率高、效率低等问题，能够弥补现有厚煤层开采方法的不足，为厚煤层一次采全高技术进一步发展提供一种可行的采煤方法。 

⑤创新性采用三滚筒采煤机，在采煤机前、后部通过长摇臂连接小直径滚筒，在采煤机机身中部设置一个短摇臂连接大直径滚筒，前、后部为等长摇臂、等直径滚筒，可实现备品备件的互换，短摇臂设置于采煤机底托架上，可实现左右摆动，在采煤机机身上部设置挡煤护板。 

⑥工作面两端部采用阶梯过渡，采煤机三个滚筒相互配合实现工作面采高调高范围，待采煤机上部滚筒通过后，液压支架及时伸出伸缩梁，待采煤机中部滚筒通过后，液压支架及时伸出护帮板，最大程度减少顶板和煤壁的暴露时间，有效抑制煤壁片帮冒顶。 

⑦在特大采高工作面端部采用阶梯过渡支架，三滚筒采煤机采用端部斜切进刀方式，采煤机截割至阶梯过渡段时，上部滚筒下调截割中部煤层，通过与中部滚筒配合，充分利用阶梯过渡段配套尺寸限制，实现采煤机自动端部斜切进刀，满足特大采高工作面高产高效开采要求。 

附图说明

图1  三滚筒采煤机结构主视图。 

图2  三滚筒采煤机结构俯视图。 

图3  特大采高工作面设备配套。 

图4  三滚筒采煤机割煤示意图。 

图5A-图5G  三滚筒采煤机端部斜切进刀。 

具体实施方式

图1、图2示出了本发明适用于7～10m坚硬厚煤层的三滚筒采煤机，包括中部短摇臂1、中部大直径滚筒2、第一端部长摇臂3、第二端部长摇臂11、位于第一端部长摇臂3上的上部小直径滚筒4、位于第二端部长摇臂11上的下部小直径滚筒12、调高油缸5、电气控制系统6、挡煤护板7、破碎装置8、底托架9、行走部10，机身左右两端部各设置一调高油缸5，两调高油缸5一端与机身连接，另一端与所述第一端部长摇臂3和第二端部长摇臂11连接，通过调高油缸5对上述摇臂进行摆臂动作，实现整个采高范围高度调节；挡煤护板7设置在采煤机机身上部，用于防止中部大直径滚筒2割煤伤人及煤壁片帮伤人，所述第一端部长摇臂3和第二端部长摇臂11为等长摇臂，所述上部小直径滚筒4和下部小直径滚筒12为等直径，滚筒直径小于3.00mm，所述中部大直径滚筒2的直径是上述小直径滚筒4、12的直径的1.2～1.6倍，中部大直径滚筒2、上部小直径滚筒4和下部小直径滚筒12的直径之和超出工作面最大采高0.5～0.8m，所述破碎装置8设置在采煤机机身右端部，电气控制系统6控制采煤机进行动作。 

图3示出了本发明特大采高工作面设备配套，包括特大采高液压支架13、上述三滚筒采煤机、刮板输送机16、液压支架护帮机构14和液压支架推移机构15； 

三滚筒采煤机在刮板输送机16上行走，刮板输送机16与液压支架13互为推移支点，通过液压支架推移机构15实现推、拉，所述三滚筒采煤机在保证三个滚筒存在一定重叠量时，能够满足工作面最大采高范围，所述液压支架推移机构15为液压支架推移千斤顶；液压支架护帮机构14包括护帮板；

所述采煤机端部的第一端部长摇臂3、第二端部长摇臂11应能保证在满足最大采高情况下，所述长摇臂3、11与所述液压支架13的顶梁不发生干涉；当工作面在最小割煤高度时，应保证采煤机中部短摇臂1与采煤机机身垂直情况下，中部短摇臂1顶端与所述液压支架13顶梁不发生干涉，并且所述液压支架13能够顺利完成所述护帮板的伸出与收回。

图4示出了本发明三滚筒采煤机正常割煤示意图，包括特大采高液压支架13、三滚筒采煤机、刮板输送机16、上部小直径滚筒4、中部大直径滚筒2、下部小直径滚筒12，图中箭头为采煤机割煤方向。 

所述采煤机的上部小直径滚筒4截割顶部煤层，中部大直径滚筒2截割中间煤层，下部小直径滚筒12截割底部煤层，上部小直径滚筒4和中部大直径滚筒2割落的煤炭未能落入刮板输送机16的部分，由下部小直径滚筒12在割煤的同时进行装煤；在所述液压支架13的护帮板距离采煤机上部小直径滚筒4为3～5m时，收回护帮板，待上部小直径滚筒4通过后，液压支架13伸出伸缩梁，进行及时护顶，待中部大直径滚筒2通过后，液压支架13再打出护帮板进行护帮，此时下部小直径滚筒12尚未通过，工作面采高仅相当于上部小直径滚筒4和中部大直径滚筒2的割煤高度之和，有利于抑制煤壁片帮冒顶，待下部小直径滚筒2通过后，进行移架与推溜动作，实现即时支护。 

图5A-图5G示出了本发明三滚筒采煤机端部斜切进刀示意图，包括特大采高中部液压支架13、三滚筒采煤机、刮板输送机16、过渡液压支架17、端头液压支架18，图中箭头为采煤机割煤方向。 

图5A为采煤机进刀前的状态，此时三滚筒采煤机位于工作面一端，右端上部小直径滚筒4截割上部煤层，中部大直径滚筒2向采煤机行走方向倾斜，截割中部煤层，左端下部小直径滚筒12下摆截割下部煤层，刮板输送机13通过弯曲靠近煤壁，采煤机通过刮板输送机13的弯曲段，使三个滚筒2、4、12全部进入煤体，见图5B所示。此时右端上部小直径滚筒4下摆割底部煤层，中部大直径滚筒2左摆截割中间煤层，左端下部小直径滚筒12上摆截割上部煤层，并推移刮板输送机13，此时工作面刮板输送机13为一直线，采煤机准备反方向割三角煤，见图5C所示。采煤机向工作面左端行进至过渡段时，左端下部小直径滚筒12下摆割中间煤层，由于此部分煤层受到采煤机位置限制，中部大直径滚筒2截割不到，见图5D所示。采煤机继续向左端行进，割透中部三角煤，见图5E所示。采煤机左端下部小直径滚筒12下摆割底部三角煤，同时将中部大直径滚筒2和上部小直径滚筒4割落的煤炭装入刮板输送机13，中部大直径滚筒2右摆，左端下部小直径滚筒12上摆，采煤机向工作面右端行进，将三角煤彻底割透，见图5F所示。在采煤机通过后，进行拉架与推移刮板输送机13，完成工作面端部斜切进刀，见图5G所示。 

由于工作面煤层由三个滚筒分三部分进行截割，受配套尺寸、摇臂强度等限制，中部摇臂长度短、左右摆动幅度有限，靠近工作面端部的中部煤层需要由端部滚筒进行截割，而同时由于工作面梯度过渡的需要，靠近工作面端部的上部煤层不需要进行截割，为保证彻底割透三角煤，工作面过渡段的位置应当与中部滚筒的摆动截割范围相配套，保证顺利割透三角煤，实现特大采高高产高效开采。 

Claims (6)

1.一种适用于7～10m厚煤层的三滚筒采煤机，其特征在于：该采煤机包括中部短摇臂、中部大直径滚筒、第一端部长摇臂、第二端部长摇臂、位于第一端部长摇臂上的上部小直径滚筒、位于第二端部长摇臂上的下部小直径滚筒、调高油缸、电气控制系统、挡煤护板、破碎装置、底托架、行走部，采煤机机身左右两端部各设置一调高油缸，两调高油缸一端与机身连接，另一端与所述第一端部长摇臂和第二端部长摇臂连接，通过调高油缸对上述摇臂进行摆臂动作，实现整个采高范围高度调节；挡煤护板设置在采煤机机身上部，用于防止中部大直径滚筒割煤伤人及煤壁片帮伤人；所述第一端部长摇臂和第二端部长摇臂为等长摇臂，所述上部小直径滚筒和下部小直径滚筒为等直径，滚筒直径小于3.00mm，所述中部大直径滚筒的直径是上述小直径滚筒的直径的1.2～1.6倍。

2.如权利要求1所述的三滚筒采煤机，其特征在于：所述中部大直径滚筒、上部小直径滚筒和下部小直径滚筒的直径之和超出工作面最大采高0.5～0.8m。

3.如权利要求1所述的三滚筒采煤机，其特征在于：所述破碎装置设置在采煤机机身右端部，电气控制系统控制采煤机进行动作。

4.如权利要求1所述的三滚筒采煤机，其特征在于：所述液压支架推移机构为液压支架推移千斤顶；液压支架护帮机构包括护帮板。

5.如权利要求1所述的三滚筒采煤机，其特征在于：所述采煤机端部的第一端部长摇臂、第二端部长摇臂应能保证在满足最大采高情况下，所述长摇臂与所述液压支架的顶梁不发生干涉；当工作面在最小割煤高度时，应保证采煤机中部短摇臂与采煤机机身垂直情况下，中部短摇臂顶端与所述液压支架顶梁不发生干涉。

6.一种采用如上述权利要求1-5之任一项所述的三滚筒采煤机进行特大采高一次采全高的开采方法，其特征在于，在长壁综采工作面采用三滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套，改变传统的双滚筒采煤机截割方式，采用三滚筒截割方式，将7～10m厚煤层分为上部、中部、下部三部分，采煤机两端部的所述小直径滚筒截割上部和下部煤层，所述中部大直径滚筒截割中部煤层，三滚筒采煤机通过与刮板输送机、液压支架进行配套，可实现端部斜切进刀，往返割两刀，实现7～10m厚煤层高效回采，具体步骤如下：

1）三滚筒采煤机位于工作面一端，右端上部小直径滚筒4截割上部煤层，中部大直径滚筒向采煤机行走方向倾斜，截割中部煤层，左端下部小直径滚筒下摆截割下部煤层，刮板输送机通过弯曲靠近煤壁，采煤机通过刮板输送机的弯曲段，使三个滚筒全部进入煤体；

2）右端上部小直径滚筒下摆割底部煤层，中部大直径滚筒左摆截割中间煤层，左端下部小直径滚筒上摆截割上部煤层，并推移刮板输送机，此时工作面刮板输送机为一直线，采煤机准备反方向割三角煤；

3）采煤机向工作面左端行进至过渡段时，由于此部分煤层受到采煤机位置限制，中部大直径滚筒截割不到，将左端下部小直径滚筒下摆割中间煤层；

4）采煤机继续向左端行进，割透中部三角煤；

5）采煤机左端下部小直径滚筒下摆割底部三角煤，同时将中部大直径滚筒和上部小直径滚筒割落的煤炭装入刮板输送机，中部大直径滚筒右摆，左端下部小直径滚筒上摆，采煤机向工作面右端行进，将三角煤彻底割透；

6）在采煤机通过后，进行拉架与推移刮板输送机，完成工作面端部斜切进刀。