CN106761734B - 一种截槽开采提高块煤率的采煤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种截槽开采提高块煤率的采煤方法，第一截割部的锥形滚筒沿底板截割形成煤层底槽，第三截割部的倒锥外扩式端盘上的截齿对煤层后面进行截槽，通过倒锥外扩式端盘的锲入和截割冲击力将煤块涨落，并在锥外扩式端盘的作用下将涨落煤块推进刮板机，圆柱形无叶片滚筒上的截齿截落未涨落的煤块并清理煤块，保证整个后槽截割滚筒顺利通过煤壁；第二截割部的锥形滚筒用于清理顶板附近的煤层。本发明可实现一次采全高双向采煤，对煤层进行先截槽再涨落分层落煤，行走速度相对较快，能够有效提高块煤粒径、块煤率和采煤效率，降低功率消耗、截齿损坏量以及粉尘产生量，并且能够实现硬质煤层低功耗开采。
Description
技术领域
本发明涉及一种截槽开采提高块煤率的采煤方法，属于矿用机械。
背景技术
目前，普遍采用滚筒采煤机采煤。工作时滚筒转动并作径向移动，截齿研磨破碎煤炭，再由螺旋叶片把截齿截落的煤炭沿滚筒的轴线方向推运进工作面刮板运输机。其截齿落煤的工作原理是铣削式落料，截齿损耗量大、能耗高，工作效率低；且块煤率低，煤尘大，造成了采煤环境恶劣等问题及安全隐患，并且遇到硬质煤层难以开采。而块煤的经济价值是碎煤的两倍以上，块煤率是也煤矿企业的一个重要经济技术指标，更是国民经济发展的必须品。
为解决块煤率和过硬质煤层的问题，目前常用的做法是先放振动炮，破坏煤层层理，降低煤层强度，再采用滚筒采煤机采煤，虽然这样也能通过硬质煤层有所增加块煤，却会使采煤机的工作效率降低，并使顶板造成一定影响，给顶板安全维护工作增加一定难度，还会增加额外的成本。除此之外，还出现了众多采取块煤的方式方法都具有一定的局限性，均未能有效的提高煤炭开采的块煤率和块煤粒径。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种能够实现硬质煤层低功耗开采、降低截齿的损耗量，可以提高块煤粒径和块煤率，提高工作效率、降低粉尘产生量的截槽开采提高块煤率的采煤方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种截槽开采提高块煤率的采煤方法，包括如下步骤：
步骤一：采煤时，采煤机机身本体一侧的机身油缸动作，带动连接摇臂向下摇动，与连接摇臂连接在一起的第一截割部的锥形滚筒被移动至底板上，第一截割部的锥形滚筒旋转截割底板上的层煤，从而清理底板附近的煤层；
步骤二：煤层底部形成底槽后，煤层间的应力得到很大程度的释放，并为煤块掉落提供了较多自由面；第三截割部的倒锥外扩式端盘上的截齿沿底槽对煤层后面进行截槽，通过倒锥外扩式端盘的锲入和截割冲击力将煤块涨落，并将涨落煤块推进刮板机，同时倒锥外扩式端盘后部圆柱形无叶片滚筒上的截齿截落未涨落的煤块并清理煤块，保证整个后槽截割滚筒顺利通过煤壁；
步骤三：机身本体另一侧的机身油缸动作，带动连接摇臂向上摇动，与连接摇臂连接在一起的第二截割部锥形滚筒被移动至顶板下表面，第二截割部的锥形滚筒旋转截割顶板下表面的层煤，从而清理顶板附近的煤层；
步骤四：采煤机回采时，第一截割部的锥形滚筒在机身油缸作用下移至顶板下表面，第二截割部的锥形滚筒移动至底板上，采煤机实现双向采煤。
优选的，所述倒锥外扩式端盘直径大于锥形滚筒直径。
优选的，所述锥形滚筒上的截齿按6条阿基米德螺旋线排列布置在锥形无叶片筒体表面。
优选的，所述第一截割部和第二截割部的锥形无叶片筒体表面的截齿密度大于圆柱形无叶片滚筒表面截齿的密度。
优选的，所述第一截割部的锥形滚筒和第二截割部的锥形滚筒旋转方向相反，转速相同。
优选的，所述第一截割部、第二截割部的锥形滚筒和第三截割部的后槽截割滚筒向煤壁侧延伸的长度相同，并都位于机身本体同侧。
优选的，所述第一截割部和第二截割部的采高范围大于第三截割部的采高范围。
优选的，所述倒锥外扩式端盘上截齿布置的宽度小于倒锥外扩式端盘的锥形面的宽度。
本发明的第一截割部、第二截割部和第三截割部横向布置于煤壁侧，第一截割部和第二截割部依靠机身油缸进行升降调节高度，能够满足最大采高和最小卧底的要求、清理顶板和底板的煤层，保证整个设备向前推进，并实现双向采煤。第一截割部的锥形滚筒先行高效截割煤层底部，煤层间的应力得到很大程度的释放，并为煤块掉落提供了较多自由面，有效降低了第三截割部的倒锥外扩式端盘在二次截割时的截割强度，减少了截割功耗；在此基础上倒锥外扩式端盘的截齿进行截槽涨落落煤，不会充分破碎煤块，能够有效提高块煤粒径、块煤率，降低截齿损坏量和粉尘产生量；第一截割部、第二截割部和第三截割部三者相互配合，可实现一次采全高双向采煤，对煤层进行先截槽再涨落分层落煤，行走速度相对较快，可提高采煤效率，并且能够实现硬质煤层的低功耗开采。
附图说明
图1是本发明用到的采煤机结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是采煤方法原理图；
图中，10.机身本体，20.第一截割部，30.第二截割部，40.第三截割部，.后槽截割滚筒，42.倒锥外扩式端盘，43.锥形面，44.减速臂，50.锥形滚筒，51.锥形无叶片筒体，60.连接摇臂，71.机身铰接耳，72.机身油缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明用到的截槽开采块煤机如图所示，包括第一截割部20和第二截割部30，所述第一截割部20和第二截割部30分别设置在采煤机机身本体10两端，还包括第三截割部40，所述第一截割部20包括相连的锥形滚筒50和连接摇臂60，所述锥形滚筒50包括锥形无叶片筒体51，锥形无叶片筒体51表面设有螺旋布置的截齿，所述连接摇臂60通过机身铰接耳71和机身油缸72连接至机身本体10的一端；所述第二截割部30和第一截割部20的结构对称，且设在机身本体10的另一端；所述第三截割部40包括后槽截割滚筒41，所述后槽截割滚筒41通过减速臂44连接至机身本体10中部，后槽截割滚筒41包括圆柱形无叶片滚筒，所述圆柱形无叶片滚筒上螺旋设有截齿，且圆柱形无叶片滚筒前端设有倒锥外扩式端盘42，所述倒锥外扩式端盘42外周设有截齿。
使用时，以图示采煤工况为例，第一截割部20的锥形滚筒50沿底板截割形成煤层底槽，接着第三截割部40的倒锥外扩式端盘42上的截齿对煤层后面进行截槽，通过倒锥外扩式端盘42的锲入和截割冲击力将煤块涨落，并在锥外扩式端盘42的作用下将涨落煤块推进刮板机，圆柱形无叶片滚筒上的截齿截落未涨落的煤块并清理煤块，保证整个后槽截割滚筒41顺利通过煤壁；与此同时第二截割部30的锥形滚筒50清理顶板附近的煤层。
在该过程中第一截割部20、第二截割部30和第三截割部40横向布置于煤壁侧，第一截割部20和第二截割部30依靠机身油缸42进行升降调节高度，能够满足最大采高和最小卧底的要求，锥形滚筒50的截齿直接布置在锥形无叶片筒体51表面，省略了端盘及叶片，大大减小了螺旋滚筒截割直径，降低了截割阻力，并且锥形无叶片筒体51前部设计成锥形，这样又进一步降低了截割阻力，从而达到在不放震动炮的情况下采煤的目的，降低了功耗和成本，提高了工作效率和生产安全性。第一截割部20的锥形滚筒50先行截割煤层底部，煤层间的应力得到很大程度的释放，并为煤块掉落提供了较多自由面，有效降低了第三截割部40的倒锥外扩式端盘42在二次截割时的截割强度，减少了截割功耗，倒锥外扩式端盘42的截齿进行截槽涨落落煤，不会充分破碎煤块，有效提高了块煤粒径、块煤率，降低截齿损坏量和粉尘产生量；第二截割部30清理顶板的煤层，保证整个设备向前推进。在回采时第二截割部30沿底板截割煤层底槽，第一截割部20清理顶板的煤层，三者相互配合，可实现一次采全高双向采煤，对煤层进行先截槽再涨落分层落煤，行走速度相对较快，可提高采煤效率，并且能够实现硬质煤层的低功耗开采。
优选的，所述倒锥外扩式端盘42直径大于锥形滚筒50直径。锥形滚筒50直径小，可以实现低功率有效截割顶、底板硬质煤层，底板附近煤层底槽形成后，煤层间的应力得到释放，并为煤块掉落提供了较多自由面，可有效降低倒锥外扩式端盘42截割时的截割强度。
优选的，所述锥形滚筒50上的截齿按6条阿基米德螺旋线排列布置在锥形无叶片筒体51表面。这样的设置使得锥形滚筒50的载荷均匀分配，进一步有效降低了截割阻力。
第一截割部20或第二截割部30的截齿首先截割煤层，需要截齿的破煤能力强，特别是能够低功耗有效截割硬质煤层的能力，而第三截割部40主要是截割被第一截割部20或第二截割部30截割后强度降低的煤层后槽以及清理煤块，无需较大的截割力。优选的，所述第一截割部20和第二截割部30的锥形无叶片筒体51表面的截齿密度大于圆柱形无叶片滚筒表面截齿的密度，截齿密度越大，截割能力越强，从而第一截割部20和第二截割部30能够实现低功耗有效截割硬质煤层。
优选的，所述第一截割部20的锥形滚筒50和第二截割部30的锥形滚筒50旋转方向相反，转速相同。这样的设计保证了采煤机整体可以实现双向往复采煤，且方便操作维护。
优选的，所述第一截割部20、第二截割部30的锥形滚筒50和第三截割部40的后槽截割滚筒41向煤壁侧延伸的长度相同，并都位于机身本体10同侧。这样的设计保证了第一截割部20、第二截割部30和第三截割部40截割煤层深度相同，尤其是充分发挥第三截割部40截割煤层后槽落煤的作用，保证落煤截深，防止第一截割部20、第二截割部30的截深过大导致煤层受压大面积塌落或第一截割部20、第二截割部30的截深过小增大第三截割部在二次截割时的截割强度。
由于第三截割部40后槽截割滚筒41的后部的圆柱形无叶片滚筒直径较小，不可能清理到顶板和底板，需要依靠第一截割部20和第二截割部30清理顶板和底板煤层。因此，作为本发明的一个优选的方案，所述第一截割部20和第二截割部30的采高范围大于第三截割部40的采高范围，这样的设计保证了可以同时清理顶板和底板附近的煤层，也可以适应煤层起伏，做到完全清理，保证综采设备往前推移。
优选的，为了使采煤机向前行走时加强倒锥外扩式端盘42煤块涨落的作用，所述倒锥外扩式端盘42上截齿布置的宽度小于倒锥外扩式端盘42的锥形面43的宽度。大宽度的锥形面43方便了倒锥外扩式端盘42截槽后煤块的涨落。经现场操作检验，本发明的锥形面43锥度在15°时截槽开采的效果最好，在保证工作效率的同时可以一次性完全清理煤壁。
由于采煤时连接摇臂60需要带动机身本体10两端的第一截割部20和第二截割部30的锥形滚筒50上下动作，而第三截割部40对于高度调整的要求不高，优选的，为了保证锥形滚筒50的行程和工作范围，连接摇臂60的长度大于减速臂44的长度。
优选的，上述采煤机的减速臂44通过剪切块和螺栓固定于机身本体10中部。
优选的，为了使第三截割部40的工作高度可调，以适应起伏的煤层和复杂的作业工况，提升采煤工作效率，减速臂44为大功率短臂可升降结构。
Claims (8)
1.一种截槽开采提高块煤率的采煤方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：采煤时，采煤机机身本体(10)一侧的机身油缸(72)动作，带动连接摇臂(60)向下摇动，与连接摇臂(60)连接在一起的第一截割部(20)的锥形滚筒(50)被移动至底板上，第一截割部(20)的锥形滚筒(50)旋转截割底板上的煤层，从而清理底板附近的煤层；
步骤二：煤层底部形成底槽后，煤层间的应力得到很大程度的释放，并为煤块掉落提供了较多自由面；设在机身本体(10)中部的第三截割部(40)的倒锥外扩式端盘(42)沿底槽对煤层后面进行截槽，通过倒锥外扩式端盘(42)的锲入和截割冲击力将煤块涨落，并将涨落煤块推进刮板机，同时倒锥外扩式端盘(42)后部圆柱形无叶片滚筒上的截齿截落未涨落的煤块并清理煤块，保证整个后槽截割滚筒(41)顺利通过煤壁；
步骤三：机身本体(10)另一侧的机身油缸(42)动作，带动连接摇臂(60)向上摇动，与连接摇臂(60)连接在一起的第二截割部(30)锥形滚筒(50)被移动至顶板下表面，第二截割部(30)的锥形滚筒(50)旋转截割顶板下表面的层煤，从而清理顶板附近的煤层；
步骤四：采煤机回采时，第一截割部(20)的锥形滚筒(50)在机身油缸(72)作用下移至顶板下表面，第二截割部(30)的锥形滚筒(50)移动至底板上，采煤机实现双向采煤。
2.根据权利要求1所述的截槽开采提高块煤率的采煤方法，其特征在于，所述倒锥外扩式端盘(42)直径大于锥形滚筒(50)直径。
3.根据权利要求1所述的截槽开采提高块煤率的采煤方法，其特征在于，所述锥形滚筒(50)上的截齿按6条阿基米德螺旋线排列布置在锥形无叶片筒体(51)表面。
4.根据权利要求1所述的截槽开采提高块煤率的采煤方法，其特征在于，所述第一截割部(20)和第二截割部(30)的锥形无叶片筒体(51)表面的截齿密度大于圆柱形无叶片滚筒表面截齿的密度。
5.根据权利要求1所述的截槽开采提高块煤率的采煤方法，其特征在于，所述第一截割部(20)的锥形滚筒(50)和第二截割部(30)的锥形滚筒(50)旋转方向相反，转速相同。
6.根据权利要求1所述的截槽开采提高块煤率的采煤方法，其特征在于，所述第一截割部(20)、第二截割部(30)的锥形滚筒(50)和第三截割部(40)的后槽截割滚筒(41)向煤壁侧延伸的长度相同，并都位于机身本体(10)同侧。
7.根据权利要求1所述的截槽开采提高块煤率的采煤方法，其特征在于，所述第一截割部(20)和第二截割部(30)的采高范围大于第三截割部(40)的采高范围。
8.根据权利要求1所述的截槽开采提高块煤率的采煤方法，其特征在于，所述倒锥外扩式端盘(42)上截齿布置的宽度小于倒锥外扩式端盘(42)的锥形面(43)的宽度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20170531 Assignee: Guoke Zhongmai (Xuzhou) Energy Technology Co.,Ltd. Assignor: JIANGSU ZHONGJI MINE EQUIPMENT Co.,Ltd. Contract record no.: X2021980016402 Denomination of invention: A coal mining method for improving lump coal rate by cutting slot mining Granted publication date: 20190903 License type: Exclusive License Record date: 20220106 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A coal mining method for increasing lump coal rate through slot cutting mining Granted publication date: 20190903 Pledgee: Bank of Nanjing Co.,Ltd. Xuzhou Branch Pledgor: JIANGSU ZHONGJI MINE EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2024980001653 |