CN110094203B - 适应难开采煤层的采煤机截割机构、采煤机及采煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应难开采煤层的采煤机截割机构、采煤机及采煤方法。采煤机截割机构包括截割机构本体、旋转支撑架、旋转驱动部件和钻孔部件，旋转支撑架与截割机构本体末端的截割滚筒同轴安装在截割机构本体的末端；旋转驱动部件用于驱动旋转支撑架使其与截割滚筒同轴转动；钻孔部件设置在旋转支撑架的支撑端面上且可沿垂直于截割滚筒端面的方向往复移动，当其朝煤壁移动时可在煤壁表面钻孔。本发明可实现钻机在空间中位置和姿势的自由调整，调整后打炮孔，从而在煤壁上环绕截割滚筒均匀钻炮孔并放炮松动、对煤层进行均匀有效的应力释放，降低了截割难度；且放炮松动后立刻截割，放炮松动和滚筒截割两道工序之间的时间间隔短，提升了采煤效率。

Description

适应难开采煤层的采煤机截割机构、采煤机及采煤方法

技术领域

本发明涉及一种适应难开采煤层的采煤机截割机构、采煤机及采煤方法，适用于含硫化铁结核和坚硬夹矸的难开采煤层。

背景技术

能源工业是国民经济的基础产业，也是技术密集型产业，未来很长一段时间内煤炭作为我国主体能源具有无法替代的地位，纵观我国矿区，薄煤层分布广泛，有80多个矿区中的445处矿井赋存有薄煤层，薄煤层的可采储量约占总可采储量的19％，产量约占10％。与开采厚煤层和中厚煤层相比，薄煤层长壁工作面开采的特点是工作面小，作业条件恶劣。除此之外，我国薄煤层具有一明显特点，煤层中含有大量硫化铁结核和坚硬夹矸，这就使得工作面破煤困难。在多年的薄煤层开采实践中，基于我国含有大量硫化铁结核和坚硬夹矸薄煤层特点，在改善作业条件，减轻劳动强度，提高劳动效率、单产、单进和机械化开采水平等方面进行了长期的研究和探索，截止目前为止，曾经试验过滚筒采煤机、高压水射流、振动冲击截割头、滑行刨等机械破煤层方式，但是效果仍旧不理想，这使得含硫化铁结核和坚硬夹矸薄煤层机械化开采成为制约煤炭能源行业发展的世界性难题。

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适应难开采煤层的采煤机截割机构、采煤机及采煤方法，能够降低滚筒截割难开采煤层的破煤难度，提高难开采煤层的开采效率，降低工人劳动强度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适应难开采煤层的采煤机截割机构，包括截割机构本体，还包括

旋转支撑架，其与所述截割机构本体末端的截割滚筒同轴安装在截割机构本体的末端；

旋转驱动部件，用于驱动旋转支撑架使其与截割滚筒同轴转动；

钻孔部件，设置在旋转支撑架的支撑端面上且可沿垂直于截割滚筒端面的方向往复移动，当其朝向煤壁移动时可在煤壁表面钻孔。

在其中一个实施例中，所述旋转支撑架为门型结构，门型结构两侧设有安装臂，所述两个安装臂上分别开设一安装孔，两个安装孔中心线重合，两个安装孔均套在滚筒安装轴位于截割机构本体与截割滚筒之间的部分从而将旋转支撑架安装在截割滚筒后部且位于截割滚筒与截割机构本体之间，旋转支撑架的支撑端面距离滚筒安装轴的距离大于截割滚筒的半径。

在其中一个实施例中，所述旋转驱动部件包括设在截割机构本体上的固定座、设在固定座上的驱动齿轮，驱动齿轮由马达Ⅰ驱动原地回转，且所述驱动齿轮与旋转支撑架侧面设有的内齿圈相啮合。

在其中一个实施例中，所述钻孔部件包括导轨、与导轨滑动连接的滑动座及设在滑动座上的钻机，所述导轨的延伸方向垂直于截割滚筒端面，滑动座由牵引组件驱动沿导轨往复移动。

在其中一个实施例中，所述牵引组件包括电动马达和牵引链，所述牵引链与滑动座连接，电动马达的输出轴上设有链轮，牵引链套在链轮上。

在其中一个实施例中，所述钻机包括设在滑动座上的马达Ⅱ、与马达Ⅱ输出轴联接的钻杆及钻杆端部的钻头，所述钻杆的长度方向与导轨的延伸方向一致。

在其中一个实施例中，所述钻头朝向煤壁的端面上固定有机械截齿。

在其中一个实施例中，所述截割机构本体的连接端与采煤机本体的牵引部铰接且由调高油缸驱动进行高度调节。

本发明还公开了一种适应难开采煤层的采煤机，包括采煤机本体，所述采煤机本体的牵引部两端分别对称连接一上述的适应难开采煤层的采煤机截割机构。

同时，本发明还公开了一种适应难开采煤层的采煤方法，包括如下步骤：

步骤一：采煤时，调高油缸伸出使截割机构本体以截割机构本体与牵引部之间的铰接点为中心转动并向上抬升，将截割机构本体末端调节至预定的采煤位置高度；

步骤二：启动旋转驱动部件和钻机，马达Ⅰ启动后会带动驱动齿轮原地回转，驱动齿轮通过与内齿圈的啮合使旋转支撑架发生旋转，将钻孔部件移动至煤壁表面需要打炮孔的位置；

步骤三：钻孔部件打炮孔：滑动座在牵引组件的牵引作用下向煤壁移动，靠近煤壁时钻机直接在难开采煤层的煤壁表面打炮孔，一个炮孔形成后，牵引组件带动滑动座远离煤壁，马达Ⅰ驱动旋转支撑架回转至下一个需要打炮孔的位置，再利用钻孔部件打炮孔即可，重复上述过程在工作面煤层难开采部分环绕截割滚筒形成数个炮孔，并在炮孔中安装弹药进行放炮松动，煤层松动后截割滚筒旋转对煤层进行截割。

相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：

(1)本发明对现有的采煤机截割机构进行了改进，通过现有的采煤机的抬升结构，再结合与截割滚筒同轴转动的旋转支撑架、设置在旋转支撑架的支撑端面上且可沿垂直于截割滚筒端面的方向往复移动的钻孔部件实现钻机在空间中位置和姿势的自由调整，调整后即可打炮孔，从而能够在截割难开采煤层时在煤壁表面环绕截割滚筒均匀钻炮孔并放炮松动、对截割范围内的煤层进行均匀有效的应力释放，有效降低了滚筒截割难度；且钻孔放炮松动后立刻利用滚筒截割，放炮松动和滚筒截割两道工序之间的时间间隔非常短，甚至可以在对煤壁松动的同时利用截割滚筒同步进行截割，大大缩短了采煤的时间、提升了采煤效率。

(2)本发明可通过控制旋转支撑架的旋转改变钻孔部件相对煤壁的空间位置，结合调高油缸的高度调整作用，从而在实际工作中可以在煤壁上任何预设的部位随时快速打炮孔，对煤壁进行有规划地放炮松动，完全不需要人为打炮孔、节约了劳动力和操作时间；且各炮孔的位置环绕截割滚筒设计，可以精确控制打炮孔的位置，能够有效地起到对煤壁进行松动和释放应力的作用。

附图说明

图1是本发明的适应难开采煤层的采煤机截割机构的主视图；

图2是本发明中的钻孔部件的俯视示意图；

图3是本发明中的旋转支撑架的主视图；

图4是本发明中的旋转支撑架的立体图；

图中：1、牵引部；2、调高油缸；

3、截割机构本体；3-1、壳体连接孔Ⅰ；3-2、壳体连接孔Ⅱ；

4、固定座；

5-1、马达Ⅰ；5-2、驱动齿轮；

6、钻机；6-1、马达Ⅱ；6-2、钻杆；6-3、钻头；6-3-1、机械截齿；

7、旋转支撑架；7-1、安装孔；7-2、内齿圈；7-3、支撑端面；7-4、安装臂；

8、导轨；8-1、导轨座；9、滑动座；

10-1、牵引链；10-2、电动马达；10-3、链轮；11、截割滚筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种适应难开采煤层的采煤机截割机构，包括截割机构本体3，还包括

旋转支撑架7，其与所述截割机构本体3末端的截割滚筒11同轴安装在截割机构本体3的末端；

旋转驱动部件，用于驱动旋转支撑架7使其与截割滚筒11同轴转动；

钻孔部件，设置在旋转支撑架7的支撑端面7-3上且可沿垂直于截割滚筒11端面的方向往复移动，当其朝向煤壁移动时可在煤壁表面钻孔。

如图1，利用上述采煤机截割机构进行截割时，首先利用采煤机的调节功能将截割机构本体3末端调节至预定的位置高度，启动旋转驱动部件驱动旋转支撑架7回转至需要打炮孔的位置，此时钻孔部件朝向煤壁移动并在难开采煤层的煤壁表面打炮孔，一个炮孔形成后，钻孔部件背对煤壁移动，旋转驱动部件驱动旋转支撑架7回转至下一个需要打炮孔的位置，再利用钻孔部件打炮孔即可，重复上述过程在工作面煤层难开采部分按照一定规律形成数个炮孔，并在炮孔中安装弹药进行放炮松动，煤层松动后利用截割滚筒11进行截割即可，大大降低了截割难开采煤层的难度，节省了时间、提升了采煤的工作效率，降低了工人的劳动量。通过控制旋转支撑架7的旋转改变钻孔部件相对煤壁的空间位置，从而可以在煤壁上任何预设的部位随时快速打炮孔，对煤壁进行有规划地放炮松动，不需要人为打炮孔、节约了劳动力和时间，且打炮孔的位置可以精确控制，能够有效地起到预期对煤壁进行松动和释放应力的作用。

在一个具体的实施例中，如图3、图4所示，所述旋转支撑架7为门型结构，门型结构两侧设有安装臂7-4，所述两个安装臂7-4上分别开设一安装孔7-1，两个安装孔7-1中心线重合，两个安装孔7-1均套在滚筒安装轴位于截割机构本体3与截割滚筒11之间的部分从而将旋转支撑架7安装在截割滚筒11后部且位于截割滚筒11与截割机构本体3之间，旋转支撑架7的支撑端面7-3距离滚筒安装轴的距离大于截割滚筒11的半径。钻孔部件设在旋转支撑架7的支撑端面7-3上，打炮孔的过程中会产生较大的震动、对旋转支撑架7的强度要求较高，而门型结构力学结构稳定坚固，即使采煤机长期运行也不会受影响发生损坏。旋转支撑架7安装在截割机构本体3与截割滚筒11之间，可以保证旋转支撑架7转动时不会与截割滚筒11发生干涉、二者互不影响，避免影响截割滚筒11的正常截割；同时旋转支撑架7的支撑端面7-3距离滚筒安装轴的距离大于截割滚筒11的半径，可以避免钻孔时触碰到截割滚筒11外圈，保证安装在支撑端面7-3上的钻孔部件打炮孔工作的正常进行。

当然，旋转支撑架7也可以只在一侧设有安装臂7-4，安装臂7-4的安装孔7-1套在滚筒安装轴上；旋转支撑架7也可以通过其他连接功能部件与截割滚筒11同轴固定在截割机构本体3的末端。

再看图1，在一个具体的实施例中，所述旋转驱动部件包括设在截割机构本体3上的固定座4、设在固定座4上的驱动齿轮5-2，驱动齿轮5-2由马达Ⅰ5-1驱动原地回转，且所述驱动齿轮5-2与旋转支撑架7侧面环绕其回转轴设置的内齿圈7-2相啮合。马达Ⅰ5-1启动后会带动驱动齿轮5-2原地回转，驱动齿轮5-2通过与内齿圈7-2的啮合会使旋转支撑架7发生旋转，将钻孔部件移动至煤壁表面需要打炮孔的位置。

图1中，固定座4通过螺栓固定在截割机构本体3上，可以根据需要自由拆卸或安装，当然也可以采用其他连接方式比如直接焊接在截割机构本体3上。

当然，旋转驱动部件还可以采用其他形式的结构，例如可以在截割机构本体3朝向截割滚筒11一侧的表面上设置电机，电机的输出轴与一摆杆的一端连接，摆杆的另一端铰接在旋转支撑架7的侧面，则电机启动后输出轴会带动摆杆转动，摆杆的另一端带动旋转支撑架7绕其自身的回转轴旋转。

在一个具体的实施例中，如图1和图2，所述钻孔部件包括导轨8、与导轨8滑动连接的滑动座9及设在滑动座9上的钻机6，所述导轨8的延伸方向垂直于截割滚筒11的端面，滑动座9由牵引组件驱动沿导轨8往复移动。由于导轨8的延伸方向垂直于截割滚筒11的端面，滑动座9在牵引组件的牵引作用下可以按需向靠近或远离煤壁的位置移动，靠近煤壁时直接启动钻机6打炮孔，打炮孔结束后牵引组件驱动其远离煤壁即可。

如图1，上述的导轨8可以设在旋转支撑架7的支撑端面7-3上的导轨座8-1上以保证固定安装的稳定性，同时方便装配和自由拆卸更换。当然导轨8也可以直接通过螺栓或铆接等方式直接固定在旋转支撑架7的支撑端面7-3上。

在一个具体的实施例中，正如图2所示，所述的牵引组件可以包括电动马达10-2和牵引链10-1，所述牵引链10-1与滑动座9连接，电动马达10-2的输出轴上设有链轮10-3，牵引链10-1套在链轮10-3上。电动马达10-2正转带动链轮10-3和牵引链10-1转动，同步使滑动座9沿着导轨8向待开采煤壁方向滑动，滑动到贴近煤壁的位置时即可启动钻机6打炮孔。上述电动马达10-2与其输出轴上的链轮10-3可以设有两组，两组并排设置在导轨8长度方向的两端，两个链轮10-3在同一平面上且中轴线相互平行，两组电动马达10-2和链轮10-3可以提升控制精度，使得钻机6可以被快速准确牵引到所需的工位，当然电动马达10-2与其输出轴上的链轮10-3设置为一组也是完全能够实施的；当然，除了电动马达10-2，采用其他具有回转驱动功能的动力元件也是可以的，例如可以采用气动或液压控制的马达。

在一个具体的实施例中，图2所示的所述钻机6可以包括设在滑动座9上的马达Ⅱ6-1、与马达Ⅱ6-1输出轴联接的钻杆6-2及钻杆6-2端部的钻头6-3，所述钻杆6-2的长度方向与导轨8的延伸方向一致。滑动座9在牵引组件的牵引作用下向靠近煤壁的位置移动时，同步启动马达Ⅱ6-1，马达Ⅱ6-1通过钻杆6-2带动钻头6-3旋转在煤壁表面打炮孔，打炮孔结束后牵引组件驱动其远离煤壁即可。当然，钻杆6-2还可以在其他动力输出结构的带动下绕其自身轴心线回转。

在一个具体的实施例中，图2中所述钻头6-3朝向煤壁的端面上固定有机械截齿6-3-1。钻头6-3回转的同时，机械截齿6-3-1可以对煤壁表面进行高效破坏，快速释放煤体内部的应力，降低了钻机6整体的功率。当然，在其他实施例中，不采用机械截齿6-3-1钻机6也可以在煤壁表面打孔。

在一个具体的实施例中，所述截割机构本体3的连接端与采煤机本体的牵引部1铰接且由调高油缸2驱动进行高度调节。具体地，详见图1，截割机构本体3靠近牵引部1的连接端上部通过壳体连接孔Ⅱ3-2与采煤机本体的牵引部1通过销轴或销钉连接、下部通过壳体连接孔Ⅰ3-1与调高油缸2通过销轴或销钉连接，调高油缸2伸出时即可使截割机构本体3以截割机构本体3与牵引部1之间的铰接点为中心转动并向上抬升。

Claims (8)

1.一种适应难开采煤层的采煤机截割机构，包括截割机构本体(3)，其特征在于，还包括

旋转支撑架(7)，其与所述截割机构本体(3)末端的截割滚筒(11)同轴安装在截割机构本体(3)的末端；所述旋转支撑架(7)为门型结构，门型结构两侧设有安装臂(7-4)，所述两个安装臂(7-4)上分别开设一安装孔(7-1)，两个安装孔(7-1)中心线重合，两个安装孔(7-1)均套在滚筒安装轴位于截割机构本体(3)与截割滚筒(11)之间的部分从而将旋转支撑架(7)安装在截割滚筒(11)后部且位于截割滚筒(11)与截割机构本体(3)之间，旋转支撑架(7)的支撑端面(7-3)距离滚筒安装轴的距离大于截割滚筒(11)的半径；

旋转驱动部件，用于驱动旋转支撑架(7)使其与截割滚筒(11)同轴转动；所述旋转驱动部件包括设在截割机构本体(3)上的固定座(4)、设在固定座(4)上的驱动齿轮(5-2)，驱动齿轮(5-2)由马达Ⅰ(5-1)驱动原地回转，且所述驱动齿轮(5-2)与旋转支撑架(7)侧面设有的内齿圈(7-2)相啮合；

钻孔部件，设置在旋转支撑架(7)的支撑端面(7-3)上且可沿垂直于截割滚筒(11)端面的方向往复移动，当其朝向煤壁移动时可在煤壁表面钻孔。

2.根据权利要求1所述的适应难开采煤层的采煤机截割机构，其特征在于，所述钻孔部件包括导轨(8)、与导轨(8)滑动连接的滑动座(9)及设在滑动座(9)上的钻机(6)，所述导轨(8)的延伸方向垂直于截割滚筒(11)端面，滑动座(9)由牵引组件驱动沿导轨(8)往复移动。

3.根据权利要求2所述的适应难开采煤层的采煤机截割机构，其特征在于，所述牵引组件包括电动马达(10-2)和牵引链(10-1)，所述牵引链(10-1)与滑动座(9)连接，电动马达(10-2)的输出轴上设有链轮(10-3)，牵引链(10-1)套在链轮(10-3)上。

4.根据权利要求2所述的适应难开采煤层的采煤机截割机构，其特征在于，所述钻机(6)包括设在滑动座(9)上的马达Ⅱ(6-1)、与马达Ⅱ(6-1)输出轴联接的钻杆(6-2)及钻杆(6-2)端部的钻头(6-3)，所述钻杆(6-2)的长度方向与导轨(8)的延伸方向一致。

5.根据权利要求4所述的适应难开采煤层的采煤机截割机构，其特征在于，所述钻头(6-3)朝向煤壁的端面上固定有机械截齿(6-3-1)。

6.根据权利要求1所述的适应难开采煤层的采煤机截割机构，其特征在于，所述截割机构本体(3)的连接端与采煤机本体的牵引部(1)铰接且由调高油缸(2)驱动进行高度调节。

7.一种适应难开采煤层的采煤机，包括采煤机本体，其特征在于，所述采煤机本体的牵引部(1)两端分别对称连接一如权利要求1-6任一所述的适应难开采煤层的采煤机截割机构。

8.一种基于如权利要求1所述的适应难开采煤层的采煤机截割机构的采煤方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：采煤时，调高油缸(2)伸出使截割机构本体(3)以截割机构本体(3)与牵引部(1)之间的铰接点为中心转动并向上抬升，将截割机构本体(3)末端调节至预定的采煤位置高度；

步骤二：启动旋转驱动部件和钻机(6)，马达Ⅰ(5-1)启动后会带动驱动齿轮(5-2)原地回转，驱动齿轮(5-2)通过与内齿圈(7-2)的啮合使旋转支撑架(7)发生旋转，将钻孔部件移动至煤壁表面需要打炮孔的位置；

步骤三：钻孔部件打炮孔：滑动座(9)在牵引组件的牵引作用下向煤壁移动，靠近煤壁时钻机(6)直接在难开采煤层的煤壁表面打炮孔，一个炮孔形成后，牵引组件带动滑动座(9)远离煤壁，马达Ⅰ(5-1)驱动旋转支撑架(7)回转至下一个需要打炮孔的位置，再利用钻孔部件打炮孔即可，重复上述过程在工作面煤层难开采部分环绕截割滚筒(11)形成数个炮孔，并在炮孔中安装弹药进行放炮松动，煤层松动后截割滚筒(11)旋转对煤层进行截割。