CN113431568B - 一种提高薄煤层开采率的采煤机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于井下薄煤层开采设备领域，具体是一种提高薄煤层开采率的装置及方法。包括动力输入装置、行走装置以及安装在行走装置上的掘进装置，动力输入装置为掘进装置提供动力，掘进装置上设置有两组可以向前钻进的钻杆，钻杆的钻进端固定连接有可拆卸的掘进头或截割装置，所述的截割装置包括变速箱、挡煤板、截割头、轴承I和圆锥伞齿，所述的变速箱内部表面通过轴承Ⅰ与垂直于煤面的小伞齿装配相连接，轴承Ⅰ固定在变速箱内部表面上，小伞齿装配通过销轴与钻杆相接，小伞齿装配与平行于煤面的大伞齿装配相咬合，大伞齿装配通过轴承Ⅱ与变速箱左右两侧铰接连接，大伞齿装配与截割头连接。

Description

一种提高薄煤层开采率的采煤机及方法

技术领域

本发明属于井下薄煤层开采设备领域，具体是一种提高薄煤层开采率的装置及方法。

背景技术

作为一个产煤大国，我国能源的产出十分依赖煤炭。煤炭资源的产出基本上是靠开采中厚煤层，厚煤层以及特厚煤层，薄煤层由于效率不高，采区空间小，工人劳动不便，经济效益不佳等原因处于待开采状态，薄煤层截割的产量占总的只有十分之一。但目前为止，我国查明的薄煤层以及极薄煤层可采资源约占总的煤炭可采资源的五分之一。由于煤炭资源日益减少，目前已有许多采煤行业加大了对薄煤层开采的力度，并不断扩大，薄煤层将慢慢成为我国采煤资源的主要采煤层，开采薄煤层已经成为采煤行业无可避免的发展趋势。

目前我国对薄煤层进行开采大多通过炮采、小型综合采煤机和刨煤机开采，炮采的缺点是安全不稳定性和生产效益太低，小型综合采煤机的缺点是当工作过程中遇到断层机械无法通过或者无法割石，刨煤机开采的缺点是开采范围较小，均不能很好的处理薄煤层开采遇到的技术难题。

针对以上提出的问题，迫切需要一种可以提高薄煤层开采率以及安全性的设备，以解决开采薄煤层时遇到的上述问题，为我国开采薄煤层的发展贡献一份力量。

发明内容

本发明为了解决薄煤层开采效率低的问题，提供了一种提高开采率的采煤机及方法。

本发明采取以下技术方案：一种提高薄煤层开采率的装置，包括动力输入装置、行走装置以及安装在行走装置上的掘进装置，动力输入装置为掘进装置提供动力，掘进装置上设置有两组可以向前钻进的钻杆，钻杆的钻进端固定连接有可拆卸的掘进头或截割装置，所述的截割装置包括变速箱、挡煤板、截割头、轴承I和圆锥伞齿，所述的变速箱内部表面通过轴承Ⅰ与垂直于煤面的小伞齿装配相连接，轴承Ⅰ固定在变速箱内部表面上，小伞齿装配通过销轴与钻杆相接，小伞齿装配与平行于煤面的大伞齿装配相咬合，大伞齿装配通过轴承Ⅱ与变速箱左右两侧铰接连接，大伞齿装配与截割头连接。

进一步的，变速箱外侧表面接有挡煤板。

进一步的，掘进装置包括安装在行走装置上的机架，机架前后两端安装有固定油缸，机架上固定有导向轴以及可以沿导向轴前后移动的推移装配，推移装配包括推移油缸与推移油缸夹座，推移油缸推动推移油缸夹座移动，推移装配上设置有液压马达，液压马达通过减速机分别与两根钻杆连接，钻杆穿过卡钻框，卡钻框安装在机架上，卡钻框上安装有液压油缸，液压油缸的伸出端伸出时与钻杆固定。

进一步的，变速箱平行于煤面的侧面面积小于两根钻杆上旋片映射所占的面积。

进一步的，动力输入装置包括安装在行走装置上的操作台，操作台上安装有油泵电机和油箱，油泵电机上设置有电控开关，油泵电机驱动油箱通过液压软管与机架、固定油缸、推移油缸、液压马达和液压油缸连接。

进一步的，行走装置包括履带底盘，履带底盘上设置有由行走马达驱动的带动履带，行走装置设置有两组，其中一组安装掘进装置，另一组安装动力输入装置。

提高薄煤层开采率的装置的开采方法，包括以下步骤。

S100～打钻前，预先在采煤机上的减速机的输出轴上安装一段钻杆，开启行走马达，带动履带运转，采煤机靠近开采煤层，固定机架两端固定油缸，将采煤机固定在进风巷道中，同时将掘进头与钻杆连接，使掘进头的顶部接触待掘进工作面。

S200～使用时，通过操作电控开关使采煤机动力输入装置上的油泵电机运行，油泵电机由油箱向固定油缸、推移油缸、液压油缸和液压马达送油。

S300～转动减速机液压马达，减速机运转，带动钻杆正常旋转，掘进头随之旋转开采煤层，送油使推移油缸运动从而使推移装配运动，推移装配带动减速机前后运动，待到钻杆无法再往前推进，停止液压马达和推移油缸工作，通过卡钻框上下两端的液压油缸分别带动卡钻筒运动，使卡钻筒上的凹槽与钻杆尾端的凸槽接触从而固定住钻杆，用扳手卡住减速机与钻杆上预留的卡槽平面，相向拧动，使减速机与钻杆脱开，退回推移装配，安装另一段钻杆，两端分别与煤层内的钻杆以及减速机连接，重复上述操作，继续钻进，直至打穿煤层。

S400～当掘进头打穿开采煤层，卸下掘进头，再把大伞齿装配与钻杆连接，从而使截割装置安装在采煤机上进行拉回，变速箱内部两个相互垂直并咬合的伞齿一起运动，小伞齿装配通过钻杆转动带动大伞齿装配转动，大伞齿装配带动截割头旋转进行切割煤层。

S500～开始退杆拉回截割头时，待到减速机退回原位，停止液压马达和推移油缸工作，用卡钻框上下两端的液压油缸分别带动卡钻筒运动，使卡钻筒上的凹槽与钻杆尾端的凸槽接触从而固定住钻杆，使用扳手分别卡住减速机与钻杆上的卡槽平面，相向拧动，使钻杆与减速机脱开，然后将此段钻杆搬离采煤机，重复上述操作，即可将截割部拉回至待开采煤面。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本采煤机掘进时通过掘进钻头打穿煤层，掘进头通过销轴Ⅰ卸下，截割装置再由销轴Ⅰ安装上进行拉回，从而使截割头沿待截割工作面进行截割，采煤机整体一次截割的宽度为d。

本采煤机截割装置中的截割头结构可以确保采落的煤块向中间聚拢，可以有效避免作业过程中截落下的煤块四处飞溅，再配合变速箱前表面在靠近截割头的部位设有挡煤板，挡煤板朝向截割头且顶端与截割头的截割断面平齐，从而可以有效挡住截落的煤块并使其散落在煤层内部，从而提高了整体装煤率。

本采煤机极大的提升了开采的机械化程度，降低了劳动强度，工作时不用炮采，极大提高了安全性，当遇到极薄煤层或开采时遇到断层，解决了小型综合采煤机，刨煤机无法通过和无法割石的问题。

附图说明

图1是本发明安装掘进头时的俯视图；

图2是本发明的掘进装置正视图；

图3是本发明的正视图；

图4是本发明安装截割头时的俯视图；

图5是本发明截割装置的结构俯视图；

图6是本发明掘进煤层时的俯视图；

图7是本发明截割煤层且一次截割宽度d的俯视图；

图中，1、轴承Ⅰ，2、小伞齿装配，3、大伞齿装配，4、截割头，5、挡煤板，6、变速箱，7、掘进头，8、旋片，9、钻杆，10、卡钻框，11、减速机，12、固定油缸，13、油泵电机，14、操作台，15、电控开关，16、履带，17、机架，18、油箱，19、轴承Ⅱ，20、行走马达，21、销轴Ⅰ，22、销轴Ⅱ，23、导向轴，24、推移油缸，25、液压马达，26、销轴孔，27、液压油缸，28、履带底盘，29、待掘进工作面，30、待截割工作面、31回风巷道，32、进风巷道，33、开采煤层，34、推移夹座，35、卡钻筒。

具体实施方式

下面结合附图对本采煤机作进一步详细说明。

如图1到图4所示，一种适用于开采薄煤层时使用的机械，包括履带16、履带底盘28、液压油缸27、小伞齿装配2、大伞齿装配3、油泵电机13、减速机11、销轴Ⅰ21、销轴Ⅱ22、导向轴23、固定油缸12、变速箱6、掘进头7、截割头4、钻杆9、旋片8、行走马达20、油箱18、电控开关15、油泵电机13、卡钻框10、操作台14、推移油缸24、液压马达25、推移夹座34、机架17、卡钻筒35以及挡煤板5。

这种采煤率高的采煤机，采煤机设有掘进装置，所述掘进装置包括两个掘进头7，所述掘进头7尾部分别与两条钻杆9一端用销轴Ⅰ21通过销轴孔26连接，所述钻杆9另一端用销轴Ⅱ22通过销轴孔26与减速机11连接轴连接，钻杆9与钻杆9间也用销轴连接，所述减速机11另一端与推移装配连接，所述推移装配包括推移油缸24和推移夹座34，并安装在机架17上，推移油缸24可延导向轴23向前推进，所述导向轴23由机架17挡板所固定，所述挡板与卡钻框10连接在一起，所述卡钻框10上下两侧与液压油缸27连接，所述液压油缸27通过带动卡钻筒运动从而实现固定与释放钻杆。机架17前后两端两侧安装固定油缸12，所述固定油缸12用于掘进前固定机器位置。机架17整体安装在履带底盘28上，所述履带底盘28与履带16和行走马达20相配合，构成行走装置。动力输入装置与机架17由液压软管连接，所述动力输入装置由油泵电机13、操作台14、电控开关15、油箱18和行走装置组成。

截割装置包括变速箱6、挡煤板5、截割头4、轴承1大伞齿装配3和小伞齿装配2。所述变速箱6内侧表面通过轴承Ⅰ1与垂直于煤面的小伞齿装配2相连接，所述轴承Ⅰ1固定在变速箱6内侧表面上，所述小伞齿装配2通过销轴与钻杆相接，所述小伞齿装配2与平行于煤面的大伞齿装配3相咬合，所述大伞齿装配3通过轴承Ⅱ19与变速箱6左右两侧相连接，所述轴承Ⅱ19固定在变速箱6左右两侧，大伞齿装配3与截割头4连接。所述变速箱6外侧表面接有挡煤板5。

所述采煤机开采时两根钻杆9对旋钻进。

所述减速机11与钻杆9相连接，减速机11带动钻杆9以设定的速度旋转进行煤层的截割。

所述变速箱6平行于煤面的侧面面积小于两根钻杆9上旋片映射所占的面积。

打钻前，预先在采煤机上的减速机11的输出轴上安装一段钻杆9，开启行走马达20，带动履带16运转，采煤机靠近开采煤层33，固定机架17两端固定油缸12，将采煤机固定在进风巷道32中，同时将掘进头7与钻杆9连接，使掘进头7的顶部接触待掘进工作面29。使用时，采煤机上安有操作台14，操作台14通过操作电控开关15使采煤机动力输入装置上的油泵电机13运行，按需调节好操作站14驱动油泵电机13运转，油泵电机13由油箱18送油后向固定油缸12、液压马达25、推移油缸24和液压油缸27输送能量。转动减速机液压马达25，减速机11运转，带动钻杆9正常旋转，掘进头7随之旋转开采煤层33，待到钻杆9无法再往前推进，停止液压马达25与推移油缸24工作，通过卡钻框10上下两端的液压油缸27分别带动卡钻筒35运动，使卡钻筒35上的凹槽与钻杆9尾端的凸槽接触从而固定住钻杆9，用扳手卡住减速机与钻杆9上预留的卡槽平面，相向拧动，使减速机11与钻杆9脱开，退回推移装配，安装另一段钻杆，两端分别与煤层内的钻杆9以及减速机11连接。重复上述操作，继续钻进，直至打穿煤层。

当掘进头7打穿开采煤层33，通过销轴Ⅰ21卸下掘进头，再把大伞齿装配3通过销轴Ⅰ21与钻杆9连接，从而使截割装置安装在采煤机上进行拉回，变速箱内部两个相互垂直并咬合的伞齿一起运动，小伞齿装配2通过钻杆9转动带动大伞齿装配3转动，大伞齿装配3与变速箱6和截割头4相连接，从而带动截割头旋转进行切割煤层，截割头4与待截割工作面30相邻。开始退杆拉回截割头4时，关闭减速机液压马达25与推移油缸24，减速机11与钻杆9相连，缩回推移装配至最短处时，用卡钻框10上下两端的液压油缸24分别带动卡钻筒35运动，使卡钻筒35上的凹槽与钻杆9尾端的凸槽接触从而固定住钻杆9，使用扳手分别卡住减速机11与钻杆9上的卡槽平面，相向拧动，使钻杆9与减速机11脱开，然后将此段钻杆搬离采煤机，重复上述操作，即可将截割部拉回至待开采煤面。回拉钻杆9的截割过程中，由于截割头4旋片设计以及其前方挡煤板5设置，采落的煤块会散落至截割头4的中后方。

Claims (4)

1.一种提高薄煤层开采率的开采方法，其特征在于：该方法采用的装置包括动力输入装置、行走装置以及安装在行走装置上的掘进装置，动力输入装置为掘进装置提供动力，掘进装置上设置有两组可以向前钻进的钻杆（9），钻杆（9）的钻进端固定连接有可拆卸的掘进头（7）或截割装置，所述的截割装置包括变速箱（6）、挡煤板（5）、截割头（4）、轴承Ⅰ（1）和小伞齿装配（2），所述的变速箱（6）内部表面通过轴承Ⅰ（1）与垂直于煤面的小伞齿装配（2）相连接，轴承Ⅰ（1）固定在变速箱（6）内部表面上，小伞齿装配（2）通过销轴与钻杆（9）相接，小伞齿装配（2）与平行于煤面的大伞齿装配（3）相咬合，大伞齿装配（3）通过轴承Ⅱ（19）与变速箱（6）左右两侧铰接连接，大伞齿装配（3）与截割头（4）连接；

掘进装置包括安装在行走装置上的机架（17），机架（17）前后两端安装有固定油缸（12），机架（17）上固定有导向轴（23）以及可以沿导向轴（23）前后移动的推移装配，推移装配包括推移油缸（24）与推移油缸夹座（34），推移油缸（24）推动推移油缸夹座（34）移动，推移装配上设置有液压马达（25），液压马达（25）通过减速机（11）分别与两根钻杆（9）连接，钻杆（9）穿过卡钻框（10），卡钻框（10）安装在机架（17）上，卡钻框（10）上安装有液压油缸（27），液压油缸（27）的伸出端伸出时与钻杆（9）固定；

动力输入装置包括安装在行走装置上的操作台（14），操作台（14）上安装有油泵电机（13）和油箱（18），油泵电机（13）上设置有电控开关（15），油泵电机（13）驱动油箱（18）通过液压软管与机架（17）、固定油缸（12）、推移油缸（24）、液压马达（25）和液压油缸（27）连接；

开采方法包括以下步骤，

S100～打钻前，预先在采煤机上的减速机（11）的输出轴上安装一段钻杆（9），采煤机靠近开采煤层（33），固定机架（17）两端固定油缸（12），将采煤机固定在进风巷道（32）中，同时将掘进头（7）与钻杆（9）连接，使掘进头（7）的顶部接触待掘进工作面（29）；

S200～使用时，通过操作电控开关（15）使采煤机动力输入装置上的油泵电机（13）运行，油泵电机（13）由油箱（18）向固定油缸（12）、推移油缸（24）、液压油缸（27）和液压马达（25）送油；

S300～转动减速机液压马达（25），减速机（11）运转，带动钻杆（9）正常旋转，掘进头（7）随之旋转开采煤层（33），送油使推移油缸（24）运动从而使推移装配运动，推移装配带动减速机（11）前后运动，待到钻杆（9）无法再往前推进，停止液压马达（25）和液压油缸（27）工作，通过卡钻框（10）上下两端的液压油缸（27）分别带动卡钻筒（35）运动，使卡钻筒（35）上的凹槽与钻杆（9）尾端的凸槽接触从而固定住钻杆（9），用卡钻框（10）上的液压油缸（27）通过安装销轴拉回带动卡钻筒（35）运动，使卡钻筒（35）与钻杆（9）接触从而固定住钻杆（9）一端，用扳手卡住减速机与钻杆（9）上预留的卡槽平面，相向拧动，使减速机（11）与钻杆（9）脱开，退回推移装配，安装另一段钻杆（9），两端分别与煤层内的钻杆（9）以及减速机连接，重复上述操作，继续钻进，直至打穿煤层；

S400～当掘进头（7）打穿开采煤层（33），卸下掘进头（7），再把大伞齿装配（3）与钻杆（9）连接，从而使截割装置安装在采煤机上进行拉回，变速箱（6）内部两个相互垂直并咬合的伞齿一起运动，小伞齿装配（2）通过钻杆（9）转动带动大伞齿装配（3）转动，大伞齿装配（3）带动截割头（4）旋转进行切割煤层；

S500～开始退杆拉回截割头（4）时，待到减速机（11）退回原位，停止液压马达（25）和液压油缸（27）工作，用卡钻框（10）上下两端的液压油缸（27）分别带动卡钻筒（35）运动，使卡钻筒（35）上的凹槽与钻杆（9）尾端的凸槽接触从而固定住钻杆（9），使用扳手分别卡住减速机（11）与钻杆（9）上的卡槽平面，相向拧动，使钻杆（9）与减速机（11）脱开，然后将此段钻杆搬离采煤机，重复上述操作，即可将截割部拉回至待开采煤面。

2.根据权利要求1所述的提高薄煤层开采率的开采方法，其特征在于：所述的变速箱（6）外侧表面接有挡煤板（5）。

3.根据权利要求2所述的提高薄煤层开采率的开采方法，其特征在于：所述的变速箱（6）平行于煤面的侧面面积小于两根钻杆（9）上旋片映射所占的面积。

4.根据权利要求3所述的提高薄煤层开采率的开采方法，其特征在于：所述的行走装置包括履带底盘（28），履带底盘（28）上设置有由行走马达（20）驱动的带动履带（16），行走装置设置有两组，其中一组安装掘进装置，另一组安装动力输入装置。