CN116446869A - 一种自钻进硬质矿产长壁采矿机及开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自钻进硬质矿产长壁采矿机及开采方法，采矿机包括采矿机机身和截割装置，截割装置为两套，安装于采矿机机身两端。截割装置包括钻掘式滚筒和摇臂，钻进式滚筒安装在摇臂前端，摇臂后端通过滑动装置与采矿机机身可转动连接。钻掘式滚筒包括滚筒主体和钻进式截割头，钻进式截割头通过端盘与滚筒主体前部螺栓连接，滚筒主体表面螺旋式固定有螺旋叶片，在螺旋叶片上安装有正常截割的截齿I。在钻进式截割头上螺旋式固定有正切进刀的截齿II。钻掘式滚筒轴线与摇臂长度方向垂直。采矿机还包括调高装置，调高装置为调高油缸，调高油缸一端连接在滑动装置上，另一端连接在机体底部。本发明可以更稳定更高效地进行采矿作业。

Description

一种自钻进硬质矿产长壁采矿机及开采方法

技术领域

本发明涉及采矿机技术领域，具体涉及一种自钻进硬质矿产长壁采矿机及开采方法。

背景技术

采矿机是一种综采成套装备的主要设备之一大型复杂系统，以煤矿为例，目前开采应用最广泛的采矿机械是双滚筒长壁采矿机，其中一种工作方式如图1所示，是传统双滚筒长壁采矿机工作的过程之一，其中图1(a)，采矿机100(右滚筒在上，左滚筒在下)沿刮板输送机中部槽110上滚筒割顶煤，下滚筒割底煤向右运行(机尾向)；图1(b)，采矿机100割透右端头煤壁到达机尾巷130处对调上、下滚筒(左滚筒在上，右滚筒在下)，割掉此处的煤台阶，然后沿刮板输送机中部槽左行清理浮煤，推移刮板机机尾、依次推移刮板机跟机移溜；图1(c)，采矿机左行清理浮煤至中部三角割煤处继续左行，完成左半工作面进刀，图1(d)采矿机割透左端煤壁至机头巷120对调上、下滚筒(右滚筒在上，左滚筒在下)，割掉此处的煤台阶，然后右行清理浮煤，推移刮板机机头、依次推移刮板机跟机移溜；图1(e)，采矿机100行至中部，沿刮板输送机中部槽弯曲段，机组逐渐斜切进入煤壁，达到滚筒预定截深后进入直线段完成中部斜切进刀，完成一个循环。上述传统双滚筒长壁采矿机存在如下缺点：

(1)是现有采矿机不适用正切方式进刀，需要刮板输送机中部槽、采矿机、液压支架配合进行斜切进刀，中部斜切进刀方式往返一次只能进一刀；端部斜切进刀端头不停机转向次数多，生产效率较低且截齿磨损较严重；

(2)是传统采矿机牵引装置布置在采空侧(远离煤壁的一侧)，驱动时会形成较大的偏置力矩，影响采矿机的稳定性并且增加了不必要能量损耗。

(3)传统刮板输送机中部槽销排布置在槽帮上侧，增加了煤机工作高度，不适用于较低煤层的开采。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自钻进硬质矿产长壁采矿机及开采方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明一方面公开了一种自钻进硬质矿产长壁采矿机，包括采矿机机身和截割装置，所述截割装置为相同的两套，对称安装于所述采矿机机身两端；所述截割装置包括钻掘式滚筒和摇臂，所述钻进式滚筒安装在所述摇臂前端，所述摇臂后端通过滑动装置与所述采矿机机身销连接；所述钻掘式滚筒包括滚筒主体和钻进式截割头，所述钻进式截割头通过端盘与所述滚筒主体前部螺栓连接，所述滚筒主体表面固定有螺旋叶片，在所述螺旋叶片上安装有截齿I；所述钻进式截割头呈锥状，在所述钻进式截割头上螺旋式固定有正切进刀的截齿II；所述钻掘式滚筒轴线与所述摇臂长度方向垂直；在所述滚筒主体内部与星形变速箱连接，所述星形变速箱与安装在所述摇臂内的伺服电机连接，带动所述钻进式滚筒旋转；所述滑动装置)内部设置钻进油缸，所述钻进油缸活动端与所述摇臂后端固定连接，所述钻进油缸移动方向与所述钻掘式滚筒轴线平行；采矿机还包括调高装置，所述调高装置为调高油缸，所述调高油缸一端与所述滑动装置连接，另一端所述机身底部连接。

进一步地，还包括输煤装置，所述输煤装置位于采矿机底部，所述输煤装置的刮板输送机中部槽、槽帮I和槽帮II和销排，所述销排位于所述刮板输送机一侧，所述支槽帮I位于所述刮板输送机中部槽另一侧，所述槽帮II位于所述销排与所述刮板输送机中部槽之间；所述槽帮I和所述槽帮II沿所述刮板输送机中部槽长度方向上平行设置；所述支槽帮I的高度大于所述支槽帮II的高度；所述销排上沿所述刮板输送机中部槽长度方向布置有一排销形齿；所述销排与所述钻进式截割头均位于所述采矿机机身的同一侧。

进一步地，所述采矿机机身底部设置有滑靴I、滑靴II和牵引装置，所述滑靴I压在所述槽帮I上部，所述滑靴II压在所述槽帮II上部，采矿机在所述牵引装置的带动下沿所述刮板输送机中部槽的长度方向上来回移动；所述牵引装置安装在所述采矿机机身侧下方，所述牵引装置包括牵引轮和牵引电机，所述牵引轮为销齿轮式，所述销齿轮与所述销形齿啮合。

进一步地，所述槽帮II上设置有条形限位槽，所述滑靴II底部设有限位条，所述限位条嵌在所述条形限位槽内，对所述采矿机机身进行侧向限位并防止倾覆。

进一步地，还包括电气箱，所述电气箱设置于所述采矿机机身中部。

另一方面，本发明还公开了一种采矿方法，采用如上述所述的自钻进硬质矿产长壁采矿机，包括如下步骤：

步骤S1、采矿机左滚筒在上割顶，右滚筒在下割底沿刮板输送机中部槽左行至机头巷，割透左端壁)，刮板输送机中部槽跟机在一个机位距离后跟机推移，对调上下滚筒，左滚筒下落、右滚筒升起，反向右行一段距离割掉该处台阶；

步骤S2、采矿机对调上下滚筒，左滚筒升起、右滚筒下落，钻进油缸驱动钻截割机构回缩，刮板输送机中部槽剩余段向工作面一侧推进调直；

步骤S3、钻进油缸驱动截割机构钻进，钻进式滚筒钻进工作面，达到截深要求，左行至机头巷，割透左端壁；

步骤S4、采矿机对调上下滚筒，左滚筒下落、右滚筒升起，采矿机沿刮板输送机中部槽右行开采，刮板输送机中部槽跟机在一个机位距离后跟机推移；

步骤S5、采矿机右滚筒在上割顶，左滚筒在下割底沿刮板输送机中部槽右行至机尾巷，割透右端壁，完成一刀；开始在右端进行下一次进刀，重复上述步骤。

本发明的有益效果是：

(1)在截割装置上设置钻进式截割头，设置滑动装置，可以使采矿机具备根据不同矿石硬度改变截深的功能；可以实现工作面正切进刀工艺，增加生产效率，降低截齿磨损；

(2)采矿机两个驱动轮布置在靠近工作面的一侧，使驱动接近受力中心处，降低了偏置力矩，增加采矿机的稳定性，提高能源利用率；

(3)销排一体铸造在中部槽的矿壁侧，并设置在底板上，降低了采矿机工作高度，可以使采矿机适应更薄的矿层开采。

附图说明

图1是现有技术中的采矿机采矿过程图；

图2是本发明的长壁采矿机整体结构示意图；

图3是截割装置的结构示意图；

图4是滑动装置的结构示意图；

图5是摇臂的结构示意图；

图6是输煤装置的结构示意图；

图7是牵引装置的结构示意图；

图8是调高装置的结构示意图；

图9是长壁采矿机的侧面图；

图10是本发明的长壁采矿机采矿过程图；

图中，1-采矿机机身，11-滑靴I，12-滑靴II，13-牵引装置，13-1-牵引齿轮，2-截割装置，21-钻进式滚筒，21-1-滚筒主体，21-2-钻进式截割头，21-3-端盘，21-4-螺旋叶片，21-5-截齿I，21-6-截齿II，22-摇臂，22-1-星形减速机，22-2-伺服电机，3-滑动装置，31-钻进油缸，4-调高装置，5-输煤装置，51-刮板输送机中部槽，52-槽帮I，53-槽帮II，53-1-条形限位槽，54-销排，54-1-销形齿，6-牵引装置，7-电气箱，8-煤壁。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本实施例以采煤为例对采矿机结构及使用进行说明，如图2所示，一种自钻进硬质矿产长壁采矿机，包括采矿机机身1和截割装置2，截割装置2为相同的两套，对称安装于采矿机机身1两端。截割装置2包括钻掘式滚筒21和摇臂22，钻进式滚筒21安装在摇臂21前端，摇臂22后端通过滑动装置3与采矿机机身1可转动连接，即摇臂22可以采矿机机身1两端为转动点，向采矿机机身外产生扇形旋转。其旋转动力来自于调高装置4，如图8所示，调高装置4为调高油缸，调高油缸一端固定在滑动装置3上，另一端固定在摇臂22底部。通过摇臂22的扇形转动，可以改变或调节钻掘式滚筒21的高度。钻掘式滚筒21的高度调节决定其在煤壁上的不同高度上截割煤岩。扇形转动面位于采矿机机身1的长度方向上。

如图3所示，钻掘式滚筒21包括滚筒主体21-1和钻进式截割头21-2，钻进式截割头21-2通过端盘21-3与滚筒主体21-1前部螺栓连接，通过螺栓连接，在钻进式截割头21-2损坏或磨损严重时，可以方便更换。滚筒主体21-1表面螺旋式固定有螺旋截割叶片21-4，在螺旋截割叶片21-4上安装有斜切进刀的截齿I21-5。螺旋式叶片21-4具有一定高度，一方面，要考虑其稳固性，另一方面，由于滚筒主体21-1需要对截割下来的煤进行输送，具有一定高度，可以使其形成围槽，可以将割下来煤全部或多数输送出去而不会随意掉落，影响采矿作业。钻进式截割头21-2呈锥状，在钻进式截割头21-2上螺旋式固定有正切进刀的截齿II21-6。在采矿时，钻进式截割头21-2上由于设置正向固定的截齿II21-6，在旋转时，截齿II21-6可以正对着煤层进行钻取，即可以很快地钻开一个圆孔，因此，其钻取效率及钻取质量高。在截齿II21-6钻进煤层后，截齿I21-5即可对圆孔进行扩大，并向煤壁左右两侧截割。

钻掘式滚筒21轴线与摇臂22长度方向垂直，即在采矿时，煤壁为一竖向平面，钻掘式滚筒21-2轴线与煤壁形成垂直关系，而摇臂22与煤壁呈之间形成平行关系。

如图5所示，在滚筒主体21-1后部安装有星形变速箱22-1，星形变速箱22-1与安装在摇臂22内的伺服电机22-2通过齿轮进行连接，带动钻进式滚筒21旋转。

如图4所示，滑动装置3内部设置钻进油缸31，钻进油缸31活动端与摇臂22后端固定连接，钻进油缸31移动方向与钻掘式滚筒21轴线平行。具体结构为：滑动装置为框架式结构，其一面设有滑动面，滑动面内开有长条形滑动孔，摇臂22后端沿表面开设有方形槽，滑动孔设在方形槽内，摇臂后端与钻进油缸31活动端固定连接，通过钻进油缸推动，使摇壁沿长条形滑动孔来回移动。其移动方向与钻掘式滚筒21轴线平行。也就是通过钻进油缸31向前推进，可以带动钻掘式滚筒21向前移动，钻掘式滚筒21旋转的情况下可以垂直向煤壁内部钻取，即具备了截深功能。由于采矿机有两个截割装置，位于采矿机机身两端，也就是有两个钻掘式滚筒21，两个钻掘式滚筒21可以旋转，可以调高，可以截深钻取，因此，通过改变两个钻掘式滚筒的高度，一个在上采矿，一个在下方采矿，这样可以提高采矿效率。

如图2和图6所示，采矿机还包括输煤装置5，输煤装置5位于采矿机底部，输煤装置5包括刮板输送机中部槽51、槽帮I52和槽帮II53和销排54，销排54位于刮板输送机中部槽51一侧，槽帮I52位于刮板输送机中部槽51另一侧，槽帮II53位于销排54与刮板输送机中部槽51之间。在采矿时，输煤装置5长度方向与煤壁平行。槽帮I52和槽帮II53沿刮板输送机中部槽51长度方向上平行设置。槽帮I52的高度大于槽帮II53的高度。销排54上沿刮板输送机中部槽51长度方向布置有一排销形齿54-1。销排54与钻进式截割头21-2均位于采矿机机身1的同一侧。由以上对螺旋式叶片21-4的分析可知，通过螺旋式叶片输送的煤会落到刮板输送机中部槽51上面，然后运走。

如图9所示，采矿机机身1底部设置有滑靴I11、滑靴II12和牵引装置6，滑靴I11压在槽帮I52上部，滑靴II12压在槽帮II53上部，采矿机在牵引装置的带动下沿刮板输送机中部槽51的长度方向上来回移动。

如图7所示，牵引装置6安装在采矿机机身1下方，牵引装置6包括牵引轮和牵引电机，牵引轮为齿轮式，轮齿与销形齿54-1啮合。采矿机的整个重量通过槽帮I52和槽帮II53进行支撑，然后通过牵引装置6牵引在输煤装置5上来回行走。

由于采矿机具备变截深功能，即在采矿时钻掘式滚筒会向前伸出，为了保持采矿机机身1的重心稳定，将牵引装置放置到靠近煤壁一侧，可以使采矿机在运行时更稳定。

另外，相对于现有技术中的长壁采矿机，本采矿机通过将销排54设置在输煤装置上，即放低了它的高度，可以使钻掘式滚筒整个高度降低，这样其可以适应支截割较薄的煤层。

如图6所示，槽帮II53上设置有条形限位槽53-1，滑靴II12底部设有限位条，限位条嵌在条形限位槽53-1内，对采矿机机身1进行侧向限位。

另外，如图2所示，采矿机还包括电气箱7，电气箱7设置于采矿机机身1中部。

当然，本发明的本长壁采矿机及开采方法，不光是用于采矿，也可以采其它矿产。

如图10所示，本发明还公开了一种采矿方法，采用上述的自钻进硬质矿产长壁采矿机，采矿方法包括如下步骤：

步骤S1，如图10(a)所示，采矿机左滚筒在上割顶，右滚筒在下割底沿刮板输送机中部槽左行至机头巷(割透左端壁)，刮板输送机中部槽跟机在一个机位距离后跟机推移，对调上下滚筒(左滚筒下落、右滚筒升起)，反向右行一段距离(机身长度)割掉该处台阶；

步骤S2，如图10(b)所示，采矿机对调上下滚筒(左滚筒升起、右滚筒下落)，钻进油缸驱动钻截割机构回缩，刮板输送机中部槽剩余段向工作面一侧推进调直；

步骤S3，如图10(c)所示，钻进油缸驱动截割机构钻进，钻进式滚筒钻进工作面，达到截深要求，左行至机头巷(割透左端壁)，；

步骤S4、如图10(d)所示，采矿机对调上下滚筒(左滚筒下落、右滚筒升起)，采矿机沿刮板输送机中部槽右行开采，刮板输送机中部槽跟机在一个机位距离后跟机推移。

步骤S5，如图10(e)所示，采矿机右滚筒在上割顶，左滚筒在下割底沿刮板输送机中部槽右行至机尾巷(割透右端壁)，完成一刀。开始在右端进行下一次进刀，重复上述步骤(上下、左右相反)。

通过采用本发明的上述方法对矿壁截割，与图1中现有技术采用的方法相比，本方法采矿机只需要单向走一次，即可完成一个工作进尺，而现有技术中需要往复一个来回才能完成一个工作进尺，因此，本方法可以大大提高采矿的工作效率。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自钻进硬质矿产长壁采矿机，包括采矿机机身(1)和截割装置(2)，所述截割装置(2)为相同的两套，对称安装于所述采矿机机身(1)两端；其特征在于，所述截割装置(2)包括钻掘式滚筒(21)和摇臂(22)，所述钻进式滚筒(21)安装在所述摇臂(21)前端，所述摇臂(22)后端通过滑动装置(3)与所述采矿机机身(1)销连接；所述钻掘式滚筒(21)包括滚筒主体(21-1)和钻进式截割头(21-2)，所述钻进式截割头(21-2)通过端盘(21-3)与所述滚筒主体(21-1)前部螺栓连接，所述滚筒主体(21-1)表面固定有螺旋叶片(21-4)，在所述螺旋叶片(21-4)上安装有截齿I(21-5)；所述钻进式截割头(21-2)呈锥状，在所述钻进式截割头(21-2)上螺旋式固定有正切进刀的截齿II(21-6)；所述钻掘式滚筒(21-2)轴线与所述摇臂(22)长度方向垂直；在所述滚筒主体(21-1)内部与星形变速箱(22-1)连接，所述星形变速箱(22-1)与安装在所述摇臂(22)内的伺服电机(22-2)连接，带动所述钻进式滚筒(21)旋转；所述滑动装置(3)内部设置钻进油缸(31)，所述钻进油缸(31)活动端与所述摇臂(22)后端固定连接，所述钻进油缸(31)移动方向与所述钻掘式滚筒(21)轴线平行；采矿机还包括调高装置(4)，所述调高装置(4)为调高油缸，所述调高油缸一端与所述滑动装置(3)连接，另一端所述采矿机机身(1)底部连接。

2.根据权利要求1所述的一种自钻进硬质矿产长壁采矿机，其特征在于，还包括输煤装置(5)，所述输煤装置(5)位于采矿机底部，所述输煤装置(5)的刮板输送机中部槽(51)、槽帮I(52)和槽帮II(53)和销排(54)，所述销排(54)位于所述刮板输送机(51)一侧，所述支槽帮I(52)位于所述刮板输送机中部槽(51)另一侧，所述槽帮II(53)位于所述销排(54)与所述刮板输送机中部槽(51)之间；所述槽帮I(52)和所述槽帮II(53)沿所述刮板输送机中部槽(51)长度方向上平行设置；所述支槽帮I(52)的高度大于所述支槽帮II(53)的高度；所述销排(54)上沿所述刮板输送机中部槽(51)长度方向布置有一排销形齿(54-1)；所述销排(54)与所述钻进式截割头(21-2)均位于所述采矿机机身(1)的同一侧。

3.根据权利要求2所述的一种自钻进硬质矿产长壁采矿机，其特征在于，所述采矿机机身(1)底部设置有滑靴I(11)、滑靴II(12)和牵引装置，所述滑靴I(11)压在所述槽帮I(52)上部，所述滑靴II(12)压在所述槽帮II(53)上部，采矿机在所述牵引装置的带动下沿所述刮板输送机中部槽(51)的长度方向上来回移动；所述牵引装置(6)安装在所述采矿机机身(1)侧下方，所述牵引装置包括牵引轮(6)和牵引电机，所述牵引轮(6)为销齿轮式，所述销齿轮与所述销形齿(54-1)啮合。

4.根据权利要求3所述的一种自钻进硬质矿产长壁采矿机，其特征在于，所述槽帮II(53)上设置有条形限位槽(53-1)，所述滑靴II(12)底部设有限位条，所述限位条嵌在所述条形限位槽(53-1)内，对所述采矿机机身(1)进行侧向限位并防止倾覆。

5.根据权利要求1所述的一种自钻进硬质矿产长壁采矿机，其特征在于，还包括电气箱(7)，所述电气箱(7)设置于所述采矿机机身(1)中部。

6.一种采矿方法，采用如权利要求1-5中任一项所述的自钻进硬质矿产长壁采矿机，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、采矿机左端的钻进式滚筒(21)在上割顶，右端的钻进式滚筒在下割底，沿刮板输送机中部槽(51)左行至机头巷，割透左端壁，刮板输送机中部槽(51)跟机在一个机位距离后跟机推移，对调上下滚筒，左端的钻进式滚筒(21)下落、右端的钻进式滚筒(21)升起，反向右行一段距离割掉该处台阶；

步骤S2、采矿机对调上下滚筒，左端的钻进式滚筒(21)升起、右端的钻进式滚筒(21)下落，钻进油缸(31)驱动钻截割机构回缩，刮板输送机中部槽(51)剩余段向工作面一侧推进调直；

步骤S3、钻进油缸(31)驱动截割机构钻进，钻进式滚筒(21)钻进工作面，达到截深要求，左行至机头巷，割透左端壁；

步骤S4、采矿机对调上下滚筒，左端的钻进式滚筒(21)下落、右端的钻进式滚筒(21)升起，采矿机沿刮板输送机中部槽(51)右行开采，刮板输送机中部槽(51)跟机在一个机位距离后跟机推移；

步骤S5、采矿机右滚筒在上割顶，左滚筒在下割底沿刮板输送机中部槽(51)右行至机尾巷，割透右端壁，完成一刀；开始在右端进行下一次进刀，重复上述步骤。