CN1172891A

CN1172891A - 整体采煤方法

Info

Publication number: CN1172891A
Application number: CN 96118741
Authority: CN
Inventors: 罗建民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 1998-02-11

Abstract

一种整体采煤方法,该方法的工作面采用走向条带的布置形式,利用安装在顺槽巷道内的割煤机和回柱绞车将工作面内的煤层切割为与煤层及顶底板分离的煤带,使其整体滑落采出。本发明工作面顶板不需支撤、煤炭不需破运,采煤工作完全在远离工作面的顺槽巷道内由工人操作机械完成,工作面内无人、无支护、无运输设备,产量高、效率高、回收率高,杜绝了工作面内伤亡事故的发生,程序简单,成本低。

Description

整体采煤方法

本发明涉及一种将煤层切割为整块进行开采的整体采煤方法。

当前我国乡镇煤矿的产量已占全国煤炭产量的40％以上，是我国煤炭工业不可分割的主要组成部分。国有煤矿所用的现代化的先进开采方法，因成本太高，技术复杂，根据乡镇煤矿的经济技术条件是无法采用的。目前乡镇煤矿大都采用洞式穿采或短壁非垮落法开采，其采煤方法落后；吨煤成本高；煤炭需破运，回采程序复杂，劳动强度大；煤炭资源的破坏和浪费较大，回收率低，矿井寿命短，工作面顶板需支撤，顶板支护管理工作繁重而又危险，且浪费了大量的支护材料，安全条件差，常常是伤亡惨重。在西德的Erin矿对煤质松软的急倾斜煤层分别使用了钢丝绳割煤锯和链式锯煤机，首先沿煤层底板割一道槽，然后让煤层自然破碎下滑，该方法在倾斜和缓倾斜以及煤质坚硬的急倾斜煤层无法使用。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种整体采煤方法，其工作面内无人、无支护、无运输设备，产量高、效率高、回收率高，成本低、劳动强度低，可杜绝工作面内的伤亡事故，简化了回采程序，技术简单易掌握。

本发明的目的可通过以下措施来达到：

一种整体采煤方法，该方法是沿待采煤层之走向平行地开两条巷道作为运输巷和回风巷，在其前端开切眼，工作面采用走向条带采煤法的布置形式，其特征之处在于，

1)首先，根据采高的要求确定煤带高度，根据顺槽巷道内的支护形式确定煤带宽度；根据牵引绞车的最大拉力和煤带的容重、煤层的倾角确定煤带的长度，根据煤带的几何尺寸开掘工作面；

2)安装设备，

①在所述工作面运输巷内安装割煤机、回柱绞车和运输设备，在回风巷内铺设供尾轮小车和泥浆车用的轨道，尾轮小车前端固定有钢丝绳，该绳绕过顶板上的滑轮后悬吊一重锤；②在回风巷和运输巷的端头分别固定一对导向柱和托滚柱，将导向滑轮及托滚分别安装于其上；③在欲切割之煤带的两端分别架设一对台棚，将巷道原有棚梁的一端托起，撤去原有棚腿；④将割煤机钢丝绳的两个端头分别与割煤机的两个甩轴相联，钢丝绳分别通过运输巷内的一对上、下导向轮导入工作面内，使其处于割上槽和下槽的位置高度，然后再通过回风巷内的一对上、下导向轮导入回风巷内，并绕过尾轮小车上的尾轮；⑤所述割煤机钢丝绳位于工作面内的部分上固定有截齿；

3)起动割煤机，带动钢丝绳作往复运动，进行煤带上下槽的锯割，下槽的截割超前上槽一个煤带宽度进行；当上槽割到煤带宽度的位置时，在两巷道的相应位置处分别固定一根立槽导向柱，并安装上导向滑轮，然后放松钢丝绳，将上部钢丝绳由上导向滑轮撤出而导入立槽导向滑轮内，再起动割煤机，立槽导向滑轮在导向柱上自行滑落而完成立槽切割；

4)将回柱绞车的牵引钢丝绳与煤带两侧的两根绕过导向轮的牵引钢丝绳联结，两根牵引钢丝绳的尾部分别与煤带尾部的托板在其两侧之中间位置联结，起动回柱绞车，使煤带平稳下滑；煤带滑到运输巷内的部分分段破碎后由运输巷内的运输设备运走。

本发明割煤机距工作面的距离以至少为6倍煤带宽度为佳，所述尾轮小车距工作面的距离至少为4倍煤带宽度；所述导向柱和托滚柱分别固定于回风巷和运输巷距工作面2倍煤带宽度处；所述回柱绞车距工作面的距离不小于煤带的倾斜长度。

本发明架设台棚的宽度以大于煤带宽度为佳。

本发明固定割煤机钢丝绳上的截齿，其间距不大于割煤机甩头到旋转轴中心距离的两倍。

本发明在切割上下两道煤槽的过程中，可向割成的下槽缝内灌注润滑剂；所述润滑剂由遇水膨胀滑腻的岩石粉沫加水搅拌而成。

本发明岩石粉沫可为黄土、铝土页石或花斑岩。

附图图面说明如下：

图1为本发明采煤设备布置形式的示意图。

图2、3为本发明割煤方法的示意图。

图4为本发明煤带下滑拉力的力学关系图。

图5为本发明割煤机的结构示意图。

图6为本发明割煤方法的示意图。

图7、8、9为本发明切割上、下立槽的示意图。

下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详述：

根据我国乡镇煤矿大都采用洞式穿采或短壁非垮落法采煤，采场不受老顶周期压力的影响，直接顶压力较小，采空区无大量垮落岩石，使采场免遭干扰等有利条件，利用自然界地表滑坡的原理，本发明在各种倾斜角度和各种硬度的煤层中人为地创造类似于自然界的滑坡条件，在重力下滑不足的情况下，加以外力使煤层有控制而规则地分段整体滑落。参见图1～3，其具体操作方法如下：

一、平行地沿待采煤层之走向开两条巷道，即运输巷11和回风巷2，在其前端开切眼，工作面采用走向条带采煤法的布置形式。

二、安装设备。在工作面运输巷11内安装割煤机8和回柱绞车10，割煤机8距工作面的距离必须大于煤带宽度的6倍，割煤机8底座用四根柱子固定牢靠，其中后面两根直打，前面两根斜撑，其斜度与底板成70°交角为佳，可防割煤机8在割煤过程中被拉倒向前滑动。在运输巷11内铺设轨道供运输用，运输也可用刮板或皮带运输机9等。在回风巷2内铺设轨道，供尾轮小车3行进和停放泥浆车，尾轮小车3距工作面的距离一般要大于煤带宽度的4倍，尾轮小车3前端固定一根细钢丝绳5，并绕过顶梁的滑轮悬吊重锤1，在回风巷2和运输巷11端头距工作面两倍煤带宽度处分别固定一对导向柱和托滚柱，并将导向轮7及托滚按照煤带高度的要求分别安装在柱子上。导向柱和托滚柱的支设必须上下掏窝，窝深不得小于200毫米，并在窝内垫上木块，以防柱子受力时摆动滑倒。在欲切割之煤带的两端紧靠煤带端头处分别架设一对矿用工字钢的台棚，将巷道原有棚梁的一端托起，撤去原有棚腿。台棚的宽度要大于煤带的宽度，台棚梁要高于上槽的高度。将割煤机钢丝绳5的一端与割煤机8的一个甩轴相联，而另一端依次穿过上托滚、上导向滑轮、下部台棚、工作面切眼、上部台棚、回风巷上导向滑轮、上托滚，然后绕过尾轮返回，再依次穿过回风巷下托滚、下导向滑轮、上部台棚、工作面切眼、下部台棚、运输巷下导向滑轮、下托滚直达割煤机与其另一甩轴相联。

选用12.5mm钢丝绳作为割煤机8的锯条，其长度为割煤机8至工作面、尾轮4至工作面以及切眼长度之和的2倍。将截齿6固定在位于切眼内的上下钢丝绳上，齿间距不得大于割煤机的甩头到传动轴中心距离的两倍。

在回风巷2内尾轮小车3的钢丝绳5上悬挂上重锤1并调试钢丝绳5的松紧程度，重锤1不得太重，太重会增大割槽阻力，但也不能太轻，太轻了会使钢丝绳5拉不紧而影响割槽的速度。

三、煤带几何尺寸和煤带下滑拉力的确定。参见图4，煤带14的几何尺寸由牵引绞车的最大拉力和煤带14的容重、煤层的倾角以及煤层在割槽后垮落在煤带14之上的岩石13垮落高度及其容重等因素来确定。煤带的高度根据采高的要求来确定，其宽度则根据顺槽巷道内的支护形式来确定。煤带14的长度根据牵引绞车的最大牵引力来确定。

煤带人工下滑的条件是：牵引绞车的最大拉力与煤带在重力作用下的下滑力之和大于煤带上下两个滑动面在滑动过程中的摩擦阻力之和。即：

Pmax+D＞F_上+F_下

Pmax＞F_上+F_下-D

式中：Pmax-牵引绞车的最大拉力

D-煤带在重力作用下的下滑力

F_上-煤带上滑动面的摩擦阻力

F_下-煤带下滑动面的摩擦阻力F_上由上槽割后垮落在煤带上面的伪顶岩石之重量W_岩对煤带的正压力N_上所产生，F_下则由煤带的重量W_煤和垮落伪岩的重量W_岩之和对下滑动面的正压力N_下所产生，其力学关系如图4所示。

N_上＝W_岩COSα F_上＝fW_岩COSα

N_下＝(W_煤+W_岩)COSα F_下＝(W_煤+W_岩)COSα

煤带下滑力D＝W_煤Sinα

垮落在煤带之上的伪顶的长度和宽度可视为与煤带相同，而垮落高度由岩性决定，将煤带及垮落岩石的几何尺寸、煤带和伪顶岩石的容量等代入煤带滑动的关系式可得公式如下：

Pmax＞LB〔(H_开r_煤+2H_岩r_岩)fCOSα-H_开r_煤Sinα)〕式中：Pmax-使煤带整体下滑所需最大拉力(T)

L-煤带与垮落岩石的倾斜长度(m)

B-煤带与垮落岩石的走向宽度(m)

H_开-煤带的高度(m)

H_岩-伪顶垮落的高度(m)

r_煤-煤带的容重(T/m³)

r_岩-伪顶岩石的容重(T/m³)

α-煤层的倾角

f-煤带滑动时的摩擦系数。

上述为煤带刚开始拉动下滑时的滑动条件关系式，此时所需拉力最大，随着煤带的下滑，煤带的长度随之减少，而需要的拉力也随之减小。

四、煤层切割为煤带的过程。利用安装在运输巷11内的割煤机8来完成煤层切割为煤带的工作。参见图5，割煤机8主要由一个传动轮15，两个甩轮19、22和一台电动机12组成。传动轮15和两个甩轮19、22用轴键固定在同一个传动轴18上，甩轮19、22对称地位于传动轮15的两侧并与其平行，传动轴18由支承架20支承，并在其内转动，传动轮15通过皮带或齿轮由电动机12带动旋转，传动轮15通过传动轴18带动两个甩轮19、22旋转，两个甩轮19、22外侧的周边位置处各有一个甩头17和21，两个甩头17、21到传动轴18中心的距离相同，而位置恰好相反。割煤机8可用一台15～20KW的防爆电动机自行加工制造，传动轮15的直径可根据巷道的高度来确定，而甩轮19、22的直径要小于传动轮15的直径。

将割煤机钢丝绳5的两个端头编成绳套套在甩头轴16上，使甩头轴16可在其内自由旋转。钢丝绳5通过运输巷11内的一对导向轮7将绳导入工作面内并使其处于割上槽23和下槽24的高度位置，见图6，然后再通过回风巷2内的一对导向轮将绳导入回风巷2内并使其绕过尾轮4。尾轮4安装在一个尾轮小车3上，尾轮小车3有四个轮子可在回风巷2的轨道上前后进行，尾轮小车3前栓一细钢丝绳5，该绳绕过巷道顶板上的滑轮后吊一重锤1，由于重锤1的下坠，使割煤钢丝绳5始终处于拉紧状态。

钢丝绳5位于工作面内的部分，在其上按一定的间距固定截齿6，其间距不得大于割煤机8甩头到旋转轴中心距离的两倍。截齿6由比钢丝绳5稍粗的圆钢加工成梭形状的齿座和合金钢片组成，齿座的轴向中心钻一绳孔，孔径稍大于绳径。在齿座中间外缘四周以45°中心角的间距焊有八块合金钢片作为截齿6，钢片至少应为八个。在截齿6间隙中间沿齿座直径方向钻一螺孔，将钢丝绳5穿过齿座，用顶丝插入螺孔拧紧，便将齿座牢固地固定在钢丝绳5上。当开动电动机12，传动轮15带动两个甩轮19、22作圆周运动，而钢丝绳5则作往复运动，如此便在煤层内割成煤槽。参见图7、8，钢丝绳5的导向轮26套在立柱28上绕其旋转，立柱26固定在巷道的顶底板25、29之间，上槽23和下槽24分别由一对导向轮承担导向任务，下槽24的导向轮30位于立柱28下端，而上槽23的导向轮26根据采高的要求位于立柱28上端，并由套在立柱28上的托盘27托住而不得下滑。参见图9，当上槽23割到煤带宽度的位置时，在两巷的相应位置处分别固定一根立槽导向柱33，其支设的技术要求可与上下槽导向柱的支设要求相同。

将立槽导向滑轮32安装在立槽导向柱33上，然后停机卸下尾轮重锤1放松钢丝绳5，将上绳由上导向滑轮内撤出而导入立槽导向滑轮32内，在将割断之煤带前端的台棚下打一排密柱，柱距可为20mm，并架设抢棚将密柱斜撑牢固，以防在割立槽31时煤带突然折断而自行滑落伤人。然后吊上重锤1，开动割煤机8，立槽导向滑轮32在立槽导向柱33上自行滑落而完成立槽31的切割任务，与此同时，下槽24的割进位置则超前上槽23一定的距离，以防煤带自行垮落压住下绳而无法割进。每割完一个煤带在上绳复位前，要对钢丝绳5和截齿6的磨损情况详细检查一次，如有损坏应立即修复或更换，立槽32割完后，托起尾轮的重锤1，放松割煤机8的钢丝绳5，将立柱28的托盘27托住，导向轮26逐段上移，开动割煤机8，钢丝绳将随之逐渐升高，最终升至割上槽的高度位置时，放开尾轮之重锤1，拉紧钢丝绳5继续向前开始下一个煤带之上槽的锯割工作。

在切割上下两道煤槽的过程中，将润滑剂由回风顺槽内向割成的底槽缝内灌注，使其沿着煤层倾斜方向自行流动，其目的在于减少煤带滑动时的摩擦阻力。润滑剂可用黄土、铝土页岩、花斑岩等遇水膨胀滑腻的岩石粉沫加水搅拌而成。一般在煤体滑动面间灌注泥浆可使煤体滑动平面接触时的摩擦阻力系数由不加泥浆时的0.7～0.8而降低到0.45。

五、煤带的滑动与破碎。

煤带14的滑动是利用固定在运输顺槽巷内的回柱绞车10，通过导向轮7使其牵引钢丝绳与煤带两侧的两根牵引钢丝绳联结，两根牵引钢丝绳的尾部分别与煤带尾部的托板在其两侧之中间位置联结。

回柱绞车10距工作面的距离要大于煤带的倾斜长度，回柱绞车10用六根柱子将其底座固定牢固，前面两根支柱与底板成75°交角。后面两根与底板成80°交角，中间两根垂直底板。

为使煤带平稳下滑，采用双牵引绳两侧牵引下滑的方式，尾部托板为“L”型断面，其底面与下滑动面接触滑动，托板的高度和宽度与煤带的高度和宽度相同。

煤带的两根牵引绳延伸到运输巷11内的位置固定有两个滑轮，滑轮牢固地栓在两根与底板成70°交角之木柱的铁鞋上，木柱的直径应大于25cm，木质要完好无损，木柱上面戴帽，下面穿铁鞋，滑轮的钢丝绳拴在铁鞋上。

将煤带两根牵引绳的端头绕过滑轮后要齐头与回柱绞车10的牵引绳头用腰子钩勾联，煤带牵引绳的另一端与煤带尾部的托板相联结。同时将第三根煤带牵引绳联结在托板之后，在煤带滑动后带入工作面内作为下一个煤带滑动时的一根牵引绳。开动回柱绞车10，煤带徐徐下滑，煤带滑动到运输顺槽巷内的部分，可用机械的或放炮的方法将其逐段破碎后，由运输顺槽巷内的运输设备运走，一个煤带全部拉完后将托板和两根牵引绳卸下，托板运往回风顺槽巷内，而牵引绳留在运输巷11内重复使用，煤带的牵引钢丝绳为四根交替使用的钢丝绳，每根长度都要大于煤带的倾斜长度，并使其一端可与煤带尾部的托板联结，而另一端要绕过运输巷11内的导向轮与回柱绞车10之牵引钢丝绳相联。

每拉完两个煤带，回柱绞车10要向后移动一次。

煤带的两根牵引钢丝绳穿过煤带两侧的方法是：其中靠老空侧的一根是将该绳的一端固定在前一个煤带尾部的托板之后，当前一个煤带下滑后，而将其带入工作面内作为下一个煤带老空侧的牵引钢丝绳。而另一根牵引钢丝绳是利用割完立槽31后检修钢丝绳和截齿6的机会，将割煤钢丝绳的两个端头从割煤机8的两个甩头17、21上卸下，利用一根与煤带牵引钢丝绳等长的辅助钢丝绳将其与煤带牵引钢丝绳的一端并列地固定在割煤机8上绳的末端，而将割煤机8下绳的末端绕过滑轮与回柱绞车10的牵引绳勾联，开动回柱绞车10，将割煤机8下绳拉出，相应地辅助钢丝绳及牵引钢丝绳则被拉入立槽31内，在回风巷2内使牵引钢丝绳与辅助绳分离后留在立槽31内作为煤带滑动的牵引绳；将割煤机8下绳的末端与回柱绞车10的绳脱勾，而将辅助绳的末端绕过滑轮与回柱绞车10的绳勾相联，开动回柱绞车10将辅助绳从立柱31内抽出，相应地带动割煤机8的上绳和下绳恢复到立槽31和下槽24的位置，将辅助绳与割煤钢丝绳分离，将割煤钢丝绳的两个端头与割煤机8的两个甩头17、21相连，开始煤带的切割工作。在第一个煤带切割和滑动前必须将工作面的切眼维护好，工人要在其内安装割煤钢丝绳及截齿和牵引钢丝绳。当第一个煤带切割和滑动工作正常后可将切眼内所有支架撤除，达到工作面内无人、无支护、无运输设备。在煤带滑动时，割槽工作继续进行，一般情况下，割槽工作超前滑动中煤带两个煤带宽度即可。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、回采工效高，可达7T/I；产量高，其单产可达6000T/月以上；资源回收率可达60％，比现行的方法可提高40％，减少了资源的浪费，延长了矿井的寿命；成本低，吨煤成本比现行的开采方法可降低18元/T。

2、工作面顶板不需支撤，取消了繁重而又危险的顶板管理，减少了大量支护工，节省了大量支护材料。

3、取消了繁重而又危险的煤炭破运环节，简化了回采程序；工作面较短，技术简单易掌握。

4、采煤工作完全在远离工作面的顺槽巷道内由工人操作机械来完成，用工少，工作面内无人、无支护、无运输设备，劳动强度低，且杜绝了工作面内伤亡事故的发生。

5、尤适合于乡镇煤矿采煤。

Claims

1、一种整体采煤方法，该方法是沿待采煤层之走向平行地开两条巷道作为运输巷和回风巷，在其前端开切眼，工作面采用走向条带采煤法的布置形式，其特征在于：

2)安装设备，

2、如权利要求1所述的整体采煤方法，其特征在于：所述割煤机距工作面的距离至少为6倍煤带宽度，所述尾轮小车距工作面的距离至少为4倍煤带宽度；所述导向柱和托滚柱分别固定于回风巷和运输巷距工作面2倍煤带宽度处；所述回柱绞车距工作面的距离不小于煤带的倾斜长度。

3、如权利要求1或2所述的整体采煤方法，其特征在于：所述架设台棚的宽度大于煤带宽度。

4、如权利要求1所述的整体采煤方法，其特征在于：所述固定割煤机钢丝绳上的截齿，其间距不大于割煤机甩头到旋转轴中心距离的两倍。

5、如权利要求1所述的整体采煤方法，其特征在于：在切割上下两道煤槽的过程中，可向割成的下槽缝内灌注润滑剂；所述润滑剂由遇水膨胀滑腻的岩石粉沫加水搅拌而成。

6、如权利要求5所述的整体采煤方法，其特征在于：所述岩石粉沫为黄土、铝土页石或花斑岩。