CN1932240B - 一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法及设备，其主要特点是采用一次采全高的支护形式，用履带式单滚筒采煤机割煤，并通过采、运、支设备的分体移动和运输系统完成出煤。工作面倾斜长度、走向长度可根据现场煤层地质条件、赋存情况可长可短，倾斜长度为10-350米，走向长度为100-3000米，对于不规则煤柱，回风巷可沿煤柱边界掘进，回采时根据短壁工作面长度增减液压支架。本发明确保了煤矿安全生产，大幅度提高了煤炭资源回收率和块率，投入少、能耗低，大大减少了人员，适应于大、中、小煤矿综合机械化采煤。
Description
一、技术领域
本发明属于矿井下开采煤技术，适用于大、中、小型煤矿，特别是适用于特大型煤矿、大型煤矿地质条件复杂区域和边角煤回收的一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法及设备。
二、背景技术
目前，中小型矿井开采普遍采用仓房炮采、短壁悬移开采、分层综采、放顶煤综采、旺格维利仓采等采煤技术，这些采煤工艺和技术存在以下问题：
1、回采率低，资源浪费惊人。小型煤矿普遍采用仓房炮采，资源回收率在25％左右。大中型矿井采用分层综采和放顶煤综采，工作面资源回收率仅在70％左右，矿井资源回收率也仅在50％左右。
2、投入大，产出低。采用现有的综合机械化采煤方法，设备功率大，重量大，投入大，产出小。
3、能耗高。采用现有的综合机械化采煤方法，由于采、装、运煤工艺为全部机械法，所以，单位能耗大。
4、效率低。仓房、分层综合机械化采煤、炮采、放顶煤工艺复杂，设备多，能耗大，用人多，工效低下。
5、顶板问题：仓房采煤、炮采顶板管理采用点柱支护，支护强度低，顶板管理困难，容易发生顶板事故；
6、适应性差问题。现有综合机械化采煤对煤层地质条件适应性差：要求煤层赋存稳定，工作面倾斜长度在80米以上，走向长度在800米以上；仓房采煤只适用于大、中型煤矿的残采、煤柱回收和小型煤矿。
7、停产搬家时间长和建设工期长。由于普通综合机械化采煤设备多，体积大，重量大，搬家时间长，构建一个工作面所需的辅助工程多，所用工期长。
8、煤块率低。
9、辅助设备多，采掘比大。采掘衔接十分紧张。
因此，现有煤矿井下开采工艺和方法存在的四低，即资源回收率低、产出低、煤块率低、工效低；三高，即高投入、高能耗、高风险，两长，既建设工期长、搬家时间长；一差(适应性差)的问题。
三、发明内容
本发明的目的是对上述现有煤矿井下开采技术中存在的问题，提出煤矿井下即资源回收率高、产出高、煤块率高、工效高；投入少、高能低、风险小，建设工期短、搬家时间短；适应性强的一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法及设备。
为了实现上述目的本发明的技术方案是：
一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，壁式工作面采用双巷布置，即一进一回的布置方式，一条进风巷作为皮带运输巷，一条回风巷作为辅助运输巷；采煤工艺包括支护、割煤、装煤、出煤；其特征是：
●壁式工作面：倾斜长度最短为10米，最长可达到350米，走向长度最短为100米，最长可达到3000米以上；
●支护：进风巷与回风巷采用锚杆及锚索支护；壁式工作面形成后在切眼内安装液压支架；要求液压支架先推溜后拉架；在进、回风顺槽安装超前支护液压支架，自动伸缩和相互推拉，保证两端头20米范围内对顶板的超前支护液压支架的前移；
●割煤与装煤：用履带式单滚筒采煤机进行单向或双向回采割煤，使用采煤机上的装煤装置及工作面刮板、运输机进行装煤；
●出煤：使用桥式转载机及顺槽皮带进行出煤；
●设备分体移动：工作面刮板运输机与采煤机、工作面刮板运输机与液压支架分离，三者不再相互连接，采煤机、刮板运输机与液压支架作分体移动。
本发明中液压支架与工作面运输机推拉装置分体，采煤机不在工作面运输机道上往返运行。液压支架可以脱离工作面运输机自行移动。拉架装置自成一体，可实现自动拉架和推溜。这样，工作面的割煤、运煤、支护三大工艺可平行作业，装备可相互移动。这是解决四低(资源回收率低、产出低、块率低、工效低)，三高(高投入、高能耗、高风险)，两长(建设工期长、搬家时间长)，一差(适应性差)的核心技术。
所述的煤机采用自行动力履带，脱离工作面刮板运输机独立自行行走，采煤机行走作360度任意旋转，沿煤壁深部截割，加大截割深度，截割深度最大可达2米左右。
本发明所述的壁式工作面由于存在不规则煤柱，回风巷可沿煤柱边界掘进，回采割煤时根据工作面长度增减全高液压支架或放顶煤液压支架。
本发明所述的在壁式工作面所需必要的配套设备及完成的工艺要求如下：
(1)工作面割煤设备为履带式单滚筒采煤机，采用采煤机进行割煤、装煤；
(2)工作面液压支架：对顶板进行及时支护。液压支架工作阻力达到3000KN以上；
(3)工作面刮板运输机：用于装煤；
(4)转载设备：为桥式转载机，用于出煤；
(5)工作面顺槽运输设备：为各种运输能力的可伸缩皮带运输机，用于出煤；
(6)超前支护液压支架：为超前支护；
(7)辅助运输设备：为无轨胶轮车；
本发明所述的割煤工艺是利用采煤机单滚筒连续上下摆动割煤，一次截割宽度900毫米，摆动宽度900毫米，割煤宽度1800毫米，即一次循环进度为1.8米。采高为一次采全高最大6.0米，特厚煤层放顶煤一次放完；从机尾向机头割煤，割透机头后向机尾方向退机。
本发明所述的拉架工艺为逐架拉架，由机尾方向逐架向机头拉架及时支护顶板。
本发明就是工作面倾斜长度在10---350米，走向长度在100---3000米，煤层厚度在1.3---6.0米(特厚煤层为放顶煤)，工作面回采率达97％以上，矿井回采率在70％以上，投入为同等能力的普通综采面的1/3，大采高综采面的1/10，单位能耗为普通综采的1/3，用人为普通综采的1/2，块率比普通综采提高至少10个百分点。
所述的一次采全高，是根据煤层厚度可一次全部采完，特厚煤层采用放顶煤，一次放完。
所述的一进一回通风方式，其中一条可作为辅助运输巷，一条作为皮带巷。
所述的后退式，工作面走向长度随着工作面上回采割煤在逐渐减小。
本发明与现有的煤矿开下采煤的工艺方法相比，具有突出的实质性特点和技术进步是：
1、壁式工作面采用一进一回全负压通风方式，进回风巷及工作面断面大，配风量大，解决了通风和瓦斯较高问题。
2、安装一次采全高液压支架，支护强度高，保证了不发生顶板事故(特厚煤层为放顶煤液压支架)；
3、大大提高了煤炭资源回收率。
4、投入少，产出高；
5、能耗大大降低；
6、用人少，工效高；
7、适应性强。全国大部分井田煤田皆可应用，即适用于大、中、小煤矿。
本发明为煤矿井下开采，尤其在中小型煤矿实现综合机械化采煤提供了成套的采煤技术、采煤工艺和采煤装备，为实现安全生产创造了最基本的条件，极大地提高资源回收率，用最小投入取得较大的产出，在能源紧张的情况下，大大地降低了单位能耗，大幅度地减少井下从业人员，用先进技术有效地解决我国能源损耗问题，是一种全新的开采工艺和开采方法。
四、附图说明
图1是工作面巷道布置示意图；
图2是巷道断面及支护示意图；
图4是一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法所需设备
及布置图；
图3是工作面回采示意图；
图5是工作面液压支架及连接装置结构示意图；
图6是连接装置结构的结构主视图；
图7是连接装置结构的结构俯视图；
图8是铲板上的倾斜挡板装置示意图。
图中：工作面液压支架1、采煤机2、转载机3、液压支架前部推拉装置4、工作面顺槽皮带5、超前支护液压支架6、工作面刮板机运输机7、锚杆8、锚索9、清煤装置10。
五、具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，图1所示，壁式工作面采用双巷布置，即一进一回的布置方式，一条进风巷作为皮带运输巷，一条回风巷作为辅助运输巷；采煤工艺包括支护、割煤、装煤、出煤；其中：
●壁式工作面：首先布置一个壁式工作面，其倾斜长度最短为10米，最长可达到350米，走向长度最短为100米，最长可达到3000米以上；
●支护：图2所示，进风巷与回风巷采用锚杆8及锚索9支护。壁式工作面形成后在切眼内安装液压支架1；要求液压支架先推溜后拉架；在进、回风顺槽安装四个超前支护液压支架6，自动伸缩和相互推拉，保证两端头20米范围内对顶板的超前支护液压支架的前移；
●割煤与装煤：用履带式单滚筒采煤机2进行单向或双向回采割煤，使用采煤机上的装煤装置及工作面刮板、运输机7进行装煤；
●出煤：使用桥式转载机3及顺槽皮带5进行出煤；
设备分体移动：工作面刮板运输机与采煤机、工作面刮板运输机与液压支架分离，三者不再相互连接，采煤机、刮板运输机与液压支架作分体移动。
图7、图6和图7所示，工作面液压支架1及前部推拉装置4和连接装置500；液压支架移动是靠自身的移动油缸实现，多个液压支架由销轴连接装置铰接在一起，可以整体移动，也可以独自移动。
其中：连接装置500为连接块，连接块的两边分别有一个阳连接耳501与一对阴阳连接耳502，连接耳有销孔503，与两边连接耳垂直的连接块的面上有连接移动油缸活塞头的连接耳504，其连接耳也有销孔503。连接装置由销轴装于液压支架的前部推拉装置4移动油缸塞头的头部。
工作面采煤机为履带式单滚筒采煤机，因其实现了和工作面刮板运输机的分离，因此截割深度大大增加，截割深度最大可达2米左右，同时实现了采煤设备小功率、小体积、小重量、小投入，大采高。因采煤机采用自行动力履带，可脱离工作面刮板运输机独立自行行走，采煤机行走也可作360度任意旋转；能够实现单向插刀、单(双)向割煤；实现了沿煤壁深部截割，大大提高了截割效率和产量。
具体采煤工艺与设备有：
1、壁式工作面配套设备
壁式工作面配套设备选择如下(以年产60万吨的矿井为例)：
(1)工作面割煤设备
采用履带式单滚筒摇臂采煤机，总装机功率150千瓦，电压1140伏，行走速度为7-8米/分钟，总重量20吨，外型尺寸8100×16000×15400毫米，采煤机功率小，割煤速度快，结构紧凑。
(2)工作面液压支架
工作面液压支架型号待定，支撑高度要求1.3---6.0米，额定工作强度不要低于3000kN，液压支架底座到前梁端头的距离达到4.8米，使液压支架能够对顶板及时支护。
(3)工作面及顺槽运煤设备
工作面输送机采用SGW620/40T型刮板机，运输能力为150吨/小时，也可根据产量需求选择运力较大的运输机，转载机选择SGJ620/40T型，运输能力为150吨/小时。
顺槽皮带及集中皮带均采用SDJ---800型皮带，带速2米/秒，运输能力为400吨/小时，主电机功率2*40千瓦。
(4)超前支护液压支架为CZ1000/25/25型液压支架。
壁式工作面的设备配备见下表：
如图3所示，一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法所需设备及布置图。
壁式工作面的设备配备表
| 设备名称 | 规格型号 | 数 量 | 设备用 途 | 性能参数 |
| 采煤机 | AM-100 | 1 | 割煤 | 最大采高 5.5米 |
| 液压支架 | 待定 | 工作面 支护 | 工作阻力不 低于3000kN | |
| 工作面输送机 | SGW620/40T | 1 | 运输 | 运输能力 150t/h |
| 转载机 | SGJ620/40 | 1 | 运输 | 运输能力 150t/h |
| 超前支护 | CZ 1000/25/5 0 | 8 | 支护 | 工作阻力不 低于1000kN |
| 顺槽皮带 | SDJ-800/80 | 1 | 出煤 | 400t/h |
| 移动变电站、 泵站 | 1 | 供电、供 液 |
2、壁式工作面回采工艺流程：
割煤工艺：先把工作面溜子推至煤壁---割煤---拉架——打一级护帮板——打二级护帮板——清煤——退机---推溜。
特厚煤层放顶煤割煤工艺：割煤---拉架---伸前梁---清煤---退机---推溜---放煤---拉后溜。
割煤：如图4所示，利用采煤机自上而下割煤，每循环进度1.8米，其中，采煤机滚筒截割0.9米，自行跨落0.9米.这种割煤方式充分利用煤壁压力破碎带减少了截割功率，降低了电耗，提高了循环进度和产量.采高厚煤层厚度为1.3--6.0米，一般采用单向割煤，由回风方向向进风方向割煤，向机尾方向退机。采高厚煤层厚度为6.0米以上特厚煤层，增加使用放顶煤液压支架放顶采煤工艺。
进刀方式：从机尾顺槽开始插刀，保持滚筒外沿距煤壁0.9米直接进刀。
拉架工艺：割煤后逐架拉架。
退机：采煤机由机尾割透机头后，迅速退至机尾，为下一个循环做准备。
推溜工艺：采煤机退机至下一个循环开口处，整体推溜至煤壁，推溜工艺结束。
出煤系统：进刀时机组通过前部装煤装置将煤装到工作面溜子---转载机---顺槽皮带。
清煤工艺：清煤通过安装在采煤机铲板上清煤装置10的倾斜挡板，利用采煤机向前推力产生的垂直于煤壁的分力，把煤12装在工作面刮板运输机7上。
图8所示，清煤装置10由螺栓、螺母11连接采煤机的清煤铲板101，及推煤倾斜挡板102组成；推煤倾斜挡板与采煤机运行方向有一个倾斜角，推煤倾斜挡板焊接在清煤铲板上。
4、通风系统
工作面采用一进一回全负压通风方式，进回风巷及工作面断面大，配风能力大，系统解决瓦斯的能力较高。
5、辅助运输系统
辅助运输利用检修班时间，胶轮车在回风巷进行材料运输或在进风巷皮带侧使用多功能胶轮车运输。
6、超前支护：进回风顺槽各安装4架液压支架，每4个液压支架可相互推拉，解决了20米范围内的超前支护问题。
7、劳动组织(每个生产班)：班长1人，采煤机司机2人，拉架工1人，工作面刮板机司机1人，转载机司机兼电工、泵站工1人，皮带司机1人，安监员1人，每班合计8人。
Claims (10)
1.一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，壁式工作面采用双巷布置，即一进一回的布置方式，一条进风巷作为皮带运输巷，一条回风巷作为辅助运输巷；采煤工艺包括支护、割煤、装煤、出煤；其特征是：
●壁式工作面：倾斜长度最短为10米，最长达到350米，走向长度最短为100米，最长达到3000米以上；
●支护：进风巷与回风巷采用锚杆及锚索支护；壁式工作面形成后在切眼内安装液压支架；要求液压支架先推溜后拉架；在进、回风顺槽安装超前支护液压支架，自动伸缩和相互推拉，保证两端头20米范围内对顶板的超前支护液压支架的前移；
●割煤与装煤：用履带式单滚筒采煤机进行单向或双向回采割煤，使用采煤机上的装煤装置及工作面刮板运输机进行装煤；
●出煤：使用桥式转载机及顺槽皮带进行出煤；
●设备分体移动：工作面刮板运输机与采煤机、工作面刮板运输机与液压支架分离，三者不再相互连接，采煤机、刮板运输机与液压支架作分体移动。
2.根据权利要求1所述的一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，其特征是：所述的采煤机进行单向或双向割煤，其回采割煤工艺：割煤---拉架---伸前梁---清煤---退机---推溜。
3.根据权利要求1所述的一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，其特征是：特厚煤层选用放顶煤液压支架及后部溜子，其回采工艺为：割煤---拉架---伸前梁---清煤---退机---推溜---放煤---拉后溜。
4.根据权利要求1所述的一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，其特征是：所述的壁式工作面形成后在切眼内安装的液压支架，煤层厚度为1.3-6.0米范围安装一次采全高液压支架，煤层厚度在6米以上的特厚煤层安装放顶煤液压支架。
5.根据权利要求1所述的一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，其特征是：所述的壁式工作面由于存在不规则煤柱，回风巷可沿煤柱边界掘进，回采割煤时根据工作面长度增减全高液压支架或放顶煤液压支架。
6.根据权利要求1所述的一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，其特征是：所述的在壁式工作面所需必要的配套设备及完成的工艺要求还有：
(1)工作面割煤设备为履带式单滚筒采煤机，采用采煤机进行割煤、装煤；
(2)工作面液压支架：对顶板进行及时支护，液压支架工作阻力达到3000KN以上；
(3)工作面刮板运输机：用于装煤；
(4)转载设备：为桥式转载机，用于出煤；
(5)工作面顺槽运输设备：为各种运输能力的可伸缩皮带运输机，用于出煤；
(6)超前支护液压支架：为超前支护；
(7)辅助运输设备：为无轨胶轮车。
7.根据权利要求3所述的一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，其特征是：所述的割煤工艺是利用采煤机单滚筒连续上下摆动割煤，一次截割宽度900毫米，摆动宽度900毫米，割煤宽度1800毫米，即一次循环进度为1.8米；采高为一次采全高最大6.0米，特厚煤层放顶煤一次放完；从机尾向机头割煤，割透机头后向机尾方向退机。
8.根据权利要求3所述的一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，其特征是：所述的拉架工艺为逐架拉架，由机尾方向逐架向机头拉架及时支护顶板。
9.根据权利要求3所述的一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，其特征是：所述的清煤工艺为：通过安装在采煤机铲板上清煤装置的倾斜挡板，利用采煤机向前推力产生的垂直于煤壁的分力，把煤装在工作面刮板运输机上。
10.根据权利要求6所述的一次全高、后退、分体移动、全跨落综合机械化采煤方法，其特征是：所述的煤机采用自行动力履带，脱离工作面刮板运输机独立自行行走，采煤机行走作360度任意旋转，沿煤壁深部截割，加大截割深度，截割深度最大达2米。
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