急倾斜煤层的综合机械化开采

急倾斜煤层的综合机械化开采

摘要 我国急倾斜煤层储量很多,柔性掩护支架、平板掩护支架、倒台阶等采煤法应用有几十年历史,但各有不足之处。国外的螺旋钻采煤机、气垛等采煤法也存在着回采率低、管理复杂等缺点。急倾斜煤层综合机械化开采势在必行,本文重点介绍开采急倾斜煤层伪斜工作面的可伸缩支撑式柔性掩护支架和与之相配套的采煤机。该技术已获国家专利,为开采急倾斜煤层提供技术支持。不久急倾斜煤层综合机械化采煤就会实现。

关键词:急倾斜煤层 伪倾斜工作面 可伸缩支撑式柔性掩护支架 急倾斜煤层采煤机

急倾斜煤层的综合机械化开采势在必行、急待解决。

1 实现急倾斜煤层综合机械化开采的目的

我国急倾斜煤层的储量约占煤炭总储量40%,分布范围广。个别地区又比较集中。以新疆为例,该区煤炭储量占全国储量40%,其中50%又是急倾斜煤层。

柔性掩护支架、平板掩护支架、倒台阶等采煤方法[1],在我国已有悠久的历史。但这些采煤方法有的不能适应煤层厚度变化的需要,常出现丢煤、卡架现象;有的工人劳动强度大、作业环境差、工作面产量低、采场不够安全等弊病。国外采用气垛和螺旋钻机等采煤法[2],气垛采煤法需用钢丝绳将气垛、采煤机悬吊在采煤工作面中作业,管理工作复杂。螺旋钻机采煤法,钻孔间需留设隔离煤柱,回采率低等缺点。急倾斜煤层综合机械化开采是急待解决问题。

因伪倾斜柔性掩护支架采煤法具有:工作面长,便于采煤机连续作业;工作面呈25°坡,采落的煤炭可自溜运费省;有多年的实践经验操作技术熟练等优点,所以急倾斜综采技术选择在此工作面对支架和采煤机进行研究。

2 伪倾斜工作面的支架

2.1 支架的特点

伪倾斜工作面的支架形式为可伸缩支撑式柔性掩护支架。其特点:工作面长度不受支架限制;支架的柔性好,能适应支架台阶式下沉;支架的支撑宽度可伸可缩,煤层厚度变化时不会出现丢煤、漏矸、卡架现象;采场作业空间大,适合采煤机作业、人员活动方便、空气新鲜、工作面沼气含量不易超限;工人劳动强度低。

2.2、支架结构

该支架由顶梁、伸缩板、立柱、钢丝绳、托梁、覆盖层六部分组成。

顶梁:根据支架的支撑宽度不同,可分为单体梁和组合梁。煤层厚度为2m以下时选用单体梁,2m以上选用组合梁。组合梁由三个单体梁搭接而成,拆卸后便于搬运。顶梁长度应略小于煤层最小厚度。顶梁形状为一个半开口式钢构件,封口部分呈大写的阿拉伯数“Ⅱ”字形,孔内安装伸缩板。开口部分呈“Π”字形,其内安装液压油缸。

伸缩板:它是设在顶梁两端的封口部分,由液压油缸控制伸缩的“∏”形槽钢。伸缩长度可根据煤层最大厚度决定。当煤层厚度变大时用液压油缸将伸缩板逐渐推出,靠在煤层顶底板岩壁上,保证工作面不空顶、不漏矸。当煤层厚度变薄时液压油缸将伸缩板逐渐拉回,保证支架不被顶、底板卡住。

立柱:它是支撑顶梁的单体液压支柱。每隔3～4根顶梁,在同一根顶梁两端的适当位置,各设一根单体液压支柱,并让支柱处于最佳受力状态。支撑高度为1.8m。考虑到采煤机割煤需要,单体液压支柱最大支撑高度为2.4m。单体液压支柱与顶梁用螺栓连接在一起。

钢丝绳:它是连接工作面所有顶梁的绳索。用“U”型螺栓和夹板将钢丝绳和顶梁固定,形成一个整体梁。根据顶梁长度不同,一般需铺设2～5条钢丝绳,顶梁短时铺两条,顶梁长时铺3～5条。为使顶梁之间保持一定的间距,顶梁间用φ20×20cm圆木支撑。由于顶梁间有圆木支撑,顶梁与顶梁之间在铅垂方向上具有柔性。

托梁:它是安放在顶梁下部可串动的两根钢梁。当采煤机需割立柱下方煤层时,用托梁将顶梁托住,立柱收缩呈悬空状态,待采煤机将立柱下方煤层割完后,立柱升起再支撑顶梁,托梁向前串动,为下一个顶梁的重复动作做准备。

覆盖层:它是均匀铺设在顶梁上方,厚度为30～40cm的荆笆,并用压杆和细铁丝加以固定。覆盖层能起到将矸石与顶梁隔开,减缓落石对支架的冲击,不让碎石、岩粉窜入工作面的作用。

2.3 支架的铺设与拆除

顶梁的铺设是从回风巷开始,其铺设方法同柔性掩护支架的铺设方法一样。立柱在地沟与工作面拐点处架设。随工作面逐步推进,支架沿铅垂方向缓慢下落,直至运输巷,落平后逐架拆除、运往回风巷重复使用。

3 伪倾斜工作面的采煤机

3.1 采煤机的设计原理

采煤机在伪倾斜工作面里工作,工作面两侧为煤层的顶底板;煤层位于采煤机底部;采场顶部为垮落的顶底板岩石;工作面呈25°坡,煤炭可自滑;采煤机的作业面在机械的正前方。鉴于此类作业环境,采煤机是参考煤巷掘进机[3]和模仿爬行动物行走姿势设计的。

3.2 采煤机结构

采煤机由截割部、行走部、助推刮板机、控制阀四部分组成。

(1)截割部:为实现双向割煤,采煤机设有两个截割部,沿工作面上行割煤的部件称前截割部,向下割煤的部件称后截割部。每个截割部均设有电机、减速器、摇臂、截割头、圆盘、横梁、液压油缸。动能的传递顺序为电机-减速器-摇臂-截割头。前截割头呈圆锥形,表面镶有截齿。摇臂上镶有螺旋叶片,截割头破碎下来的煤,由摇臂螺旋叶片推入采煤机的滑靴下,再经助推刮板机推出采煤机的滑靴外、沿工作面自溜到运输平巷入溜煤眼。

采煤机沿工作面向下割煤时由后截割头工作。后截割头由下向上旋转,破碎下来的煤顺势抛到工作面下方。由于截割头顶在煤壁上、避免机体向下滑动造成跑车事故。

截割头在水平方向的摆动,靠驱动轮啮合圆盘上的销轨可旋转180°。在铅垂方向靠液压油缸推动圆盘,以横梁为轴,上、下摆动15°,作业面上的煤可全部割到。

(2)行走部:它由机身、滑靴、爬行腿、挡车器四个部分组成。

机身:它是采煤机中部的一个箱体,箱内设有提供助推刮板机工作的传动机构和完成爬行动作的液压系统。

滑靴:它是一个反“∪”字形框架,上面固定机身和截割部,内侧安装助推刮板机,沿工作面滑行。

爬行腿:它是采煤机的行走机构。在机身两侧对称位置安装四条腿,两条前腿和两条后腿,每条腿均设大腿、小腿和爪。在机身与大腿和大腿与小腿之间分别安装液压油缸,通过液压油缸的伸缩控制腿部动作,爪是顶岩壁的触头。采煤机上行时,前腿蹬、后腿收,后腿蹬时前腿收,完成前行任务。采煤机下行时,将前腿翻转过来,后腿保持原来状态,前腿登时后腿轻轻地擦着岩壁滑行,前腿收时,后腿蹬住岩壁,防止采煤机的下滑。

挡车器:在机身后端面的两侧,各设一个挡车杆。采煤机上行时,挡车杆处于自由拖拉状态随机前行,当采煤机处于跑车状态,挡车杆在下滑力的作用下自动扎入煤层,阻挡采煤机下滑。

(3)助推刮板机:它是安装在滑靴内侧推动碎煤下滑的机构。由机身内的传动机构驱动它旋转,扒拉碎煤下滑。

(4)控制阀:它是司机控制采煤机动作的一套阀组。

总结:可伸缩支撑式柔性掩护支架和急倾斜采煤机已获国家专利[4],为综合机械化开采急倾斜煤层提供了技术支持,不久一个急倾斜煤层伪斜开采的综合机械化工作面就会实现。

参考文献

[1]徐永圻.煤矿开采学.中国矿业大学出版社,1993年P116～135.

[2]朱银昌.复杂.难采煤层的开采.世界图书出版公司,1993年P1～13.

[3]濮洪九.中国煤炭工业产品大全.煤炭工业出版社,1993年P82～83.

[4]实用新型专利证书,专利号:ZL 2008 2 0103518.9.