连续采煤机房柱式短壁机械化采煤方法及其支护设备

摘要

本发明涉及一种连续采煤机房柱式短壁机械化采煤方法及其支护设备。本发明的主要技术措施是该采煤法的回采工艺方法是：回采支巷煤柱时用连续采煤机在支巷的双翼，采取交替进行斜切进刀方式来切割煤柱，斜切角度为30－60°，并用履带行走式液压支架支护顶板。本发明解决了不规则边角块段、部分小型井田及不适合于布置长壁工作面开采的煤层和块段的开采问题，实现了高效、安全、合理地进行开采。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下开采技术，特别涉及一种连续采煤机房柱式短壁机械化采煤方法及其支护设备。

背景技术

传统的连续采煤机房柱式短壁开采技术始创于美国，它的主要设备有连续采煤机、锚杆钻机、运煤车等。经过50多年的不断研究与改进，已形成了自成体系的短壁机械化采煤方法。在美国，采用短壁机械化采煤法的产量在井工采煤中一直领先，近年来，由于长壁综采的发展，连续采煤机开采的产量有所回落。目前，除美国外还有澳大利亚、南非、印度及加拿大等国均广泛采用短壁机械化采煤，取得了较好的经济效益，但是采空区煤柱回收没有得到很好的解决，回采率一般为60％左右。

房式、柱式和房柱式等短壁采煤方法，20世纪50～60年代，在我国使用的比较普遍。国内一般沿用传统的房式、柱式和房柱式简单开采方法，其方法简单、工艺落后、安全性差、效率低、采空区内浮煤多。特别是回收率太低，使用人工炮采的回收率一般只有30％左右，使用简单机械开采的回收率仅为50％左右。70年代初，随着长壁机械化采煤工艺在国内的兴起和推广普及，短壁采煤方法除地方小煤窑采用外，国有大型矿井基本上不再使用这种方法。主要原因是这种采煤工艺的煤炭回收率低，机械化程度低、通风条件较差、工效低，无法保证安全生产。传统的房采工作面回采工艺是：在采区内开掘平巷，将煤体切割成方形煤柱，然后在方形煤柱中开掘劈柱巷，并由劈柱巷向两侧再开煤房。开掘平巷和劈柱巷时用锚杆管理，而在煤柱中掘煤房时不再打锚杆。这种回采工艺的最大缺点是通风系统复杂，通风管理困难；回采率低，回采率仅为30％左右。

但是，相对而言，这种采煤方法，它的投入较低，煤炭生产成本低廉，因而小煤窑仍然采用这种采煤方法。从1979年开始，我国先后引进了多种型号的连续采煤机，在条件适合的矿区进行了试验，发挥了连续采煤机采掘合一，机动灵活的优点。但当时只是采用了房式采煤方法进行回收，仅解决了落、装、运的机械化，并没有实现回收煤柱时的支护机械化问题。因此，在回收煤柱时只能采用部分回收法，在采空区留有大量残余煤柱。不仅煤炭回采率低，给井下煤炭自燃造成了安全隐患，而且残留煤柱的支承压力在底板传递易造成应力集中，给下层煤的开采带来不利因素。由于上述影响因素未能得到很好地解决，目前国内大部分使用过连续采煤机的矿井已将连采机退役。

中国神东矿区从1995年开始将连续采煤机配套设备应用于短壁开采。1999年首先在大海则煤矿进行了“单翼短壁机械化采煤法”试验，这种采煤方法与房柱式开采工艺相比，采用斜切进刀由内向外单向回收煤柱，每两次进刀之间留设0.9m宽的煤柱支撑顶板。其工作面回采率可达65％左右，比传统的房柱式回采工艺提高了25％以上。

发明内容

本发明的目的就是为了解决不规则边角块段、部分小型井田及不适合于布置长壁工作面开采的煤层和块段的开采问题，提出一种连续采煤机房柱式短壁机械化采煤方法及其支护设备，可以实现高效、安全、合理地进行开采。

根据本发明的一个主要方面，该采煤法的回采工艺方法是：回采支巷煤柱时用连续采煤机在支巷的双翼，采取交替进行斜切进刀方式来切割煤柱，斜切角度为30-60度，并采用履带行走式液压支架支护顶板。

本发明的采煤法的回采工艺方法还包括：回采支巷煤柱时用连续采煤机在支巷的双翼，采取交替进行斜切进刀方式来切割煤柱，进刀宽度为3.3m，斜切角度为60度，进刀深度一般以割透支巷煤柱为准，留设了3.3m×3.3m的正方形煤柱，在工作面后退回撤时，再将护巷煤柱进一步进行回收。

根据本发明的另一个主要方面，该采煤工艺方法使用的支护设备为履带行走式液压支架，履带行走式液压支架采用液压支架支撑机构与掘进机行走机构相组合而成。主要由行走机构、底盘、犁煤板、顶梁、掩护梁、立柱、前后连杆、液压系统、电气系统、遥控系统组成。

本发明的有益效果是十分明显的：

短壁机械化开采技术的推广应用，可以最大限度地回收不可再生的煤炭资源，保证矿井安全正常生产，延长矿井服务年限，形成长壁综采与短壁机械化开采相互补充的现代大型矿井的最佳生产模式，也使中小型矿井实现机械化开采成为可能。

房柱式短壁机械化开采技术的推广应用，可以最大限度地回收不可再生的煤炭资源，保证矿井安全正常生产，延长矿井服务年限，不断提高煤炭企业经济效益，促进煤炭经济结构调整，带动相关传统产业升级改造，对加强能源基地建设，保持煤炭工业的可持续发展有着极其重要的意义。

因为有履带行走式液压支架掩护，采空区煤柱除连续采煤机切割死角的煤柱不能回收外，煤房内的绝大部分煤柱将会被回收，遗留的残煤柱不足以支撑顶板，因而顶板直接顶将随采随冒，老顶亦会滞后一定距离安全垮落。

采用“连续采煤机、履带行走式液压支架短壁综合机械化开采”工艺方法和支护设备，将资源回收率提高到了75％以上，最大达到了87％。

本发明特别适合于在不易发展综合机械化采煤的近水平中厚煤层采区、浅部的或具有平硐开拓条件的中小型矿井、大型矿井的不正规采区或不易采用长壁综采的断层分割带或边角煤柱以及需要保护的“三下”开采区使用。

附图说明

图1是现有技术的单翼短壁机械化工作面开采系统；

图2是采用本发明的履带行走式液压支架的双翼煤柱回收方法的示意图；

图3是本发明的履带行走式液压支架的结构示意图；

图4是本发明的双翼进刀短壁开采采空区残留煤柱示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步的说明。

本发明的工作面开采系统如图2所示。

本发明的采煤法的回采工艺是：回采支巷1的煤柱(由附图标记1′、2′、3′、4′、5′、6′)时，用连续采煤机在支巷的双翼；并采用履带行走式液压支架2支护顶板；同时采取交替进行斜切进刀方式来切割煤柱，进刀宽度为3.3m，角度为60度，进刀深度一般以割透支巷煤柱为准，深度约为11m。该采煤法在回收条带煤柱时采用双翼切割煤柱并采用履带行走式液压支架支护顶板，取消了0.9m宽的煤皮，改留设3.3m×3.3m的正方形煤柱，使回采率由原来的65％提高到75％以上，其煤柱回收图见图2。

与传统的房柱式短壁回采工作面(如图1所示)的方式相比，本发明的回收率平均提高了45％以上。采用这种方法回采以后，采空区残留煤柱示意图如图4所示。在工作面后退回撤时，再将护巷煤柱进一步进行回收，其回收率可达到87％以上。

因为有履带行走式液压支架2掩护，采空区煤柱除连续采煤机切割死角的煤柱不能回收外，煤房内的绝大部分煤柱将会被回收(如图4所示)，遗留的残煤柱不足以支撑顶板，因而顶板直接顶将随采随冒，老顶亦会滞后一定距离安全垮落。顶板管理方式属全部垮落法。

履带行走式液压支架2的结构图如图3所示。本发明的履带行走式液压支架采用液压支架支撑机构与掘进机行走机构相组合的支护设备，主要由以下部分组成：一个位于底部的行走机构3，一个安装在行走机构3之上的底盘4，一个位于行走机构一端的犁煤板5，一个位于顶部的顶梁6，一个与顶梁连接的掩护梁7，与顶梁结合来支撑顶梁的立柱8，与掩护梁7连接的前后连杆9，以及相应的液压系统、电气系统和遥控系统。其中液压系统、电气系统和遥控系统都是公知技术，在此就不详细描述。

本发明的履带行走式液压支架2采用液压支架支撑机构与掘进机行走机构相组合的支护设备，使之有机结合，组成履带行走式液压支架2。另外本发明的履带行走式液压支架有较强的行走及逃逸功能，即使在直接顶板大面积垮落压架时，支架也能自动撤出；有足够的牵引力可以牵引其它支架，实现支架间的相互救助。

还设有一个后支撑油缸10，与犁煤板5结合可将支护设备抬起，便于设备的维护及爬窝自救。

本发明的立柱8采用为双伸缩油缸，采用聚胺脂密封和减磨活塞导向结构，结构强度高，使用寿命长，安装方便。

顶梁6与掩护梁7采用十字连接结构，对顶底板起伏和地质条件的变化有良好的适应性，初撑力调整范围大。

另外，本发明的液压系统采用大容量油箱，在立柱升架或降架中，无需二次加油或放油。而且本发明采用两个双联叶片泵，各回路独立性强，可靠性高、故障率低。电气系统采用PLC控制技术，系统简单可靠，保护齐全。

而且，本发明设有发光数码管压力显示及预警系统，可对前后立柱8压力进行实时监测。

在本发明中，履带导向轮12上抬、地隙大、机器的通过性能好。采用高强度锻造履带板，承载能力。

该支护设备还具有的创新点是：在同类产品中首次采用大支撑高度、大工作阻力和大初撑力；采用液压支架支撑方式与掘进机行走方式相结合的支护技术；高承载条件下支架的履带行走技术；适应井下工作环境的遥控操纵技术。