專利名稱：采取塊煤的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明屬采煤方法及采煤機械，特別是涉及一種采取塊煤的方法及設備。
背景技術：
目前常用的采煤方法有機械切割和水切割及炸藥爆破等，但使用上述方法所采原煤含塊率較低，由于塊煤有較廣的實用范圍和良好的使用效果，生產塊煤具有較好的經濟效益，為此本技術領域技術人員一直在研發提高塊煤含量的開采方法或設備，如中國專利局1989年7月12日公布的，專利號為ZL87105957.6，名稱為“液壓沖擊移步式采煤機”的專利技術，主要利用液壓振動沖擊頭及液壓推進缸進行采煤；中國專利局2001年2月14日公布的，專利號為ZL96100994.2，名稱為“沖擊式采煤機”的專利技術，利用振動推進的采煤方式，提出了不同的振動方法及平衡連續推進結構。上述專利技術采取塊煤的設備均具有結構復雜，整體功率及采煤效率不高的特點，并沒有在煤炭開采行業中推廣應用。
發明內容
本發明目的是在于提供一種能連續高效采取塊煤的方法及設備。
本發明是通過以下技術方案來實現的一種采取塊煤的方法，在平行于采空面的煤層上開設一定深度的孔洞，然后將前端小、末端大的擠壓物機構推入孔洞并向前推進，擠壓物機構在推進過程中對孔洞周圍的煤層不斷的施加壓力，直至塊煤從煤層上分離脫落，孔洞的不斷形成與擠壓物體機構的不斷推進達到塊煤的連續采取。
本發明采取塊煤的設備，包括機體，機體下部設有行走機構，其特征在于機體的下部設有驅動裝置，驅動裝置上設有懸臂，懸臂的端部設有支架，支架與懸臂之間通過角度調整機構連接，支架上安裝有采掘頭，所述的采掘頭包括孔洞開挖機構、擠壓物機構、采落煤收集導向機構、煤層清理機構。
根據原煤性脆易碎的物理特性，要開采出希望的塊度，設計以下的開采方法，在平行于采空面方向、需要的采掘深度處、采高范圍內，先采用水射流切割或鉆切或高頻擠壓或其組合等方法，使應力擴散對周圍煤體影響不大的情況下從煤體上去除局部的煤，形成幾個預制的孔洞，在孔洞深度達到塊度范圍尺寸時，用前端小、后端大的擠壓物機構給孔洞內靠采空面方向施加擠壓應力，隨擠壓物機構沿孔洞不斷向前推進，煤體中應力不斷增加，直到希望的塊度從煤體上被擠下來，孔洞的不斷形成與擠壓物機構的不斷推進達到連續采取塊煤的目的效果；孔洞1～5個為宜，3個最佳，孔洞的斷面形狀可為圓形、方形、橢圓形等；擠壓物機構可以是楔形塊，楔形塊尖端朝前進方向，楔形塊向采空面方向單向傾斜，楔形塊在待采原煤方向無傾斜或反向傾斜，因為未采原煤能承受較大的擠壓應力，需保證楔形塊受力后不被待采原煤推向采空面方向，為保證獲取的原煤有較大的塊度，楔形塊的楔角1～30度為宜，最佳角度與原煤品種有關，為減少前行阻力，楔形塊橫斷面形狀最好與孔洞斷面形狀相同；每次采深以1～2倍所需塊度為宜；每次采高可根據煤層條件及希望獲取的塊度等情況確定，采高增大時應增加預制孔洞的個數，本發明中擠壓物機構也可以是錐形塊或其他可以對采空面施加壓力的物體。
由于從煤層中采取塊煤是先開挖出相對較小的孔洞，然后用擠壓物機構劈裂原煤，所以本發明獲取塊煤方法的優點是，消耗能源少，既能連續高效的采取塊煤又能提高生產率，煤塵小，不易產生火花安全性好。
但也由于所采原煤中含塊率高，可能還混有個別較大的塊，所以原煤運輸系統應與其配套才能充分顯示效果。
本發明獲取塊煤的設備是本設備由采掘頭和機體組成，采掘頭包括支架及設于其上的孔洞開挖機構、擠壓物機構、采落煤收集導向機構、煤層清理機構，支架與機體連接，機體為采掘頭提供支撐及推進動力和其它輔助功能，支架可相對機體升降及旋轉，基體可借用滾筒采煤機或其它形式采煤機的機體，機體上前后兩端分別安裝一個采掘頭，支架可反轉到另一方向采煤，兩個采掘頭的組合使用更靈活，適用煤層厚度更廣一些，支架上可設采深調整機構以調整每次的截深。
孔洞開挖機構由驅動系統和鉆頭及鉆桿組成，鉆桿最大斷面尺寸應小于鉆頭最大斷面尺寸，其結構可為以下幾種形式，一是用馬達帶動鉆桿及鉆頭旋轉，鉆桿外設螺旋槽出屑，二是馬達帶動鉆桿及鉆頭旋轉，同時振動器帶動鉆桿及鉆頭振動，鉆桿外設螺旋槽出屑，三是馬達帶動鉆桿及鉆頭旋轉，鉆頭上設高壓水射流切割物料，鉆桿內孔排屑，四是振動器帶動鉆桿及鉆頭振動，鉆桿內孔排屑，還可以采用其它形式的鉆進結構；如鉆桿為螺旋槽出屑，則套管在上下方向開長孔排屑；套管同時為鉆頭及鉆桿提供導向支撐，鉆頭處還可安裝軸承。
擠壓物機構的結構為，在鉆頭后、鉆桿外設一套管，套管靠鉆頭的前端斷面最大尺寸小于或等于鉆頭最大斷面尺寸，套管外斷面從前端到后端應連續向采空面方向傾斜，在待采原煤方向不傾斜或反向傾斜，套管有效長度約等于希望獲取的塊煤塊度，傾斜角度為1～30度，具體角度根據煤質及現場試驗確定，套管上下方向斷面尺寸不變，套管后端與支架連接。
采落煤收集導向機構為一犁形板結構，采落煤收集導向機構在一個采掘頭上只安裝一個，前端安裝煤層清理機構，后端與支架連接，作用是在下部工作的采落煤收集導向機構隨采煤機的不斷向前移動將采落的煤自動收集并導向原煤運輸設備。
煤層清理機構為錐鏟狀體，前端有齒且向采空方向傾斜，后端與采落煤收集導向機構銜接，作用是將煤層頂、底板鏟平，以利于回收原煤及采煤、運輸、支護設備移動；煤層清理機構在一個采掘頭上只安裝一個，兩個采掘頭在工作時前端一個煤層清理機構，后端一個煤層清理機構，回程時采掘頭翻轉，兩采掘頭清理工作互換。
支架為擠壓物機構、采落煤收集導向機構、煤層清理機構提供支撐固定，支架通過旋臂與機體上的驅動裝置連接，在驅動裝置帶動下支架可相對旋臂旋轉，作用是微調采煤方向以適應煤層起伏變化及反向采煤，在驅動裝置帶動下旋臂可相對基體旋轉，作用是調整采煤高度位置，驅動裝置可以是電動機或液壓馬達。
擠壓物機構、采落煤收集導向機構、煤層清理機構、支架可分體及互相之間為一體或總為一體的結構形式。
機體由機架和各功能部件組成，機架為其上安裝的各部件提供支撐固定，主要功能部件有配電箱、液壓站、行走機構、懸臂旋轉驅動機構、特大塊煤破碎機構、霧化噴水除塵機構等，如采用全電驅動方式則不需要液壓站，由電動機減速機組合，如鉆頭采用高壓水射流切割則需增加高壓水生產站。
配電箱為各電動機、電磁閥、傳感器等提供電力及控制檢測；液壓站為液壓缸、液壓馬達、液壓振動器等提供動力；行走機構可由馬達齒銷傳動驅動設備沿軌道行進；支架旋轉驅動機構可由馬達螺桿機構驅動支架旋轉；懸臂旋轉驅動機構可由液壓缸驅動懸臂旋轉；特大塊煤破碎機構可由馬達驅動旋轉擊錘機構破碎煤塊；霧化噴水機構由一組噴嘴和閥門組成。
本發明獲取塊煤的設備相比現有技術的優點是采煤設備能源總消耗少，高生產率，設備使用壽命長，能連續高效的采取塊煤，煤塵小，安全性好。
圖1為本發明實施例1的主視圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為本發明實施例2的俯視圖；圖4為本發明實施例3的俯視圖；圖5為本發明實施例4的俯視圖；圖6為本發明實施例5的俯視圖。
具體實施例方式
圖中1支架，2機體，2.1行走機構，3孔洞開挖機構，3.1馬達，3.2鉆桿，3.3鉆頭，3.4螺旋出屑槽，3.5振動器，3.6排屑孔，3.7中心孔，4采落煤收集導向機構，5煤層清理機構，6套管，7旋臂，7.1液壓缸，7.2角度調整機構，8輸送機，圖中箭頭方向為設備運行方向。
實施例1如圖1、圖2所示，采掘頭由支架1、孔洞開挖機構3、擠壓物機構、采落煤收集導向機構4、煤層清理機構5所組成，擠壓物機構為楔形的中空的套管6，在支架1上安裝孔洞開挖機構3、采落煤收集導向機構4、煤層清理機構5、套管6，支架1通過旋臂7與機體2聯接，機體2上前后各安裝一個采掘頭，機體2由機架和各功能部件組成，機架為其上安裝的各部件提供支撐固定，主要功能部件有配電箱、液壓站、行走機構2.1、液壓缸7.1、特大塊煤破碎機構、霧化噴水除塵機構等，機架安放在輸送機8兩邊所設軌道上，設備的行走由行走機構2.1完成，行走動力及驅動輪安裝在機架上，嚙合銷安裝在輸送機上。
如圖中箭頭方向所示采掘方向，前部采掘頭采上部煤炭、后部采掘頭采下部煤炭，反向運行時采掘頭上下位置互換，采掘頭上下位置調整由液壓缸7.1完成，采掘頭角度由角度調整機構7.2調整。
孔洞開挖機構3由馬達3.1、鉆頭3.3、鉆桿3.2組成，馬達3.1，鉆桿3.2，鉆頭3.3的數量為3組，并且等距平行排列，鉆頭3.3及鉆桿3.2上均設有出屑螺旋槽3.4。
套管6、采落煤收集導向機構4、煤層清理機構5可以是一體式結構。
套管6的結構是，在鉆頭3.3后、鉆桿3.2外設一套管，套管6靠鉆頭3.3的前端斷面最大尺寸小于或等于鉆頭3.3最大斷面尺寸，套管6外斷面從前端到后端應連續向采空面方向傾斜，在待采原煤方向不傾斜或反向傾斜，套管6有效長度約等于希望獲取的塊煤塊度，傾斜角度為1～30度，具體角度根據煤質及現場試驗確定，套管6上下方向斷面尺寸不變，套管6后端與支架連接，套管6在上下方向開長孔排屑，套管6同時為鉆頭3.3及鉆桿3.2提供導向支撐，鉆頭3.3處還可安裝軸承。
煤層清理機構5為一錐鏟狀，前端水平方向有齒且向采空方向傾斜，后端與采落煤收集導向機構4銜接，當設備行走時將將煤層頂、底板鏟平，以利于回收原煤及采煤、運輸、支護設備移動，在圖中箭頭方向所示采掘方向，前部采掘頭采煤層上部煤炭時，其煤層清理機構5清理頂板，后端采掘頭的煤層清理機構清理底板，回程時采掘頭翻轉，兩采掘頭清理工作互換。
采落煤收集導向機構4為一犁形板結構，與支架固定，后部采掘頭采煤層下部煤炭時，將采落的煤收集導向原煤運輸設備。
支架1為套管6、孔洞開挖機構3、采落煤收集導向機構4、煤層清理機構5提供支撐固定，支架1通過旋臂7與機體2連接，在角度調整機構7.2帶動下支架1可相對旋臂7旋轉，作用是微調采煤方向以適應煤層起伏變化及反向采煤，在液壓缸7.1帶動下旋臂7可相對機體2旋轉，作用是調整采煤高度位置。
實施例2如圖3所示，所述的孔洞開挖機構3由馬達3.1，鉆桿3.2，鉆頭3.3組成，馬達3.1，鉆桿3.2，鉆頭3.3的數量為3組，并且等距平行排列，鉆頭3.3、鉆桿3.2的中心設有排屑孔3.6，鉆桿3.2外設有楔形的中空的套管6，套管6向采空面傾斜。其他同實施例1。
實施例3如圖4所示，所述的孔洞開挖機構3由馬達3.1，鉆桿3.2，鉆頭3.3，振動器3.5組成，馬達3.1，鉆桿3.2，鉆頭3.3的數量為3組，并且等距平行排列，鉆頭3.3、鉆桿3.2的外表面設有螺旋出屑槽3.4，鉆桿3.2外設有楔形的中空的套管6，套管6向采空面傾斜。本實施例相對于實施例1，由于在孔洞開挖機構3中增加了振動器3.5，增加了開挖效率，其他同實施例1。
實施例4如圖5所示，所述的孔洞開挖機構3由馬達3.1，鉆桿3.2，鉆頭3.3，振動器3.5組成，馬達3.1，鉆桿3.2，鉆頭3.3的數量為3組，并且等距平行排列，鉆頭、鉆桿3.2的中心設有排屑孔3.6，鉆桿3.2外設有楔形的中空的套管6，套管6向采空面傾斜。其他同實施例1。
實施例5如圖6所示，所述的孔洞開挖機構3由馬達3.1，鉆桿3.2，鉆頭3.3，振動器3.5組成，馬達3.1，鉆桿3.2，鉆頭3.3的數量為3組，并且等距平行排列，鉆頭、鉆桿3.2的中心設有中心孔3.7，中心孔3.7里與高壓水設備連接，鉆桿3.2外設有楔形的中空的套管6，套管6向采空面傾斜。本實施例相對于實施例1，由于中心孔3.7里與高壓水設備連接，在鉆孔的同時高壓水可以對煤層進行切割，采取塊煤的效率更高，同時也有效的防止了火花、煤塵的產生，有利于安全和環境保護。其他同實施例1。
本發明不局限于以上實施例，根據煤層的特性，楔形的套管的傾角可以在1～30度之間選擇，擠壓物機構可以選用錐形的套管或其他形狀的可以對采空面煤層施加壓力的物體，根據生產規模的大小，馬達，鉆桿，鉆頭的數量可以在1～5組之間選擇，擠壓物機構、采落煤收集導向機構、煤層清理機構、支架也可以是各自獨立的分體式結構或總為一體式結構或互為一體式結構的組合。
權利要求
1.一種采取塊煤的方法，在平行于采空面的煤層上開設一定深度的孔洞，然后將前端小、末端大的擠壓物推入孔洞并向前推進，擠壓物在推進過程中對孔洞周圍的煤層不斷的施加壓力，直至塊煤從煤層上分離脫落，孔洞的不斷形成與擠壓物體的不斷推進達到塊煤的連續采取。
2.根據權利要求2所述的采取塊煤的方法，其特征在于孔洞采取鉆切或水射流切割或高頻擠壓或其組合的方法獲得，孔洞的數量為1～5個。
3.根據權利要求3所述的采取塊煤的方法，其特征在于所述的擠壓物為楔形塊，楔形塊尖端朝前進方向，楔形塊向采空面方向傾斜，楔形塊的楔角為1～30度。
4.一種采取塊煤的設備，包括機體，機體下部設有行走機構，其特征在于機體的下部設有驅動裝置，驅動裝置上設有懸臂，懸臂的端部設有支架，支架與懸臂之間通過角度調整機構連接，支架上安裝有采掘頭，所述的采掘頭包括孔洞開挖機構、擠壓物機構、采落煤收集導向機構、煤層清理機構。
5.根據權利要求4所述的采取塊煤的設備，其特征在于機體的前后兩端均設有支架，支架上安裝有采掘頭。
6.根據權利要求5所述的采取塊煤的設備，其特征在于所述的孔洞開挖機構包括馬達、鉆桿、鉆頭，馬達帶動鉆桿、鉆頭轉動，鉆桿、鉆頭平行于采空面方向；所述的擠壓物機構為楔形的中空的套管，套管設在鉆桿外，套管的前端的斷面小于鉆頭的最大斷面，套管后端與支架固定連接，套管向采空面方向傾斜且傾斜角度為1～30度；所述的采落煤收集導向機構為犁形板結構，前端安裝煤層清理機構，后端與支架連接；所述的煤層清理機構為錐鏟狀的，前端有齒且向采空方向傾斜，后端與采落煤收集導向機構銜接。
7.根據權利要求6所述的采取塊煤的設備，其特征在于所述的孔洞開挖機構設有與鉆桿連接的振動器。
8.根據權利要求7所述的采取塊煤的設備，其特征在于所述的孔洞開挖機構設有等距平行排列的1～5個鉆桿和鉆頭，每個鉆桿外面都安裝有套管。
9.根據權利要求8所述的采取塊煤的設備，其特征在于鉆頭、鉆桿的外表面設有螺旋出屑槽。
10.根據權利要求8所述的采取塊煤的設備，其特征在于鉆頭、鉆桿的中心設有排屑孔。
11.根據權利要求9或10所述的采取塊煤的設備，其特征在于擠壓物機構、采落煤收集導向機構、煤層清理機構、支架為相互獨立的分體式結構。
12.根據權利要求9或10所述的采取塊煤的設備，其特征在于擠壓物機構、采落煤收集導向機構、煤層清理機構、支架為一體式結構。
13.根據權利要求9或10所述的采取塊煤的設備，其特征在于擠壓物機構、采落煤收集導向機構、煤層清理機構、支架為互相之間的一體式結構組合。
全文摘要
本發明屬采煤方法及采煤機械，特別是涉及一種采取塊煤的方法及設備。本發明采取塊煤的方法是在平行于采空面的煤層上開設一定深度的孔洞，然后將前端小、末端大的擠壓物機構推入孔洞并向前推進，擠壓物機構在推進過程中對孔洞周圍的煤層不斷的施加壓力，直至塊煤從煤層上分離脫落，孔洞的不斷形成與擠壓物體機構的不斷推進達到塊煤的連續采取。本發明采取塊煤的設備，包括機體，機體下部設有行走機構，其特征在于機體的下部設有驅動裝置，驅動裝置上設有懸臂，懸臂的端部設有支架，支架與懸臂之間通過角度調整機構連接，支架上安裝有采掘頭，所述的采掘頭包括孔洞開挖機構、擠壓物機構、采落煤收集導向機構、煤層清理機構。
文檔編號E21C37/00GK101016840SQ20071001371
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月15日 優先權日2007年2月15日
發明者孟凡英 申請人:孟凡英