專利名稱：極薄煤層爬底式綜合開采技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤炭開采技術，尤其是極薄煤層的開采技術。
背景技術：
我國薄煤層資源豐富，分布廣泛，1.3m以下煤層可采儲量約占20%，據統計，全國薄煤層和極薄煤層可采儲量分別占全部可采儲量的16.9%和2.8%。在一些地區薄煤層儲量比重很大，如四川省占60%，山東省占54%，黑龍江省占51%，貴州省占37%。特別是在南方地區，薄煤層儲量所占比重更大，而且薄煤層分布廣，煤質好。西南片區基本以薄煤層為主，粗略統計，僅四川省和重慶市國有統配局煤礦就有薄煤層儲量1.5億噸以上，很多薄煤層煤質好，具有較高的開采價值，可開采年限長。在薄煤層中，低于0.Sm以下的煤層稱為極薄煤層，長期以來，由于極薄煤層開采空間極其狹小、工人勞動強度大、工作條件差、設備配套困難，對煤層厚度、傾角的變化以及斷層等地質構造的適應能力差，投入產出比高、效率低、經濟效益差等多方面原因，致使大量極薄煤層煤炭資源處于擱置狀態，回采量遠低于儲量所占的比重，而且有下降的趨勢，更造成極薄煤層機械化開采技術發展緩慢。到目前為止，對極薄煤層開采主要有以下三種方法:一是炮采，即采用放炮落煤、人工裝煤、單體液壓支柱支護的方式，該方法生產效率極低、安全保障度差、且工人勞動強度很大；二是高檔普采，即采用爬底式滾筒采煤機落煤并裝煤、單體液壓支柱支護頂板，高檔普采雖然減少了打眼放炮和人工攉煤工序，工人勞動強度有一定降低，但目前大多數極薄煤層采煤機在牽引、截割、控制、裝煤以及適應地質變化等很多方面不完善，系統不協調，存在很多的缺陷和不足，并且由于仍然采用單體液壓支柱支護，工作面頂板控制比較困難，同時工作面用人多，安全保障度差，生產能力很難充分發揮；三是采用機械切割或工作面放炮的方式人為增大采高，以利于采用現有安全高效裝備，這種做法不僅影響工作面效率和單產，同時也對煤炭質量產生有較大影響，經濟效益差。因此，極薄煤層的綜合機械化開采到目前為止仍然還是空白。煤炭工業是我國重要的基礎產業。長期以來，煤炭在我國一次性能源生產和消費構成中均占2/3以上。我國煤炭資源豐富，在未來相當長的時期內，以煤為主的能源供應格局不會改變，只有保持煤炭工業的持續、穩定和健康發展，才能確保我國國民經濟的穩定增長。因此，除繼續建設高產高效礦井，提高采掘綜合機械化水平，發展中、厚煤層一次采全高以及特厚煤層的放頂煤開采技術和裝備外，研制開發適合我國國情的極薄煤層開采裝備和技術，不僅成為有關煤礦亟待解決的問題，也是我國煤炭工業健康協調發展的重要課題。在我國0.Sm以下極薄煤層工作面大部分仍采用的是放炮落煤、人工裝煤工藝方式進行采煤，只有很少一部分采用的是高檔普采。在極薄煤層高效綜采的核心技術中，最為關鍵的技術是極薄煤層采煤機和液壓支架，采煤機和液壓支架的合理布局和配合，才能保證合理的行人空間、過機空間和過煤空間。我國極薄煤層工作面到目前為止仍主要采用炮采。
專利201020218822.4描述了極薄煤層刮板輸送機，即實施本發明工藝過程中所需要使用的極薄煤層刮板輸送機。專利201020218835.1描述了一種極薄煤層使用的液壓支架，即本發明工藝過程中所需要使用的液壓支架，但該專利中未對液壓支架的關鍵參數作出計算，關鍵參數包括:開采極薄煤層所需的最低支撐高度，最高支撐高度，支護的最大范圍，支護所需強度。專利(號:201010212464.0)公開了一種極薄煤層爬底式綜合機械化開米方法,屬于本申請人前期提交的一項申請，該申請提出了利用極薄煤層采煤機、極薄煤層液壓支架、極薄煤層刮板運輸機進行綜合采煤，與本技術所使用的設備均同。但該專利申請未能就綜合采煤機重要的尺寸、外觀、動力進行研究，極薄煤層的開采空間極其有限，采煤機的尺寸、外觀、動力是重的的參數。該專利申請未能就采煤工作面的布置進行研究，只有布置好了采煤工作面，才能節省開采成本并擴大開采產量。該專利申請未能對采煤機、液壓支架、刮板運輸機的布置位置與工作過程進行研究，只有根據采面工作面的計算，才能布置好各設備，才能發揮設備的效益，并保證采煤的安全。本次申請與該專利(號:201010212464.0)不同的時，本次專利將對以上不足提出
新的方案。
發明內容
根據以上所述不足，本發明提出一種極薄煤層爬底式綜合采煤技術。本技術如下:
本綜合采煤技術包括使用以下設備:液壓支架，用于支持采煤工作面頂部以防止頂部垮落；采煤機，用以對工作面進行割煤；運煤裝置，包括橫向刮板裝載機與刮板運輸機，將采煤機采下的煤炭向機巷運輸；其特征在于:
所述的采煤機機體為長方體，機體長5199mm、寬1978mm、高410mm，機體上設置有采煤滾筒，采煤滾筒直徑為520mm —800mm，滾筒長度為630mm，長方體的機體內設置55KW的動力電機兩臺；采煤機的外殼的底板兩端上翅為船形，底板厚38mm,采用nm360耐磨鋼板；在滾筒旁邊設置橫向刮板裝載機，并與刮板運輸機配合運煤。所述的液壓支架其高度可調，調節區間為500— 1200mm，液壓支架頂板長度為3-4m，頂板寬度為1.5m，通風斷面為1.25 2.08m2，底座寬1.05m。按如下方法布置采煤工作面及設備:
確定煤層位置后，在煤層兩端先開設風巷及機巷，用于煤碳的運輸及人員與機械設備的流轉，風巷及機巷平行向待采區推進，風巷與機巷間距為110米，采煤工作面在風巷與機巷之間。采煤工作面采高為0.55 0.8m，在采煤工作面的兩端開設超前缺口，S卩比采煤工作面多推進一段縱深，其風巷側超前缺口縱深1200mm，寬5000mm，機巷側超前缺口縱深1200mm,寬 3000mm。風巷內設置電纜回柱絞車用以收放電纜。液壓支架頂板前端距離采煤工作面的煤壁的距離為940mm，避免滾筒截割頂板。液壓支架支柱與刮板輸送機之間最小行人空間1485mm，以滿足行人空間。工作面布置液壓支架共73架，相鄰的液壓支架間隙為150mm，以保證移架時，相鄰底座間不擠卡。刮板輸送機機頭鏈輪中心線距機巷下幫2000mm為基準，按照機頭至機尾的順序依次布置輸送機，工作面下端第一個液壓支架的中心到輸送機機頭鏈輪中心的距離為2750mm，以此為基準，依次布置液壓支架，其中機頭機尾最外側的液壓支架比工作面其他液壓支架拖后200 mm布置。采煤步驟為:先按上述方法布置好采煤設備，并啟動各設備，開始采煤，采煤機采用分段控制，按采煤工作面長110m，分為3段，每36m為一段，每一段安排一對司機進行負責。采煤機滾筒在超前缺口處進刀，在牽引下，滾筒沿工作面來回截割煤壁，采煤采取小截深截割，其截深為600_;以降低截割力矩；采煤機平均行進速度3m / min，采煤機實際生產為106 t/h。在采煤機采煤后，采煤工作面推進，便開始移動液壓支架，液壓支架以
3.51—3.66m/min速度同步推進。刮板輸送機以200t / h運輸能力向機巷運送由采煤機采下的煤炭。有益效果:
本發明所公開有采煤機機體通高僅410mm,底板兩端上翅為船形，厚38mm,采用nm360耐磨鋼板，本采煤機直接在通過牽引來回在開采工作面爬行采煤。其機體尺寸適合極薄煤層。底板的設計考慮了爬行的磨損。采煤滾筒直徑為520mm—800mm,長度為630mm,適合極薄煤層的進刀。長方體的機體內設置55KW的動力電機兩臺，總功率能達到110KW，滿足采煤截深和產量。兩臺55KW的電機外形最大尺寸為55KW，電機外徑Φ345πιπι，裝在380mm厚的機體中，上下各有17.5mm皮厚，不用局部突起，滿足了整體結構要求。所述的液壓支架高度為可調高度，調節區間為500— 1200mm，頂板長度為3_4m，頂板寬度為1.5m，底座寬1.05m ;滿足支護強度最大值0.394MPa
通風斷面為1.25 2.08m2，滿足薄煤層工作面配風量大多在30(T500m3/min的情況下，根據《煤礦安全規程》規定，工作面最高風速不超過4m/s。采煤工作面的兩端開設超前缺口，將采煤機從超前缺口處進刀。工作面最小高度為0.55m，工作面控頂區及兩巷空間小，不易操作和行人，工作面長度不宜過長，以IlOm左右為宜。在極薄煤層綜采工作面內操作人員的活動空間非常有限，人員只能匍匐爬行。為降低工作的勞動強度，增加煤礦井下操作的安全性，采煤機設計采用分段遙控技術。按工作面長110m，分為3段，每36m為一段，每對司機各負責一段，勞逸結合。本發明所提出的采煤工作面參數，均通過安全系數計算、工作效率計算、工作產量計算而來，達到了效率最優。設備布置方案與采煤過程方法根據采煤工作面及其它因數而定，均達到了采煤的效率最優化。本發明適合0.Sm的極薄煤層開采，安全系數高，首次極薄煤層綜合機械化開采，人員勞動強度低，開采效率高。
具體實施方式
采用目前國際國內最小的機面高度與綜采液壓支架配套。確定機面高度為410mm。其中機體厚380mm,底拖板厚30mm,理論上可采采高550mm,考慮支架厚度70mm的條件下,過機間隙(到頂板)達到70mm。為了減少機身的機面高度，采用兩臺55KW電機串聯，總截割功率增加到110KW。55KW電機外徑Φ345πιπι，裝在380mm厚的機體中，上下各有17.5mm皮厚，不用局部突起，滿足了整體結構要求。為了增加底座的耐磨度，采用了高強耐磨的匪360材料，厚度加大到30mm。根據工作面地板巖性，將其設計成船形和直板形兩種。當地板比較軟時用船形，當底板比較硬時用直板形。靠煤壁側布置采煤機的牽引機構，牽引力靠近采煤機滾筒、采煤機的扭轉力矩小、受力狀況好。在實際工作中,截割部分出一部分采煤機的動力帶動橫向刮板裝載機運轉的動力方式。采煤機主機體與橫向刮板裝載機共同安裝在30mm厚底拖架上，由楔塊夾緊成為一體，滾筒前后設置擋煤板，工作時調換位置，機器由錨鏈牽引，沿底板爬行。動力電纜由絞車鋼絲繩帶動，由電控箱端部進入機體。采用鑄焊結合的整體機殼，取消對接面，剛性好，強度高，在井下運輸條件允許的情況下是首選方案。
實施例:本發明在達竹煤電集團的某煤礦實驗性實施如下:
極薄煤層工作面長度優化
O從工作面單產優化工作面長度 工作面產量Q可按下式計算。當單向割煤時:
^TKkBjC τ
Q =-；-厶
(￡ — /)(-)+ 3 ’
V,+
式中:Τ一每天的工作時間，1440min ； K~米煤機的開機率，78% ； h一工作面米聞，m ； 沒一工作面的截深，m ；> 一煤層的容重，t/ Mi ； C一工作面回采率。Z增大到一定數時，^變化不大。將函數^對自變量L求導得:
- ab(L+b)A
當工作面長度大到4時，工作面長度增加10%，工作面產量的增量達不到5%，可以認為
加大工作面的長度對增加工作面產量的意義不大。此時，工作面長度的變化引起的產量變化為:
廣，, r abiiL
AQ = Q ■ AL =-T-
(4+i) 10> °b與工作面的輔助截割時間6 (—般為30min)、采煤機的截割時的牽引速度V,(—般4m/min)和工作面的缺口長度有關(平均5m)。
因此，
權利要求
1.極薄煤層爬底式綜合開采技術，本綜合開采技術包括使用以下設備:液壓支架，用于支持采煤工作面頂部以防止頂部垮落；采煤機，用以對工作面進行割煤；運煤裝置，包括橫向刮板裝載機與刮板運輸機，將采煤機采下的煤炭向機巷運輸；其特征在于: a.所述的采煤機機體為長方體，機體長5199mm、寬1978mm、高410mm，機體上設置有采煤滾筒，采煤滾筒直徑為520mm —800mm，滾筒長度為630mm，機體內設置55KW的動力電機兩臺；采煤機的外殼的底板兩端上翹為船形，底板厚38mm，采用nm360耐磨鋼板；在滾筒旁邊設置橫向刮板裝載機，并與刮板運輸機配合運煤； 所述的液壓支架其高度可調，調節區間為500— 1200mm，液壓支架的頂板長度為3_4m，頂b.按如下方法布置采煤工作面及設備: 確定煤層位置后，在煤層兩端先開設風巷及機巷，用于煤炭的運輸及人員與機械設備的流轉，風巷及機巷平行向待采區推進，風巷與機巷間距為110米，采煤工作面在風巷與機巷之間； 采煤工作面采高為0.55 0.Sm，根據煤層高度而定；在采煤工作面的兩端開設超前缺口，即比采煤工作面多推進一段縱深，其風巷側超前缺口縱深1200mm，寬5000mm，機巷側超前缺口縱深1200_，寬3000_ ； 風巷內設置電纜回柱絞車，用以收放電纜； 液壓支架頂板前端距離采煤工作面的煤壁的距離為940mm，避免滾筒截割頂板； 液壓支架支柱與刮板輸送機之間最小行人空間1485_，以滿足行人空間； 工作面布置液壓支架共73架，相鄰的液壓支架間隙為150mm，以保證移架時，相鄰底座間不擠卡； 刮板輸送機機頭鏈輪中心線距機巷下幫2000mm為基準，按照機頭至機尾的順序依次布置輸送機，采煤工作面下端第一個液壓支架的中心到輸送機機頭鏈輪中心的距離為2750mm，以此為基準，依次布置液壓支架，其中機頭機尾最外側的液壓支架比工作面其他液壓支架拖后200 mm布置；c.采煤步驟為:先按上述方法布置好采煤設備，并啟動各設備，開始采煤，采煤機采用分段控制，按米煤工作面長IlOm,分為3段,每36m為一段,每一段安排一對司機進行負責；采煤機滾筒在超前缺口處進刀，在牽引下，滾筒沿工作面來回截割煤壁，采煤采取小截深截割，其截深為600_;以降低截割力矩；采煤機平均行進速度3m / min，采煤機實際生產為 106 t/h ； 在采煤機采煤后，采煤工作面推進，便開始移動液壓支架，液壓支架以3.51-3.66m/min速度同步推進；刮板輸送機以200t / h運輸能力向機巷運送由采煤機采下的煤炭。
全文摘要
本發明涉及極薄煤層爬底式綜合開采技術，本發明的采煤機機體為長方體，高410mm，采煤機的外殼的底板兩端上翹為船形。開采時，在煤層兩端先開設風巷及機巷，風巷與機巷間距為110米，采煤工作面在風巷與機巷之間。采煤工作面采高為0.55～0.8m。采煤步驟為先按方法布置采煤設備，開始采煤，采煤機采用分段控制，按采煤工作面長110m，分為3段，每36m為一段，每一段安排一對司機進行負責。本發明適合0.8m的極薄煤層開采，安全系數高，首次極薄煤層綜合機械化開采，人員勞動強度低，開采效率高。
文檔編號E21C25/10GK103195428SQ201310141429
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月23日 優先權日2013年4月23日
發明者王建國, 馮春, 冉波, 唐強, 楊純華, 李明, 侯波, 李光榮 申請人:四川達竹煤電(集團)有限責任公司