薄及中厚急傾斜煤層綜合機械化采煤工藝的制作方法與工藝

本發明屬于煤碳開采領域，具體涉及一種薄及中厚急傾斜煤層綜合機械化采煤工藝與裝備。

背景技術：
現有的長壁工作面綜合機械化采煤工藝和裝備初始研發思想是針對近水平煤層，各個工藝環節對近水平煤層較為適合，隨著煤層傾角的增加，現有的長壁式綜合機械化采煤工藝受到不利影響也逐漸增加，經過技術改進后，現行的綜合機械化采煤工藝可應用到傾角達到60°的煤層，此時采煤難度已相當大，開采效率、可靠性、安全性均大幅降低，采煤工藝中的破煤、裝煤、運煤、支護、設備移設等主要工藝環節受限嚴重，同時出現工作面行人困難、檢修作業不便、設備防滑難以解決等系列問題，當煤層傾角處在60°～90°范圍時，現行的綜合機械化采煤工藝已完全不再適用，目前亦無其他高效的綜合機械化工藝可用。我國急傾斜煤層開采技術的改革，表現在對多種采煤方法的應用和改進上。如倒臺階采煤法、斜臺階采煤法、水平分層及斜切分層采煤法、俯偽斜走向長壁分段水平密集支柱采煤法、機械化走向長壁采煤法、水平分段放頂煤采煤法、螺旋鉆機采煤法、偽斜柔性掩護支架采煤法等。為提高機械化程度，國內對急傾斜煤層開采曾進行了多項的研究工作，北京、雞西等礦區試驗了滾筒式采煤機，四川攀枝花礦區試驗了沖擊式刨煤機，開灤、淮南礦區試驗了用于掩護支架下機械化落煤的地溝機，一些礦區還進行過急傾斜煤層綜合機械化采煤的試驗。總體來說，機械化試驗生產效率仍是不高，安全性、可靠性不足，推廣受限。多年來，實現急傾斜煤層的綜合機械化開采，是煤炭行業有待破解的重要課題，業內人士始終處于探索和嘗試中。2012年1月，華亭煤業集團公司東峽煤礦傾角達52°，國內罕見、國際領先的急傾斜綜采綜放37220-1工作面成功投產，這是該礦在大傾角采煤技術上的又一成功應用，標志著礦井綜合機械化開采技術革新的進步。為解決我國急傾斜薄煤層的安全高效開采問題，在對國內外急傾斜煤層采煤方法廣泛調研的基礎上，天地科技股份有限公司與攀枝花煤業公司創新性地提出急傾斜薄煤層走向長壁綜合機械化采煤法，開采設計事業部研制并實驗了急傾斜薄煤層刨運綜采機組。研制的JBB-I型急傾斜薄煤層刨運綜采機組，開創了急傾斜薄煤層進行機械化開采的又一嘗試先例。JBB-I型急傾斜薄煤層刨運綜采機組可適用于走向長壁工作面開采，在落煤期間工作面可實現無人操作，利于生產安全。該綜采機組由液壓支架、刨運機、液壓與電氣控制系統及輔助系統構成，利用急傾斜煤層特點采用刨運機梁即做刨頭的承載體，又做移架橫梁，省略了輸送機。同時，在刨運機落煤期間采用電液控制，實現了落煤期間工作面內無操作人員的愿望。2010年該機組在攀煤集團公司太平煤礦成功進行了井下工作面試驗，取得了一定效果，目前該機組已制造出樣機。但該機組及工藝僅適合短壁工作面開采；當煤層傾角過大，處于60°～90°范圍時已不再適用。為消除現有綜合機械化采煤工藝對急傾斜煤層的缺陷，本發明的研發思想直接針對難以實現機械化開采的60°～90°的薄及中厚急傾斜煤層，打破傳統設計思路，確立科學、可行、安全、高效的急傾斜煤層開采工藝體系，實現真正意義的急傾斜煤層綜合機械化工藝采煤。

技術實現要素：
本發明的目的是為了解決目前薄及中厚急傾斜煤層無法利用綜合機械化工藝采煤的問題，提供了一種急傾斜煤層綜合機械化采煤工藝與裝備，其技術方案如下：一種薄及中厚急傾斜煤層綜合機械化采煤工藝，它包含在煤層內沿煤層走向布置長壁式采煤工作面，開采煤壁面垂直于煤層傾斜方向，在采煤工作面上設置自降式支護裝置，自降式支護裝置可以在自身重力作用下下降，在采煤工作面中使用沖擊式采煤機沿煤層走向往復行走破煤，被破碎的煤體兩側失去對自降式支護裝置的支撐力，自降式支護裝置隨破煤深度下降，使用刮板輸送機下回鏈上的刮板將沖擊式采煤機沖落的浮煤運出，采煤工作面沿煤層傾斜方向向下推進，沖擊破煤、降支護架、運煤工序循環配合，實現緊密協調的急傾斜煤層綜合機械化采煤。一種用于上述薄及中厚急傾斜煤層綜合機械化采煤工藝的裝備，它包含自降式支護裝置、沖擊式采煤機和刮板輸送機；沖擊式采煤機和刮板輸送機均設置在自降式支護裝置內并與自降式支護裝置連接，沖擊式采煤機和刮板輸送機隨自降式支護裝置下降；自降式支護裝置由多部弧頂鉸接液壓支架依次首尾連接構成，每部弧頂鉸接液壓支架包含弧形頂梁、側護梁、平衡千斤頂、楔形架腳和架腳千斤頂；弧形頂梁的左右兩側由側護梁支撐，兩個側護梁均與弧形頂梁鉸接，在每個側護梁與弧形頂梁之間還通過兩個斜拉的平衡千斤頂連接，在每個側護梁的下側均設置有楔形架腳；煤體堅硬時，楔形架腳下未被沖擊的煤體難以擠落，楔形架腳與側護梁通過架腳千斤頂來連接，架腳千斤頂伸張驅動楔形架腳將其擠落，架腳千斤頂回縮時，側護梁等整體下降，完成一個降架過程；在側護梁上設置有容納架腳千斤頂和楔形架腳的凹槽，架腳千斤頂和楔形架腳設置在相應的凹槽內，防止楔形架腳與側護梁之間因夾碎煤而無法回縮；煤體軟硬適中時，靠自降式支護裝置整體設備重量及上方采空區碎石壓力，楔形架腳可自行擠壓未被沖擊的煤體，完成降架；煤體酥軟時，為防止楔形架腳自行下陷，將楔形架腳加厚即可；每相鄰的兩部弧頂鉸接液壓支架之間通過拉鉤連接，在每個側護梁的一側設置有拉鉤，另一側設置有鉤槽，鉤槽的高度大于拉鉤的高度，以實現分段自降；為防止碎煤進入鉤槽內，并將拉鉤限位在鉤槽內滑動，在鉤槽上設置有蓋板；沖擊式采煤機和刮板輸送機連接在自降式支護裝置的兩側側護梁上，供刮板輸送機的上輸送鏈導向滑行的上鏈槽和下輸送鏈導向滑行的下鏈槽均由多節組成，以實現分段自降，每節上鏈槽和下鏈槽的兩端與相鄰兩個側護梁鉸接，以適應分段自降時產生的錯位，在每節上鏈槽和下鏈槽的兩端均設置有外凸式半圓鉸接軸，對應的在每個側護梁的縱向中軸線兩側設置有軸槽，在軸槽上方設置有限位塊，半圓鉸接軸限位在軸槽與限位塊之間；刮板輸送機隨自降式支護裝置的自降而下降，自降式支護裝置自降時，設置在側護梁上的軸槽隨之下降，上鏈槽和下鏈槽也隨之下降，下輸送鏈上的刮板下降至破碎的浮煤中，將浮煤連續運走；每節上鏈槽和下鏈槽的長度與側護梁的寬度一致，每節鏈槽的兩端分別鉸接于相鄰的兩個側護梁上，自降式支護裝置分段下降時要求鏈槽的鉸接點在水平方向上有小范圍的移動距離，也就是說半圓鉸接軸與軸槽之間存在一定的徑向間隙，所以軸槽的長度大于半圓鉸接軸的直徑；下鏈槽對下輸送鏈和刮板起到約束和導向作用的同時，也是沖擊式采煤機運行的支撐點和齒合驅動的著力點，兩側側護梁上的下鏈槽中，在其中一側的下鏈槽上設置有銷軌，在其中另一側的下鏈槽上設置有滑軌，沖擊式采煤機的行走齒輪支撐于銷軌上，沖擊式采煤機的行走滑板支撐于滑軌上，實現沖擊式采煤機隨自降式支護裝置下降；為消除沖擊鏟和刮板的間隔式影響，沖擊式采煤機和刮板輸送機設置為自動聯動協調運行，沖擊式采煤機的沖擊鏟在下輸送鏈上兩個相鄰刮板之間動作破煤，沖擊鏟在沖擊破煤過程中不會與刮板發生沖突；寫入電控頻率協調程序避開沖擊鏟與刮板的局部沖突，當刮板在沖擊鏟位置經過時，沖擊鏟處于抬高待沖擊狀態，下落沖擊時刮板已通過；刮板輸送機采用前后雙電機驅動方式，雙電機驅動結構分別設置在自降式支護裝置的前后端頭上，使雙電機驅動結構隨自降式支護裝置下降，位于自降式支護裝置前后端頭的兩部弧頂鉸接液壓支架加寬至能容納電機驅動結構的寬度；為保證刮板輸送機正常運行，刮板不能觸及未被沖擊的下部煤壁，所以楔形架腳底部要低于刮板下沿，保證刮板運行不受障礙刮卡。本發明的有益效果為：本發明針對60°～90°的急傾斜煤層進行綜合機械化開采工藝及裝備研究，查閱相關資料與文獻，目前該領域尚無機械化工藝與技術；本發明以充分適應急傾斜地質條件開采為靶向，確立了一種急傾斜煤層綜合機械化采煤工藝及裝備，煤層傾角越大越適合，尤其適合于傾角為60°～90°的煤層。破煤、裝煤、運煤、支護、設備移設等主要采煤工藝環節針對急傾斜煤層開采而研發，各工藝環節配合緊密，設備結構合理，為系統化、有機化的完整工藝過程，工藝過程不受煤層傾角增大的影響，同時也避開了設備防滑、工作面行人和作業困難等問題，從本質上提高了開采效率、可靠性和安全性。附圖說明：圖1是在煤層內布置工作面的示意圖；圖2是一部弧頂鉸接液壓支架的立體結構示意圖；圖3是圖2的側視示意圖；圖4是一個側護梁的剖視示意圖；圖5是兩部弧頂鉸接液壓支架連接的結構示意圖；圖6是圖5中A處即拉鉤連接處的截面示意圖；圖7是圖5的側視示意圖；圖8是下鏈槽上設置銷軌的結構示意圖；圖9是下鏈槽上設置滑軌的結構示意圖；圖10是半圓鉸接軸設置在軸槽內的結構示意圖；圖11是采煤裝備整體運行狀態的側視示意圖；圖12是采煤裝備整體運行狀態的俯視示意圖。具體實施方式：參照圖1至圖12，一種薄及中厚急傾斜煤層綜合機械化采煤工藝，它包含在煤層1內沿煤層走向布置長壁式采煤工作面2，開采煤壁面垂直于煤層1傾斜方向，在采煤工作面2上設置自降式支護裝置3，自降式支護裝置3可以在自身重力作用下下降，在采煤工作面2中使用沖擊式采煤機4沿煤層走向往復行走破煤，被破碎的煤體兩側失去對自降式支護裝置3的支撐力，自降式支護裝置3隨破煤深度下降，使用刮板輸送機5下回鏈上的刮板5-1將沖擊式采煤機4沖落的浮煤運出，采煤工作面2沿煤層1的傾斜方向向下推進，沖擊破煤、降架、運煤工序循環配合，實現緊密協調的急傾斜煤層綜合機械化采煤。一種用于上述薄及中厚急傾斜煤層綜合機械化采煤工藝的裝備，它包含自降式支護裝置3、沖擊式采煤機4和刮板輸送機5；沖擊式采煤機4和刮板輸送機5均設置在自降式支護裝置3內并與自降式支護裝置3連接，沖擊式采煤機4和刮板輸送機5隨自降式支護裝置3下降；自降式支護裝置3由多部弧頂鉸接液壓支架3-1依次首尾連接構成，每部弧頂鉸接液壓支架3-1包含弧形頂梁3-1-1、側護梁3-1-2、平衡千斤頂3-1-3、楔形架腳3-1-4和架腳千斤頂3-1-5；弧形頂梁3-1-1的左右兩側由側護梁3-1-2支撐，兩個側護梁3-1-2均與弧形頂梁3-1-1鉸接，在每個側護梁3-1-2與弧形頂梁3-1-1之間還通過兩個斜拉的平衡千斤頂3-1-3連接，在每個側護梁3-1-2的下側均設置有楔形架腳3-1-4；煤體堅硬時，楔形架腳3-1-4下未被沖擊的煤體難以擠落，楔形架腳3-1-4與側護梁3-1-2通過架腳千斤頂3-1-5來連接，架腳千斤頂3-1-5伸張驅動楔形架腳3-1-4將其擠落，架腳千斤頂3-1-5回縮時，側護梁3-1-2等整體下降，完成一個降架過程；在側護梁3-1-2上設置有容納架腳千斤頂3-1-5和楔形架腳3-1-4的凹槽，架腳千斤頂3-1-5和楔形架腳3-1-4設置在相應的凹槽內，防止楔形架腳3-1-4與側護梁3-1-2之間因夾碎煤而無法回縮；煤體軟硬適中時，靠自降式支護裝置3整體設備重量及上方采空區碎石壓力，楔形架腳3-1-4可自行擠壓未被沖擊的煤體，完成降架；煤體酥軟時，為防止楔形架腳3-1-4自行下陷，將楔形架腳3-1-4加厚即可；每相鄰的兩部弧頂鉸接液壓支架3-1之間通過拉鉤3-1-6連接，在每個側護梁3-1-2的一側設置有拉鉤3-1-6，另一側設置有鉤槽3-1-7，鉤槽3-1-7的高度大于拉鉤3-1-6的高度，以實現分段自降；為防止碎煤進入鉤槽3-1-7內，并將拉鉤3-1-6限位在鉤槽3-1-7內滑動，在鉤槽3-1-7上設置有蓋板3-1-8；沖擊式采煤機4和刮板輸送機5連接在自降式支護裝置3的兩側側護梁3-1-2上，供刮板輸送機5的上輸送鏈導向滑行的上鏈槽和下輸送鏈導向滑行的下鏈槽5-2均由多節組成，以實現分段自降，每節上鏈槽和下鏈槽5-2的兩端與相鄰兩個側護梁3-1-2鉸接，以適應分段自降時產生的錯位，在每節上鏈槽和下鏈槽5-2的兩端均設置有外凸式半圓鉸接軸5-3，對應的在每個側護梁3-1-2的縱向中軸線兩側設置有軸槽5-4，在軸槽5-4上方設置有限位塊5-5，半圓鉸接軸5-3限位在軸槽5-4與限位塊5-5之間；刮板輸送機5隨自降式支護裝置3的自降而下降，自降式支護裝置3自降時，設置在側護梁3-1-2上的軸槽5-4隨之下降，上鏈槽和下鏈槽5-2也隨之下降，下輸送鏈上的刮板5-1下降至破碎的浮煤中，將浮煤連續運走；每節上鏈槽和下鏈槽5-2的長度與側護梁3-1-2的寬度一致，每節鏈槽的兩端分別鉸接于相鄰的兩個側護梁3-1-2上，自降式支護裝置3分段下降時要求鏈槽的鉸接點在水平方向上有小范圍的移動距離，也就是說半圓鉸接軸5-3與軸槽5-4之間存在一定的徑向間隙，所以軸槽5-4的長度大于半圓鉸接軸5-3的直徑；下鏈槽5-2對下輸送鏈和刮板5-1起到約束和導向作用的同時，也是沖擊式采煤機4運行的支撐點和齒合驅動的著力點，兩側側護梁3-1-2上的下鏈槽5-2中，在其中一側的下鏈槽5-2上設置有銷軌4-1，在其中另一側的下鏈槽5-2上設置有滑軌4-2，沖擊式采煤機4的行走齒輪4-3支撐于銷軌4-1上，沖擊式采煤機4的行走滑板4-4支撐于滑軌4-2上，實現沖擊式采煤機4隨自降式支護裝置3下降；為消除沖擊鏟和刮板5-1的間隔式影響，沖擊式采煤機4和刮板輸送機5設置為自動聯動協調運行，沖擊式采煤機4的沖擊鏟在下輸送鏈上兩個相鄰刮板5-1之間動作破煤，沖擊鏟在沖擊破煤過程中不會與刮板5-1發生沖突；寫入電控頻率協調程序避開沖擊鏟與刮板5-1的局部沖突，當刮板5-1在沖擊鏟位置經過時，沖擊鏟處于抬高待沖擊狀態，下落沖擊時刮板5-1已通過；刮板輸送機5采用前后雙電機驅動方式，雙電機驅動結構5-6分別設置在自降式支護裝置3的前后端頭上，使雙電機驅動結構5-6隨自降式支護裝置3下降，位于自降式支護裝置3前后端頭的兩部弧頂鉸接液壓支架3-1加寬至能容納電機驅動結構的寬度；為保證刮板輸送機5正常運行，刮板5-1不能觸及未被沖擊的下部煤壁，所以楔形架腳3-1-4底部要低于刮板5-1下沿，保證刮板5-1運行不受障礙刮卡。具體采煤工藝過程如下：沖擊式采煤機4雙向沖煤，往返一次進兩刀；沖擊式采煤機4自右向左運行時，右側沖擊鏟進行沖擊破煤，左側沖擊鏟處于收鏟無動作狀態，沖擊破煤后，沖擊式采煤機4后方自降式支護裝置3依次下降，降架行程與沖擊深度一致，降架后刮板輸送機5彎曲下沉，刮板5-1沉入浮煤中，自左向右將煤運至工作面右側溜煤口，進入進風溜煤巷下放外運；沖擊式采煤機4運行至距工作面左端頭一個機身長度時，左側沖擊鏟啟動，左右沖擊鏟同時沖煤，左側沖擊鏟完成端頭處沖擊式采煤機4機身下方范圍的破煤任務，由此完成工作面一整刀煤的沖擊任務；沖擊式采煤機4自右向左完成一整刀煤破煤任務后，此時沖擊式采煤機4處于工作面的左端頭處，左側沖擊鏟起動，右側沖擊鏟收鏟停止，左側沖擊鏟沖落的煤由刮板輸送機5運出；同樣行至距右端頭一個采煤長度位置時，右側沖擊鏟啟動，左右沖擊鏟同時沖煤，右側沖擊鏟完成端頭處機身下范圍的破煤任務；至此，沖擊式采煤機4完成了往返一次進兩刀煤的破煤任務，自降式支護裝置3完成一次降架支護任務，刮板輸送機5完成一次運煤任務；如此往復。