急倾斜走向长壁综合机械化采煤方法 技术领域 本发明涉及一种急倾斜走向长壁综合机械化采煤方法， 它通过应用一种刨运综采 机组来实现。
背景技术 目前， 我国急倾斜煤层开采已形成相当规模。开采急倾斜煤层的矿井占我国煤矿 总数的 20％左右， 急倾斜煤层回采工作面数占回采工作面总数的 8％左右， 产量约为全国 总产量的 4％左右。由于我国急倾斜煤层的开采条件比较复杂， 经过多年的发展， 虽已在工 艺技术上取得长足进步， 创造了多种适合我国国情和煤层赋存条件的开采方法。但就总体 看， 急倾斜煤层的开采存在着机械化程度不高， 有些方法的资源回收率较低， 安全生产状况 较差， 劳动效率低等问题。目前急倾斜薄及中厚煤层在国内尚无成功进行机械化开采的先 例。
但就煤矿生产而言， 实现煤矿综合机械化开采已成为一种趋势。 经过多年的实践， 综采放顶煤采煤法已经成为在厚及特厚煤层开采中最为成功的开采方法， 大采高综采在厚 煤层开采中也获得了成功应用。 但在煤层倾角大于 50°急倾斜薄及中厚煤层开采中一直无 法实现走向长壁综合机械化开采。 在倾角大于 50°的急倾斜煤层中滚筒采煤机下行运动难 于控制， 易于发生危险 ； 另外， 在急倾斜煤层中采煤司机行走困难， 使滚筒采煤机无法发挥 其效益。由此出现的刨运机将刨煤机和运输机合为一体， 不仅简化了结构， 节省了成本， 提 高了效率， 由于刨运机无需司机跟机作业， 使得生产更加安全。 虽然一些矿井已经在使用刨 运机沿煤层倾向开采急倾斜薄及中厚煤层， 但存在着工作面推进短， 一般小于 100m， 综采设 备难于发挥效率 ； 工作面两巷难以管理， 安全性差 ； 支架型式为前、 后柱的剁式支架， 稳定 差。
本发明提供了一种急倾斜薄及中厚煤层走向长壁综合机械化采煤方法。 本发明攻 克了在急倾斜薄及中厚煤层一直无法实现综合机械化生产的重大难题。
本发明所采用的技术方案就是采煤工作面沿煤层倾斜布置， 沿走向后退式开采， 采用综合机械采煤 ； 工作面的顺槽沿煤层走向布置。 本发明设计了一种专用刨运综采机组， 将刨运机与稳定性强的掩护式支架通过推移机构有机的结合为一个整体， 创造出一种新型 采煤设备， 从根本上解决了急倾斜薄及中厚煤层走向长壁工作面机械化开采问题。
在急倾斜走向长壁工作面中， 该刨运机梁上装配着刨头、 刨链、 驱动链轮、 变速箱 和电机， 合计重 58.5 吨。在刨运机落煤期间， 这根重 58.5 吨的梁， 将在几乎垂直的空间整 体往复摆动。 本发明采取了以下几种防滑措施 ： 第一是两架一组的斜拉千斤顶， 该机构的技 术关键是在千斤顶活塞杆伸出时， 仍保持对刨运机梁有向上拉力。斜拉千斤顶一端同液压 支架的底座连接， 另一端同刨运机梁连接。 而斜拉千斤顶活塞腔与回液管连接， 活塞杆腔与 进液管连接， 还并联一个管式溢流阀与回液管连接。 在静止时， 斜拉千斤顶活塞杆腔内的高 当推移机构带动刨运 压液趋势活塞保持一个回收状态， 对刨运机梁作用一个向上的拉力 ； 机梁向外运动时， 对活塞及活塞杆产生一个外拉的力， 使活塞杆腔内压增高， 当压力超过管
式溢流阀设定压力时， 溢流， 活塞杆伸出， 但活塞杆腔内仍有足够的压力， 对运动中的刨运 机梁保持一个向上的拉力。 其次， 推移千斤顶具有足够的抗弯曲能力， 使其不但能挑起本段 刨运机梁， 并具有 3 ～ 5 倍的安全系数。本发明中的推移千斤顶采用倒装结构， 在整根千斤 顶外加一个壁厚 15mm 的缸套， 千斤顶活塞杆抵在缸套底端， 在缸套中伸出， 避免活塞杆承 受径向力， 产生弯曲变形 ； 千斤顶缸从缸套中伸出， 在千斤顶缸与缸套之间一端装有一个宽 60mm 的钢套， 另一端， 装有宽 70mm 的铜套， 并且缸与缸套之间的重叠段长 400mm， 使其能够 承受挑起刨运机梁时产生的径向力。 再者， 两根摇摆千斤顶与推移千斤顶非平行连接， 而分 别以 5°～ 10°的锐角与推移千斤顶连接， 构成一个八字型， 以减小机梁的下滑。液压回路 增设双向锁结构， 无论是处于静态还是动态， 摇摆千斤顶始终对推移千斤顶保持夹持力， 控 制其方向， 阻止它向下偏移。
当急倾斜煤层采用走向长壁开采时， 由于重力的法向及切向分量随倾角增加而变 化， 使得切向分力增大而法向分力减小， 工作面支护系统所承受的顶、 底板载荷变小， 而引 起支护系统失稳的外载加大， 工作面液压支架滑、 倒及架间挤、 咬现象加剧。 所以， 在急倾斜 走向长壁工作面， 岩层控制的重点不仅仅是支护住顶、 底板， 更重要的是加强支护系统的稳 定性。在本发明的急倾斜走向长壁刨运综采机组工作面， 液压支架一架紧靠一架， 重叠布 置， 相邻液压支架的侧护板相互靠紧， 由此可以阻止液压支架倾倒、 歪斜， 保持液压支架的 稳定性， 以及调整液压支架相互间的位置及间隙。 另外， 本发明特别在液压支架底座上增加 了底调梁、 滑轨装置。底调梁位于底座的下侧中后部， 采用长方体结构， 由两根千斤顶与底 调梁铰接。千斤顶可以同时伸出平行移动， 也可以单独推移发挥调架作用。滑轨位于底座 的上侧。通常情况下， 底调梁蹬作在下一个液压支架的滑轨上， 阻止其下滑， 以保证液压支 架的稳定性。 移架时， 操作人员在上邻架控制支架前移， 前移支架的底调梁和侧护板分别在 下一个支架的滑轨和侧护板上滑动， 与推移千斤顶构成一个立体的防滑结构， 以阻止液压 支架在移动时发生倾倒、 下滑现象。移架后， 通过底调梁上千斤顶的伸缩， 与液压支架顶梁 和掩护梁的侧护板相配合， 使整个液压支架能够沿工作面倾向方向转动， 保证了液压支架 在垂直走向方向发挥支撑作用。
在急倾斜走向长壁工作面割煤期间， 下落的煤块时常威胁下部人员的安全。采用 挡矸机构， 虽然有较好的效果， 但如能实现落煤期间工作面内无操作人员， 将是最根本的方 案。为此， 将刨运综采机组的液控系统分为两部分， 刨运机落煤期间， 刨运机梁的运动采用 电液控制， 移架动作采用邻架人工操作。 其原因是， 刨运机落煤期间， 仅有三个主要动作， 两 个辅助动作， 易于实现程序化控制。而在急倾斜走向长壁工作面中， 移架过程， 不仅仅是降 架、 拉架、 升架等动作， 每次移架后， 还需视支架的状态， 调整支架， 使底座位于支护位的中 部， 并垂直顶、 底板支撑， 使上、 下支架的侧护板相互靠紧。 动作复杂， 而且无规律性， 在目前 技术条件下， 不宜采用程序控制。
为使刨运机机组达到较高的工作效率， 需要保证整个机梁协调一致， 为实现这一 目的， 本发明采用了电液控制技术。每个液压支架推移千斤顶中都装备了行程传感器和倾 角传感器， 达到实时控制每个液压支架推移机构的推进量和摆动量， 同时控制机梁的运动 状态。 刨运机司机根据开采煤层条件， 可以自行编程控制每一个支架推移机构的推进量、 推 进方式、 摆动幅度及起始时间。 在刨运机启动后， 全工作面的推移机构按照预定的程序统一 动作， 带动整根机梁完成抬起、 推进、 落下等各项动作。当本发明的急倾斜走向长壁刨运综采机组工作面割煤时， 首先是摇摆千斤顶伸 出， 其倾角同时发生变化， 附于其上的倾角传感器将角度变化的电信号通过支架的控制箱， 传递给位于上顺槽的主控制器。 当主控制器收到工作面最下端的摇摆千斤顶摆动到预定角 度的信号时， 立即按程序改变摇摆千斤顶电液控制阀的位置， 停止供液， 并将摇摆千斤顶锁 住。 在摇摆千斤顶动作的同时， 主控制器按程序， 使斜拉防滑千斤顶的电液控制阀换向到供 液位置， 使其随动伸出 ； 当摇摆千斤顶停止运动时， 它也随之停止运动。当摇摆千斤顶回收 时， 其过程与上述雷同。
当推移千斤顶伸出时， 其内的行程传感器将其推出量的转变为电信号传递给主控 制器。当主控制器收到工作面最下段的推移千斤顶推出到预定量的信号时， 立即按程序改 变推移千斤顶电液控制阀的位置， 停止供液， 使其停止推出。在推移千斤顶动作的同时， 主 控制器按程序， 使斜拉防滑千斤顶的电液控制阀换向到供液位置， 使其随动伸出 ； 当推移千 斤顶停止运动时， 它也随之停止运动。
在上顺槽的主控制器上可预先设定每根推移千斤顶的推出量， 以及启动时间。例 如： 用程序设定， 每个支架的推进千斤顶一次进刀量为 60mm， 并且从上端头开始， 每个支架 的推移千斤顶顺序延迟一秒钟启动。 按此， 第一个支架进刀 60mm， 停止推进时， 第 18.5 个支 架的推移千斤顶刚刚启动。这样， 将全工作面刨运机吃刀长度控制在 30m， 可以避免整个工 作面吃刀长度过长， 负荷过大， 电机停转， 设备受损。当主控制器收到最后一个支架推移千 斤顶推进 60mm 的信号时， 立即开始第二次定量割煤， 反复 5 次达到进刀 300mm 的预定量， 推 移千斤顶停止推进， 摇摆千斤顶回收， 下行割煤。
当主控制器收到工作面最下端支架推移千斤顶第一次推进 60mm 的信号时， 便会 发出指令给伸缩梁千斤顶的电液控制阀， 使全工作面的伸缩梁前伸 60mm， 并以此方式控制 伸缩梁的伸出动作。
本发明可以开采倾角达到 70°煤层， 使更大范围的煤层条件实现了综合机械化开 采。 本发明可以开采的最小高度为 0.8m， 使用本发明可以极大的增加了煤层开采范围， 在目 前资源日益稀缺的形势下， 较大程度的节约了资源。 附图说明 图 1 是本发明的俯视图 ；
图 2 是十字块的主视图 ；
图 3 是图 2A-A 向剖视图 ；
图 4 是十字块的俯视图。
图 5 是电液控制系统工作原理图。
其中， 1 刨运机， 2 推移机构， 3 调架千斤顶， 4 液压支架， 5 底调梁机构， 6 防滑千斤 顶， 7 十字块， 8 架尾防滑千斤顶， 9 伸缩梁电磁换向阀， 10 推移千斤顶电磁换向阀， 11 摇摆千 斤顶电磁换向阀， 12 双向锁， 13 斜拉千斤顶电磁换向阀， 14 减压阀， 15 溢流阀， 16 单向阀， 17 单向锁
具体实施方式 ：
刨运综采机组电液控制系统工作原理是 ： 电磁换向阀 9、 10、 11 分别控制支架伸缩梁千斤顶、 推移千斤顶和摇摆千斤顶的伸出和回收 ； 双向锁 12 实现摇摆千斤顶的闭锁， 防 止刨运机梁自行下落 ； 控制斜拉千斤顶的三位电磁换向阀 13 一直处于开启状态， 对刨运机 梁总有一个向上的拉力， 防止刨运机下滑 ； 减压阀 14 用于降低提供给斜拉千斤顶高压液 ； 溢流阀 15 使斜拉千斤顶回液油路总保持一个定压， 以维持对刨运机梁向上的拉力 ； 单向阀 16 控制刨运机梁下降过程中斜拉千斤顶环形腔中液体只能通过溢流阀回液。 具体实施本发 明时， 采取如下步骤 ：
(1) 将斜拉千斤顶电磁换向阀 13 打到左位， 斜拉千斤顶环形腔内压力还不足以顶 开溢流阀 15 回液， 斜拉千斤顶不动作。
(2) 设定摇摆千斤顶的伸出量， 司机发出指令后使全工作面每个液压支架上控制 摇摆千斤顶的电磁换向阀 11 全部处于左位， 摇摆千斤顶在高压液的作用下伸出， 达到设定 伸出量后， 电液控制系统根据倾角传感器的反馈， 将摇摆千斤顶电磁换向阀 11 打到中位。 如在摇摆千斤顶上升过程中， 千斤顶压力超过双向锁 12 设定的安全压力， 则千斤顶溢流， 停止运动。 在其它摇摆千斤顶继续运动过程， 自动调整相互之间的运动状态， 使停止运动的 摇摆千斤顶进液腔压力下降到正常值， 重新开始运动， 重复上述过程， 直到刨运机梁到达预 定位置。 (3) 在刨运机梁抬起过程中， 斜拉千斤顶环形腔内压力迅速增大， 超过溢流阀 15 设定的压力， 开始回液， 活塞杆带压伸出， 仍保持对刨运机梁有一个向上的拉力。
(4) 设定推移千斤顶的伸出量， 司机发出指令后使全工作面每个液压支架上控制 推移千斤顶的电磁换向阀 10 全部处于左位， 推移千斤顶在高压液的作用下依次伸出， 刨头 由上而下割煤， 并使全工作面割煤长度控制在 30m 以内。当推移千斤顶推出到预定量后， 便 停止推出。 当全工作面都割进到预定量后， 推移千斤顶由上而下再此向前推进， 重复上述割 煤程序。推挤千斤顶经过几次伸出， 达到 300mm 后， 电液控制系统根据位移传感器的反馈关 闭电磁换向阀 10， 推移千斤顶停止动作。 如在推移千斤顶推移过程中， 千斤顶压力超过单向 锁 17 设定安全压力， 则回路溢流， 从而保护推移千斤顶不受损。
(5) 电液控制系统控制伸缩梁电磁换向阀 9 处于左位， 支架伸缩梁千斤顶伸出及 时支护顶板。
(6) 将斜拉千斤顶电磁换向阀 13 打到右位， 因刨运机梁维持原位没动， 斜拉千斤 顶仅有回收趋势， 但不动作。
(7) 将摇摆千斤顶电磁换向阀 11 打到右位， 刨运机在摇摆千斤顶拉力和重力作用 下， 向下割煤， 直到底板。
(8) 在刨运机梁向下运动时， 斜拉千斤顶环形腔内的液体从溢流阀 15 处回流， 斜 拉千斤顶随着刨运机梁向下运动而回收， 并一直对此梁有一个向上拉力， 防止刨运机下滑。
(9) 重复上述动作过程， 刨运机割煤 600mm， 完成一个割煤循环， 支架工进入工作 面准备移架。
(10) 在急倾斜工作面支架基本采用以排头支架组为基础的由下而上的移架方式。 支架工在前移支架上邻架控制支架的移动， 前移支架以下邻架的滑轨和侧护板为依托前 移。在前移工作面下端头 5 架一组的排头支架组时， 应先移第二支架。
(11) 在前移第二个支架时， 略松开底调梁和侧护板的千斤顶， 然后降柱， 使推移千 斤顶回收， 移架。前移时， 以下边第一个支架底座上滑轨和顶梁侧护板为依托， 滑动前移到
位后， 利用底调梁和侧护板调整支架状态， 使其处于中间位置， 升立柱垂直顶底板支撑， 完 成一个支架移架工序。
(12) 按上述方式依次前移上边的第三、 四、 五个支架， 之后前移最下边的支架。
(13) 按前移第二个支架的方式依次由下而上的前移工作面内的各个支架， 工作面 上部的排尾支架以下边支架为依托， 移架工序与其它支架相同， 由下至上依次前移。