专利名称：一种急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置和采煤方法
技术领域：
本发明涉及采煤技术领域，特别是一种急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置和采煤方法。
背景技术：
急倾斜煤层是指一种倾角大于45°煤层，极薄煤层是指厚度在0. 8m以下的煤层， 它属于可采煤层的伴生煤层。急倾斜极薄煤层的开采对于提高资源利用率、缓解能源供应紧张度和减缓能源枯竭速度具有重大的社会意义。由于急倾斜极薄煤层具有开采空间狭小、作业空间斜度大、设备倒滑危险性大、工作面采空区上方矸石飞溅等潜在威胁大，人员操作困难大等原因，难以应用综采技术接及设备进行综合开采。因此，目前，对于急倾斜极薄煤层的开采方法大致有以下几种方法，一是炮采法，即采用放炮落煤、人工装煤、单体液压支架支护顶板的方式，此方法存在工效低、安全性差、劳动强度大的不足；二是倒台阶法， 即在工作面上布置数个倒台阶，每个台阶由一工人进行风镐落煤、支护并随采随支，该采煤方法和支护方式的工作面常发生局部冒顶、底板推移等事故，且由于顶底板移进量大，导致作业空间十分狭小，操作不方便，作业环境恶劣，影响了工作面正常循环作业和工作面的推进度，因此，其不仅存在安全性问题，而且还存在人均产量低的不足；三是人为地增大工作面的采高，以便于采用安全性和效率高的机械化开采设备和技术，但这种方法所采出的煤中混杂有大量的矸石，因此，其存在煤炭质量差的不足。四是利用滚筒采煤机或刨煤机进行开采，但其只能开采较厚的极薄煤层。对于厚度为0. 2 0.細煤层采煤作业，一种较为有效的方法是通过在巷道内设置手动葫芦，通过手动葫芦牵引风动采煤装置实现工作面无人的采煤作业，但其由于是通过手动葫芦牵引采煤，因此，其工效较低，同时，还在需再巷道内设置空气压缩机，增加了巷道内工作环境的噪音。
发明内容
本发明的第一目的就是针对现有技术的不足，提供一种适用于0. 2 0.細厚度的急倾斜极薄煤层开采的采煤装置，该装置结构简单、操作方便。为实现第一目的，本发明采用如下技术方案。一种急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置，包括分别设在上风巷和一下风巷的对应绞车硐室中的一上绞车和一下绞车，以及位于且可在工作面内往复移动的铁链式双向锯齿形截煤工具；所述双向锯齿形截煤工具的两端分别与上绞车和下绞车两钢绞绳的自由端形成可拆式固定连接。采用前述方案采煤时，收紧上绞车和下绞车的两钢绞绳，以使双向锯齿形截煤工具侧部紧压工作面的煤壁上，利用上绞车和下绞车的动力使双向锯齿形截煤工具往复移动形成锯式切煤以截下煤体，以此持续推进采煤工作面，工作面内的无人作业、安全性高。同时，采煤操作只需开动绞车即可，即使采用人工操作绞车也只需要两个绞车操作工，故其结构简单、采煤操作人员少、采煤成本低、生产效率高优选的技术方案，所述双向锯齿形截煤工具包括长度方向间隔设定距离的数个截煤齿，相邻截煤齿沿周向依次错位；一部分截煤齿的截煤工作面与另一部分截煤齿的截煤工作面反向。以提高截煤效率，进一步提高生产效率。进一步优选的技术方案，所述双向锯齿形截煤工具还包括铁链；所述截煤齿由截煤头和连接柄组成，截煤头通过连接柄焊接固定在铁链的相应链环上。以使双向锯齿形截煤工具与工作面煤壁形成理想的拟合状态，降低截煤阻力，进一步提高截煤效率。优选的技术方案，所述截煤头的展幅宽度为100 200mm。以适应煤层厚度在 0. 2 0. 4m范围内的不同厚度的急倾斜极薄煤层。优选的技术方案，所述上绞车和下绞车与工作面之间还分别设有用于钢绞绳导向的导向轮，导向轮可限制双向锯齿形截煤工具移动时的摆动量，以使其处于设定的采高范围；导向轮还使双向锯齿形截煤工具截煤时，上绞车侧的导向轮使双向锯齿形截煤工具在工作面上端的实际出绳位置与工作面的滞后凸出高点的距离大于lm，下绞车侧的导向轮使双向锯齿形截煤工具在工作面下端的实际出绳位置与工作面的倾斜面下端的距离大于an。 以使双向锯齿形截煤工具顺利进入或退出工作面，降低绞车的极限负荷，延长绞车使用寿命，降低生产成本。采煤时，两导向轮分别固定在上风巷和一下风巷在工作面两端的实际出绳位置与导向轮的位置相关。随着工作面的推进，双向锯齿形截煤工具的出绳位置逐渐靠近工作面斜面，当工作面推进到不能满足上下出绳位置要求时，需要变动导向轮的安装位置后，才能继续连续截煤。如此循环，直至将上绞车和下绞车重新安装在下一个相应的硐室内，然后继续截煤，直到整个煤层被全部采净。这样可实现三班采煤，边采边准的正规作业循环。优选的技术方案，所述相邻截煤齿周向错位一设定角度，长度方向间隔一设定距离，以形成玉米棒式螺旋截齿或多棱柱式截齿，以形成对煤体的均勻截取，降低绞车工作负荷，延长截煤工具和绞车的使用寿命，降低生产成本。其错位角度根据截煤齿及轴向间距的大小根据截煤齿的大小、绞车功率、煤层硬度性质等因素确定，通常选择周向错位角30° 120°，长度方向间隔100 200mm;
本发明的第二个目的是提供一种利用本发明第一发明目的所述采煤装置采煤的采煤方法，该采煤方法采煤效率高、作业环境噪音小，安全性高、劳动强度低。一种急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤方法，包括以下步骤
a、在急倾斜极薄煤层的高度上下端分别掘进一上风巷和一下风巷，并分别在上风巷和一下风巷中分段设置至少一个绞车硐室，上风巷和下风巷的一端与进风巷连通；在下风巷下方掘进一运煤巷，运煤巷内设有刮板运煤机，运煤巷一端与进风巷连通，运煤巷另一端与回风巷连通，运煤巷与下风巷之间位于工作面下方设有至少两个将二者连通的通道，通道用于下煤或者回风；
b、在上风巷和一下风巷之间人工风镐初采形成一滞后于绞车硐室的沿煤层走向的工作面，工作面上端滞后于工作面下端，工作面两端均应形成有过渡弧面，工作面上部圆弧端点构成上出绳点，工作面下部圆弧端点构成下出绳点；
C、在上风巷和一下风巷中临近工作面的两绞车硐室中分别设置一所述上绞车和所述下绞车；
d、在上绞车和下绞车的两钢绞绳自由端之间可拆式固定连接一穿过工作面的所述双向锯齿形截煤工具，收紧钢绞绳使双向锯齿形截煤工具侧部紧压在工作面煤壁上；
e、上绞车和下绞车协调收放钢绞绳，使双向锯齿形截煤工具持续紧压在煤体上并往复移动截下煤体，煤体自溜到运煤巷由刮板运煤机运出。采用前述方案后的本发明采煤方法，只需人工风镐初采形成一工作面，正常采煤时工作面内无采煤人员，工作人员只需控制两绞车实现其钢绞绳的协调收放即可，这种协调操作信号可以采用人工联络的传送方式实现，人工操作绞车实现钢绞绳的协调收放；也可以由控制系统通过行程控制或负载变化控制等方式自动实现信号传输，还进一步可以对绞车的操作系统改造实现钢绞绳协调收放的自动控制。这些都是本领域的技术人员利用现有技术可以很方便地实现。由于实现了工作面无人作业，因此，杜绝了工作面安全事故的发生，降低了工人职业病发病机率，为国家、企业及职工家庭带来了极大的安全边际效益。同时，可以根据煤层厚度选取不同尺寸规格的双向锯齿形截煤工具，限制开采工作面厚度，只开采煤层本层而不伤及煤层顶板和底板，实现无矸石化开采，且因工作面内无人。故工作面内不需支护，彻底杜绝了现有技术中因低水平的人工开采而大量使用木材支护造成的损毁林木，节省支护人员配置，提高了生产率，降低了生产成本。当开始实施工作面无人采煤时， 相对滞后的通道用于下煤，相对超前的通道用于回风；随着工作面的推进，当相对超前的通道下煤时，更超前的通道用于回风，相对滞后的通道或者还继续下煤，或者逐步形成回风通道，无煤下落时也可人工关闭或者是由矸石封堵。双向锯齿形截煤工具的出绳位置逐渐靠近工作面斜面，当工作面推进到不能满足上下出绳位置要求时，需要变动导向轮的安装位置后，才能继续连续截煤，如此循环，直至将上绞车和下绞车重新安装在下一个相应的绞车硐室内，然后继续截煤，直到整个煤层被全部采净。在工作面的推进过程中，可逐步增设通道及下一组绞车硐室。这样可实现三班采煤，边采边准的正规作业循环。所述上出绳点与工作面的滞后凸出高点的距离大于Im;下出绳点至工作面倾斜面下端距离大于an。所述采煤装置包括导向轮时，导向轮可限制双向锯齿形截煤工具移动时的摆动量，以使其处于设定的采高范围；上绞车侧的导向轮使双向锯齿形截煤工具在工作面上端的实际出绳位置与工作面的滞后凸出高点的距离大于lm，下绞车侧的导向轮使双向锯齿形截煤工具在工作面下端的实际出绳位置与工作面的倾斜面下端的距离大于2m。以使双向锯齿形截煤工具在采煤过程中顺利进入或退出工作面，降低绞车的极限负荷，延长绞车使用寿命，降低生产成本。所述运煤巷与下风巷之间具有5 7m的真倾斜高度间隔，根据岩层的松软度情况确定，以确保运煤巷道安全。所述通道呈漏斗形，利于下煤或回风。相邻下煤通道之间相距 5 7m，根据岩层的松软度情况确定，确保巷道之间形成的储煤台阶具有足够的强度，进一步确保运煤巷道安全。本发明与现有技术相比的有益效果是，采煤装置结构简单、操作方便、制造成本低；采煤方法采煤效率高、安全性高、作业环境噪音小、劳动强度低。
图1是本发明的采煤装置在用于采煤时的结构示意图，同时，本图也用于说明本发明的采煤方法。图2是本发明图1中双向锯齿形截煤工具的结构示意图。
图3是本发明图2中的A— A剖视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。实施例1参见图1，一种急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置，包括分别设在上风巷1和一下风巷2的对应绞车硐室3中的一上绞车5和一下绞车6，以及位于且可在工作面4内往复移动的铁链式双向锯齿形截煤工具7 ；所述双向锯齿形截煤工具7的两端分别与上绞车5和下绞车6两钢绞绳的自由端形成可拆式固定连接。参见图2，所述双向锯齿形截煤工具7包括长度方向间隔设定距离的数个截煤齿 71，相邻截煤齿71沿周向依次错位；一部分截煤齿71的截煤工作面与另一部分截煤齿71 的截煤工作面反向。参见图3，所述双向锯齿形截煤工具7还包括铁链72 ；所述截煤齿71由截煤头71a 和连接柄71b组成，截煤头71a通过连接柄71b焊接固定在铁链72的相应链环上。参见图2，所述截煤头71a的展幅宽度为150mm。所述上绞车5和下绞车6与工作面4之间还分别设有用于钢绞绳导向的导向轮 10。所述相邻截煤齿71周向错位120°。所述相邻截煤齿71沿长度方向间距100mm。本实施例中的截煤头71a的展幅宽度还可以是100 200mm范围内的其他宽度， 如100mm、120mm、125mm、175mm、200mm等，具体宽度根据煤层厚度和展幅宽度所能截下的实
际煤层厚度具体确定。本实施例中的相邻截煤齿71周向错位还可以是30° 120°范围内的其他角度， 如30°、45°、60°、90°等；所述相邻截煤齿71沿长度方向间距还可以是100 200mm范围内的其他距离，如120mm、150mm、180mm、200mm等；错位角度和间距配合选取，以煤层硬度性质、绞车功率并结合截煤头71a的展幅宽度尺寸确定。实施例2 参见图1，一种急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤方法，包括以下步骤
a、在急倾斜极薄煤层的高度上下端分别掘进一上风巷1和一下风巷2，并分别在上风巷1和一下风巷2中分段设置至少一个绞车硐室3，上风巷1和下风巷2的一端与进风巷连通；在下风巷2下方掘进一运煤巷8，运煤巷8内设有刮板运煤机，运煤巷8 一端与进风巷连通，运煤巷8另一端与回风巷连通，运煤巷8与下风巷2之间位于工作面4下方设有至少两个将二者连通的漏斗形通道9，通道9用于下煤或者回风；
b、在上风巷1和一下风巷2之间人工风镐初采形成一滞后于绞车硐室3沿煤层走向的工作面4，工作面4上端滞后于工作面4下端，工作面4两端均应形成有过渡弧面，以在工作面4上端形成上出绳点41，在工作面4下端形成下出绳点42 ；
c、在上风巷1和一下风巷2中临近工作面4的两绞车硐室3中分别设置一所述上绞车 5和所述下绞车6 ；
d、在上绞车5和下绞车6的两钢绞绳自由端之间可拆式固定连接一穿过工作面4的所述双向锯齿形截煤工具7，收紧钢绞绳使双向锯齿形截煤工具7侧部紧压在工作面4煤壁上；
e、上绞车5和下绞车6协调收放钢绞绳，使双向锯齿形截煤工具7持续紧压在煤体上并往复移动截下煤体，煤体自溜到运煤巷8由刮板运煤机运出。所述上出绳点41距工作面4的滞后凸出高点大于Im ；下出绳点42至工作面4倾斜面下端大于an。所述运煤巷8与下风巷2之间具有5 7m的真倾斜高度；所述相邻下煤通道9之间相距5 7m。所述采煤装置包括导向轮时，上绞车5侧的导向轮10使双向锯齿形截煤工具7在工作面4上端的实际出绳位置与工作面4的滞后凸出高点的距离大于lm，下绞车6侧的导向轮10使双向锯齿形截煤工具7在工作面4下端的实际出绳位置与工作面4的倾斜面下端距离大于an。利用本发明的采煤装置和采煤方法采煤时，还应当注意瓦斯治理和采取必要的防爆措施。本发明的采煤装置和采煤方法实际应用在某一急倾斜极薄煤层时，煤层平均倾角为67 °，平均厚度0. 46m,可采指数1，变异系数10. 5%，真倾斜长度37m，煤层普氏硬度(f) 0. 58。上绞车功率55KW，下绞车功率25KW，采用电铃和话机人工发送和接听控制信号，人工操作绞车协调收放钢绞绳，双向锯齿形截煤工具7相邻截煤齿71周向错位120°，轴向间距 100mm，双向锯齿形截煤工具7采煤工作行程51m;当截煤齿71的展幅宽度为IOOmm时，平均采高0. 22m，煤炭回收率61%，平均班产量约11. 7t ；当截煤齿71的展幅宽度为150mm时， 平均采高0. 35m，煤炭回收率84. 5%，平均班产量约36t ；用工量4人。与现有技术的到台阶法人工风镐落煤相比，解决了急倾斜极薄煤层劳动密集问题，年节约人力成本235万元、劳动用工减少到原来的六分之一，而工效可提高近3倍，实现了工作面无支护、无人开采，年节约坑木消耗84万元，同时，还解决了工作面安全威胁问题。以上虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，这些修改和变化应理解为是在本发明的范围和意图之内的。
权利要求
1.一种急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置，其特征在于包括分别设在上风巷 (1)和一下风巷(2)的对应绞车硐室(3)中的一上绞车(5)和一下绞车(6)，以及位于且可在工作面(4)内往复移动的铁链式双向锯齿形截煤工具(7)；所述双向锯齿形截煤工具(7) 的两端分别与上绞车(5)和下绞车(6)两钢绞绳的自由端形成可拆式固定连接。
2.根据权利要求1所述的急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置，其特征在于所述双向锯齿形截煤工具(7)包括长度方向间隔设定距离的数个截煤齿(71)，相邻截煤齿(71) 沿周向依次错位；一部分截煤齿(71)的截煤工作面与另一部分截煤齿(71)的截煤工作面反向。
3.根据权利要求2所述的急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置，其特征在于所述双向锯齿形截煤工具(7)还包括铁链(72);所述截煤齿(71)由截煤头(71a)和连接柄(71b) 组成，截煤头(71a)通过连接柄(71b)焊接固定在铁链(72)的相应链环上。
4.根据权利要求3所述的急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置，其特征在于所述截煤头(71a)的展幅宽度为100 200mm。
5.根据权利要求1所述的急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置，其特征在于所述上绞车(5)和下绞车(6)与工作面(4)之间还分别设有用于钢绞绳导向的导向轮(10)。
6.根据权利要求2 5中任意一项权利要求所述的急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置，其特征在于所述相邻截煤齿(71)周向错位30° 120°。
7.根据权利要求2 5中任意一项权利要求所述的急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置，其特征在于所述相邻截煤齿(71)沿长度方向间隔100 200mm。
8.一种利用权利要求1 7中任意一项权利要求所述的采煤装置的急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤方法，其特征在于包括以下步骤 a、在急倾斜极薄煤层的高度上下端分别掘进一上风巷(1)和一下风巷(2)，并分别在上风巷(1)和一下风巷(2 )中分段设置至少一个绞车硐室(3 )，上风巷(1)和下风巷(2 )的一端与进风巷连通；在下风巷(2 )下方掘进一运煤巷(8 )，运煤巷(8 )内设有刮板运煤机，运煤巷(8)—端与进风巷连通，运煤巷(8)另一端与回风巷连通，运煤巷(8)与下风巷(2)之间位于工作面(4)下方设有至少两个将二者连通的通道(9)，通道(9)用于下煤或者回风； b、在上风巷(1)和一下风巷(2)之间人工风镐初采形成一滞后于绞车硐室(3)的沿煤层走向的工作面(4)，工作面(4)上端滞后于工作面(4)下端，工作面(4)两端均应形成有过渡弧面，工作面(4)上部圆弧端点构成上出绳点(41)，工作面(4)下部圆弧端点构成下出绳点(42)； c、在上风巷(1)和一下风巷(2)中临近工作面(4)的两绞车硐室(3)中分别设置一所述上绞车(5)和所述下绞车(6)； d、在上绞车(5)和下绞车(6)的两钢绞绳自由端之间可拆式固定连接一穿过工作面 (4)的所述双向锯齿形截煤工具(7)，收紧钢绞绳使双向锯齿形截煤工具(7)侧部紧压在工作面(4)煤壁上；e、上绞车(5)和下绞车(6)协调收放钢绞绳，使双向锯齿形截煤工具(7)持续紧压在煤体上并往复移动截下煤体，煤体自溜到运煤巷(8)由刮板运煤机运出。
9.根据权利要求8所述的急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤方法，其特征在于所述上出绳点(41)与工作面(4)的滞后凸出高点的距离大于Im;下出绳点(42)至工作面(4)倾斜面下端距离大于an ；所述采煤装置包括导向轮时，上绞车(5)侧的导向轮(10)使双向锯齿形截煤工具(7)在工作面(4)上端的实际出绳位置与工作面(4)的滞后凸出高点的大于 lm，下绞车(6)侧的导向轮(10)使双向锯齿形截煤工具(7)在工作面(4)下端的实际出绳位置与工作面(4)的倾斜面下端的距离大于an。
10.根据权利要求8所述的急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤方法，其特征在于所述运煤巷(8)与下风巷(2)之间具有5 7m的真倾斜高度间隔；所述通道(9)呈漏斗形，相邻下煤通道(9)之间相距5 7m。
全文摘要
本发明公开了一种急倾斜极薄煤层无人工作面的采煤装置和采煤方法，该装置包括分别设在上风巷和一下风巷绞车硐室中的一上绞车和一下绞车，以及位于工作面内的铁链式双向锯齿形截煤工具；双向锯齿形截煤工具的两端分别与上绞车和下绞车两钢绞绳的自由端形成可拆式固定连接。该方法包括人工风镐初采形成一滞后于绞车硐室的沿煤层走向的工作面，工作面上端滞后于工作面下端，工作面两端均应形成有过渡弧面，工作面上部圆弧端点构成上岀绳点，工作面下部圆弧端点构成下岀绳点；通过绞车协调收放钢绞绳使双向锯齿形截煤工具持续紧压在煤体上并往复移动以截下煤体。本发明的有益效果是，采煤装置结构简单、操作方便、制造成本低；采煤方法采煤效率高、安全性高、作业环境噪音小、劳动强度低。
文档编号E21C35/18GK102434153SQ201110425778
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者何兴玲, 倪艳华, 卓泽强, 周业谦, 周声才, 张凤舞, 张正辉, 彭世刚, 李中明, 汪少波, 沈大富, 王文春, 郑玉宣, 郑祥春, 陈兴吉, 黄建华, 龙官波 申请人:重庆天府矿业有限责任公司, 重庆市能源投资集团科技有限责任公司