一种综采工作面回收煤柱的方法与流程

本发明涉及煤矿工业技术领域，尤其涉及煤柱回收技术领域，具体为一种综采工作面回收煤柱的方法。

背景技术：

现阶段，我国矿井采用壁式体系采煤法开采过程中出于安全角度考虑留设安全煤柱，起到类似于隔离带和承重墙的作用。很多煤炭企业对留设的煤柱不进行回收，造成了煤炭资源巨大的浪费，煤柱损失已是矿井生产中丢煤的主要部分。除此之外，丢弃的煤柱还容易引起自然发火。目前，尚无计算合理煤柱尺寸的可靠方法，主要依靠现场实际经验确定。随着科技进步、各种采矿仪器发展及回采经验的丰富，发现矿井及采区规划中，出于安全角度考虑留设的煤柱尺寸往往较大，造成煤炭资源的大量浪费，因此回收部分煤柱不仅可以提高回采率，延长矿井服务年限及企业寿命，而且可以为职工创造就业机会。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种应用于煤矿煤柱回收的方法，通过螺旋钻机施工大孔径钻孔钻采回收综采工作面主辅运两巷煤柱与工作面正常回采平行作业，一方面有利于顶板及时垮落、有效降低机头机尾架后出现悬顶的现象；二是回收部分煤柱，增加工作面煤炭产量。同时螺旋钻机回收煤柱要不破坏煤柱稳定性和不减弱顶板的支护强度。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种综采工作面回收煤柱的方法，其特征在于：采用螺旋钻机对主、辅运两巷煤柱进行回收，煤柱的回收在工作面正常煤炭回采工作间歇时进行；综采工作面的运输机机头与机尾各设置一台螺旋钻机，运输机两侧的硬化路面上分别设置有液压站，液压站与各自靠近的螺旋钻机连接，且为螺旋钻机提供动力，另外设置有电控系统控制液压站电机的启停，螺旋钻机下方设置有与运输机连接的溜煤系统，煤柱回收的工作步骤为：

1）布置好螺旋钻机，调节运输机机头和机尾的螺旋钻机钻头分别对准主运顺槽和辅运顺槽两侧的煤柱；采煤机在工作面正常回采，在回采过程中存在因改变割煤方向而形成的工作间歇，采煤机由运输机机头转向运输机机尾方向割煤或由运输机机尾转向运输机机头方向割煤的工作间隙为1小时以上；

2）在采煤机远离运输机机尾转向机头方向割煤的间歇，岗位工施工运输机机尾的螺旋钻机对煤柱旋转钻眼，垂直于煤层方向打钻，施工时间20~30分钟；

3）在采煤机远离运输机机头转向机尾方向割煤的间歇，岗位工施工运输机机头的螺旋钻机对煤柱旋转钻眼，垂直于煤层方向打钻，施工时间20~30分钟；

4）螺旋钻机掏出的煤通过溜煤系统转载至运输机上运出。

煤柱上钻眼的布置方式为：

自距巷道硬化路面高度2m处开始在钻眼，所有钻眼直径相同，且钻眼排列对齐，同一排的钻眼处于相同的水平位置，列与排垂直，排与排之间距离相同，列与列之间距离相同；钻眼直径为0.4~0.6m，同一排相邻钻眼中心之间的距离为1.0~1.2m，同一列相邻钻眼中心之间的距离为0.8~1.0m，钻眼深度为6~8m。

进一步的，钻眼直径0.6m，同一排相邻钻眼中心之间的距离为1.0m，同一列相邻钻眼中心之间的距离为0.8m，钻眼深度为6m。

对螺旋钻机的改进，所述螺旋钻机包括：

底部支撑架、机架、前支撑架、钻具、链条传动组件、横向推移油缸、纵向推移油缸、推进马达和旋挖马达；

所述底部支撑架包括下部的支腿和支腿上方连接的两个平行的横梁，两个横梁上均设置有滑轨，两个横梁外部均设置有一个可以沿滑轨滑动的滑套，两个横梁之间设置有连接杆，两个滑套之间也设置有连接杆，横梁的连接杆和滑套的连接杆分别与横向推移油缸的两端固定连接，横向推移油缸伸缩推动两个滑套同步横移；滑套上设置有由两块卡板形成的机架卡槽，机架卡槽的延伸方向与横向推移油缸方向垂直，所述机架位于滑套上并被机架卡槽限位不能相对于滑套横向移动而可以沿机架卡槽延伸方向纵向移动；滑套横向移动带动机架横向移动；

所述机架的下方设置有耳板，一个滑套的下方也设置有耳板，机架下方的耳板和滑套下方的耳板分别与纵向推移油缸的两端固定连接；纵向推移油缸的伸缩带动机架纵向移动；

机架的前端安装有所述支撑前架，所述支撑前架包括一个前托架和连接在前托架上方的定向套筒；所述链条传动组件包括前链轴、后链轴、两个链条、两套轴承及轴承座；所述前托架固定连接轴承座，轴承座内设置有轴承及穿过轴承的前链轴，前链轴的两侧分别连接两个链条的前端，前链轴的一端连接有所述推进马达；后链轴通过轴承和轴承座连接在机架的后方，两个链条的后端分别连接在后链轴的两侧；推进马达通过驱动前链轴的转动带动链条的传动及后链轴的转动；

钻具设置在机架的上方，钻具包括前端的钻头、中部的带有螺旋叶片的钻杆和钻杆尾部的主轴箱，钻头穿过所述定向套筒，主轴箱通过连接件与两侧的链条固定连接，钻具可随链条的传动沿机架滑动；主轴箱内设置有轴承，钻杆的主轴穿过主轴箱与旋挖马达连接；推进马达带动链条进而带动整个钻具相对于机架前后移动；旋挖马达带动钻杆旋转挖进。

进一步的，主轴箱通过螺栓与两侧的链条固定连接。

进一步的，机架的侧面设置有挡煤板。

进一步的，所述前托架由一个轴承座安装板、一个马达安装板和一个隔板相互垂直连接组成；所述轴承安装板的上端为弧形边缘，弧形边缘与定向套筒外表面固定连接；所述轴承座安装板的前端安装轴承座，轴承座的上方设置隔板；马达安装板设置在轴承座安装板和隔板的一侧；前链轴穿过马达安装板与外侧的推进马达连接。

进一步的，所述主轴箱两侧边缘的下方设置有上滑板和下滑板分别卡在机架边缘的上下两侧，使主轴箱可沿机架滑动；主轴箱下端两侧中部均设置有向下突出的牵引座，牵引座通过螺栓与两侧的链条固定连接。

进一步的，溜煤系统包括一个接煤斗和一个溜煤板，螺旋钻机的具体工作流程为：

a.启动液压站电动机，液压油经过过滤器后通过变量泵增压至所需压强，由供液管分配至各阀组，通过阀组手柄不同位置的控制，驱动机组各马达不同方向的旋转及各油缸的伸缩：利用横向推移油缸将钻头对准两排锚杆的中间位置；操作纵向推移油缸及推进马达将钻头推至接触煤壁；操作旋挖动马达使钻头割煤，钻杆旋转将煤掏出；

b.掏出的煤直接落在接煤斗上，利用钻杆自身的螺旋叶片，沿溜煤板转载至运输机上运出；

c.当达到设计钻深时，退出其钻孔内的钻杆，螺旋钻机整体随运输机移动，并利用自身推移装置进行调整定位，开始下一循环的钻采工作。

进一步的，接煤斗连接有液压油缸，并通过油缸伸缩以适应煤壁的凸起不平。

本发明的有益效果：

本发明利用液压站电机提供动力，动力输出到螺旋钻杆及钻头。利用液压推进装置带动旋转的钻具向侧帮煤层钻孔利用钻杆上的螺旋式叶片，煤柱被钻头破碎后随钻杆旋转采出。采出的煤与工作面煤流系统搭接，直接将煤运出。该方法仅在巷道中用螺旋钻机即可将巷道两侧煤壁的煤采出，工艺简单，设备投入少，安全性高。

本发明螺旋钻机钻采工艺与综采工艺配合形成双采工艺充分利用现有生产系统解决工作面上下端头架后顶板悬顶的安全问题，还回收了原本计划丢弃的煤柱资源，提高了煤炭回收率，有利于提高回采率，实现了矿井的合理开采，给社会创造更大的经济效益。

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明主、辅运顺槽螺旋钻布置图；

图2为钻眼布置图；

图3为螺旋钻机主视图；

图4为螺旋钻机俯视图；

图5为螺旋钻机侧视图；

图6为螺旋钻液压管路安装图；

图7为机架主视图；

图8为机架俯视图；

图9为滑套主视图；

图10为滑套俯视图；

图11为滑套侧视图；

图12为前支撑架与前链轴组装结构主视图；

图13为前支撑架与前链轴组装结构俯视图；

图14为前支撑架与前链轴组装结构侧视图；

图15为后链轴与机架组装结构主视图；

图16为后链轴与机架组装结构俯视图；

图17为前托架主视图；

图18为前托架俯视图；

图19为前托架侧视图；

图20为齿轮箱主视图；

图21为齿轮箱侧视图。

附图说明：

1.钻头；2.定向套筒；3.前托板；3-1.轴承座安装板；3-2.马达安装板；3-3.隔板；4.卡板；5.滑套；5-1.滑套下方的耳板；6.纵向推移油缸；7.钻杆；7-1.钻杆的主轴；8.机架；8-1.机架下方的耳板；9.主轴箱；9-1.上滑板；9-2.下滑板；9-3.牵引座；10.链条；11.底部支撑架；11-1.支腿；11-2.横梁；11-3.滑轨；12.横向推移油缸；13.挡煤板；14.推进马达；15.旋挖马达；16.前链轴；17.后链轴。

具体实施方式

实施例1

一种综采工作面回收煤柱的方法，如图1所示，采用螺旋钻机对主、辅运两巷煤柱进行回收，煤柱的回收在工作面正常煤炭回采工作间歇时进行；综采工作面的运输机机头与机尾各设置一台螺旋钻机，运输机两侧的硬化路面上分别设置有液压站，液压站与各自靠近的螺旋钻机连接，且为螺旋钻机提供动力，另外设置有电控系统控制液压站电机的启停，螺旋钻机下方设置有与运输机连接的溜煤系统，煤柱回收的工作步骤为：

1）布置好螺旋钻机，调节运输机机头和机尾的螺旋钻机钻头分别对准主运顺槽和辅运顺槽两侧的煤柱；采煤机在工作面正常回采，在回采过程中存在因改变割煤方向而形成的工作间歇，采煤机由运输机机头转向运输机机尾方向割煤或由运输机机尾转向运输机机头方向割煤的工作间隙为1小时以上；

2）在采煤机远离运输机机尾转向机头方向割煤的间歇，岗位工施工运输机机尾的螺旋钻机对煤柱旋转钻眼，垂直于煤层方向打钻，施工时间20~30分钟；

3）在采煤机远离运输机机头转向机尾方向割煤的间歇，岗位工施工运输机机头的螺旋钻机对煤柱旋转钻眼，垂直于煤层方向打钻，施工时间20~30分钟；

4）螺旋钻机掏出的煤通过溜煤系统转载至运输机上运出。

如图2所示，煤柱上钻眼的布置方式为：

自距巷道硬化路面高度2m处开始在钻眼，所有钻眼直径相同，且钻眼排列对齐，同一排的钻眼处于相同的水平位置，列与排垂直，排与排之间距离相同，列与列之间距离相同；钻眼直径为0.4~0.6m，同一排相邻钻眼中心之间的距离为1.0~1.2m，同一列相邻钻眼中心之间的距离为0.8~1.0m，钻眼深度为6~8m。

如图3-21所述螺旋钻机包括：

底部支撑架11、机架8、前支撑架、钻具、链条传动组件、横向推移油缸12、纵向推移油缸6、推进马达14和旋挖马达15；

所述底部支撑架11包括下部的支腿11-1和支腿上方连接的两个平行的横梁11-2，两个横梁上均设置有滑轨11-3，两个横梁外部均设置有一个可以沿滑轨滑动的滑套5，两个横梁之间设置有连接杆，两个滑套5之间也设置有连接杆，横梁的连接杆和滑套的连接杆分别与横向推移油缸12的两端固定连接，横向推移油缸12伸缩推动两个滑套5同步横移；滑套5上设置有由两个卡板4形成的机架卡槽，机架卡槽的延伸方向与横向推移油缸12方向垂直，所述机架8位于滑套5上并被机架卡槽限位不能相对于滑套5横向移动而可以沿机架卡槽延伸方向纵向移动；滑套5横向移动带动机架8横向移动；

所述机架8的下方设置有耳板，一个滑套5的下方也设置有耳板，机架下方的耳板9-1和滑套下方的耳板5-1分别与纵向推移油缸6的两端固定连接；纵向推移油缸6的伸缩带动机架8纵向移动；

机架8的前端安装有所述支撑前架，所述支撑前架包括一个前托架3和连接在前托架上方的定向套筒2；所述链条传动组件包括前链轴16、后链轴17、两个链条10、轴承及轴承座；所述前托架3固定连接轴承座，轴承座内设置有两个轴承及穿过轴承的前链轴16，前链轴16的两侧分别连接两个链条10的前端，前链轴16的一端连接有所述推进马达14；后链轴17通过轴承和轴承座连接在机架8的后方，两个链条10的后端分别连接在后链轴17的两侧；推进马达14通过驱动前链轴16的转动带动链条10的传动及后链轴17的转动；

钻具设置在机架8的上方，钻具包括前端的钻头1、中部的带有螺旋叶片的钻杆7和钻杆尾部的主轴箱9，钻头1穿过所述定向套筒2，主轴箱9通过连接件与两侧的链条10固定连接，钻具可随链条10的传动沿机架8滑动；主轴箱9内设置有轴承，钻杆7的主轴7-1穿过主轴箱9与旋挖马达15连接；推进马达14带动链条10进而带动整个钻具相对于机架8前后移动；旋挖马达15带动钻杆7旋转挖进。

主轴箱9通过螺栓与两侧的链条10固定连接。

机架8的侧面设置有挡煤板13。

所述前托架3由一个轴承座安装板3-1、一个马达安装板3-2和一个隔板3-3相互垂直连接组成；所述轴承安装板3-1的上端为弧形边缘，弧形边缘与定向套筒2外表面固定连接；所述轴承座安装板3-1的前端安装轴承座，轴承座的上方设置隔板3-3；马达安装板3-2设置在轴承座安装板3-1和隔板3-3的一侧；前链轴16穿过马达安装板3-2与外侧的推进马达14连接。

所述主轴箱9两侧边缘的下方设置有上滑板9-1和下滑板9-2分别卡在机架8边缘的上下两侧，使主轴箱9可沿机架8滑动；主轴箱9下端两侧中部均设置有向下突出的牵引座9-3，牵引座9-3通过螺栓与两侧的链条10固定连接。

溜煤系统包括一个接煤斗和一个溜煤板，螺旋钻机的具体工作流程为：

a.启动液压站电动机，液压油经过过滤器后通过变量泵增压至所需压强25mpa，由供液管分配至各阀组，通过阀组手柄不同位置的控制，驱动机组各马达不同方向的旋转及各油缸的伸缩：利用横向推移油缸12将钻头1对准两排锚杆的中间位置；操作纵向推移油缸6及推进马达14将钻头1推至接触煤壁；操作旋挖动马达15使钻头割煤，钻杆旋转将煤掏出；

b.掏出的煤直接落在接煤斗上，利用钻杆7自身的螺旋叶片，沿溜煤板转载至运输机上运出；

c.当达到设计钻深时，退出其钻孔内的钻杆7，螺旋钻机整体随运输机移动，并利用自身推移装置进行调整定位，开始下一循环的钻采工作。接煤斗连接有液压油缸，并通过油缸伸缩以适应煤壁的凸起不平。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上进行的改进，本实施例中与实施例1相同的部分，请参照实施例1中公开的内容进行理解，实施例1公开的内容也应当作为本实施例的内容，此处不作重复描述。

如图2所示，钻眼直径0.6m，同一排相邻钻眼中心之间的距离为1.0m，同一列相邻钻眼中心之间的距离为0.8m，钻眼深度为6m。钻机每次施工时间为25min。

上述的实施例仅是本发明的部分体现，并不能涵盖本发明的全部，在上述实施例以及附图的基础上，本领域技术人员在不付出创造性劳动的前提下可获得更多的实施方式，因此这些不付出创造性劳动的前提下获得的实施方式均应包含在本发明的保护范围内。