一种适用于急倾斜煤层的采煤装置及方法与流程

本发明涉及煤矿机械技术以及煤炭开采工艺领域，具体涉及一种适用于急倾斜煤层的采煤装置及其采煤方法。

背景技术：

煤炭作为我国最主要的一次能源，我国绝大多数的工业生产都离不开煤炭。我国的煤层按照走向倾角分为近水平煤层(<5°)，缓倾斜煤层(5°～10°)，倾斜煤层(10°～45°)，急倾斜煤层(>45°)，其中，急倾斜煤层占我国煤炭赋存量的4％，占我国南方矿区煤炭赋存量的80％以上，因此，对于急倾斜煤层的开采对于我国能源消费和经济发展具有重要意义。

现有的急倾斜煤层的开采工艺还是采用滚筒式采煤机进行破煤，机械化采煤过程中采用的传统滚筒式采煤机在倾角过大的煤层综采工作面上工作时，由于坡度较陡，采煤机采用骑跨刮板输送机，齿轮齿轨啮合的配合方式驱动，容易出现下滑、齿轨及行走轮磨损严重等问题，严重危害井下工人的生产安全以及影响煤矿的生产效率和效益。

综上所述，针对我国急倾斜煤层的开采现状，有必要设计出一种专门用于急倾斜煤层开采、同时又尽可能避免过度损坏设备的装置，进而达到兼顾工人生产安全，同时实现高效、低成本开采。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术，提出一种适用于急倾斜煤层的采煤装置及方法，解决现有的滚筒式采煤机在急倾斜煤层工况下普遍存在爬坡能力差、易下滑且设备磨损严重的问题。

技术方案：一种适用于急倾斜煤层的采煤装置，包括盾构式采煤机、刮板输送机、装载卷扬机、牵引卷扬机；

所述刮板输送机和装载卷扬机水平设置在煤巷底部，所述牵引卷扬机设置在所述煤巷顶端；所述装载卷扬机为双筒卷扬机，所述双筒卷扬机的装载绳索由上侧的主绳和下侧的副绳组成；所述盾构式采煤机位于煤巷内，盾构式采煤机的后挡板上设有导向轮，所述主绳穿过所述导向轮后与所述副绳连接，并在所述副绳上悬挂装载耙斗，所述装载绳索的总长度大于煤巷总长度的两倍；

所述牵引卷扬机的数量为两台，两根牵引绳索的一端固定在所述盾构式采煤机的前挡板上，所述两根牵引绳索的另一端分别穿过煤层后绕制在牵引卷扬机上。

进一步的，所述盾构式采煤机包括位于所述前挡板和后挡板之间的机箱，所述机箱周侧分布有若干行走轮；所述后挡板覆盖所述机箱后表面上部区域，所述前挡板上安装若干由电机驱动的刀盘，并设置有若干连通所述机箱内部并直达所述机箱后表面的过煤口；所述导向轮安装在所述后挡板中轴线上距机箱顶部1/3距离处。

进一步的，所述机箱的工作截面为正方形，所述刀盘包括分别安装在所述前挡板中心位置和四角的三角刀盘以及分别安装在正方形工作截面的每边中点处的方形刀盘，所述三角刀盘形成的截割平面位于所述方形刀盘形成的截割平面外侧，所述方形刀盘和三角刀盘形成的截割平面覆盖所述煤巷的截面。

进一步的，所述三角刀盘包括正三角形的三角刀盘架，所述三角刀盘架的中心向三个角分别设有连接筋，所述连接筋的表面沿连接筋走向左右对称设置若干组菱形刮刀，所述三角刀盘架的中心固定有三角铣刀；所述方形刀盘包括方形刀盘架，所述方形刀盘架的中心向四个角分别设有连接筋，所述连接筋的表面沿连接筋走向左右对称设置若干组菱形刮刀，所述方形刀盘架的中心固定有四角铣刀；所述三角刀盘架和方形刀盘架的中心分别与电机的驱动轴连接；其中，菱形刮刀的刀面与刀架平面形成115°到135°夹角。

进一步的，所述机箱前端外圆周布设有一圈刮刀，所述刮刀呈三棱柱结构，锥边朝向工作面方向。

进一步的，还包括设置在所述前挡板上的若干个喷嘴。

一种适用于急倾斜煤层的采煤方法，采用所述采煤装置，所述采煤方法包括以下步骤：

步骤1：由牵引钻头分别连接牵引绳索在煤巷中钻进，到达煤巷顶部完成钻孔，然后将牵引绳索与所述牵引钻头连接的一端缠绕到牵引卷扬机上；

步骤2：启动牵引卷扬机进行绕绳，牵引绳索带动盾构式采煤机向煤巷顶部移动，三角刀盘和方形刀盘进行旋转破煤；

步骤3：启动装载卷扬机对装载绳索进行绕绳，收主绳，放副绳，放副绳速度应大于收主绳速度，盾构式采煤机通过导向轮牵引着装载绳索将装载耙斗拉至后挡板处；

步骤4：装载耙斗被拉至后挡板处时，装载卷扬机反向转动，收副绳，放主绳，收副绳速度应小于放主绳速度，装载耙斗在副绳的牵引下向煤巷底部运动，同时将散落在煤巷坡道上的落煤装载到刮板输送机中；

步骤5：重复步骤3至步骤4完成落煤的装载。

进一步的，所述牵引钻头的前端筋板轴向截面为锥形结构，前端筋板上装有截齿，前端筋板后端设置有螺旋输送结构，钻杆为中空结构；牵引绳索的一端预先连接牵引钻头，牵引绳索的另一端连接盾构式采煤机的前挡板，牵引绳索的主体预先置入钻杆内。

有益效果：1.本发明的一种适用于急倾斜煤层的采煤装置及其采煤方法，在急倾斜煤层中采用先钻孔，安放牵引绳索，通过牵引绳索为采煤机提供牵引动力的方法，使采煤机自身不需具备动力系统，降低了采煤机机身质量，同时具有较好的爬坡能力，能够在较大倾角煤层中进行开采工作。

2.本发明的一种适用于急倾斜煤层的采煤装置，采用一次性开采全断面的方法，能够提高开采效率。

附图说明

图1是本发明装置用于实施的示意图；

图2是盾构式采煤机剖面结构示意图；

图3是盾构式采煤机前视图；

图4是三角刀盘轴向剖面结构示意图；

图5是三角刀盘结构示意图；

图6是方形刀盘轴向剖面结构示意图；

图7是方形刀盘结构示意图；

其中：1牵引钻头，2盾构式采煤机，2-1机箱，2-2三角刀盘，2-2-1三角铣刀，2-2-2菱形刮刀，2-2-3三角刀盘架，2-2-4三角刀盘电机轴，2-3方形刀盘，2-3-1四角铣刀，2-3-2菱形刮刀，2-3-3方形刀盘架，2-3-4方形刀盘电机轴，2-4盖板，2-5行走轮，2-6刮刀，2-7导向轮，2-8喷头，2-9前挡板，2-10过煤口，2-11后挡板，3装载耙斗，4刮板输送机，5装载卷扬机，6装载绳索，6-1主绳，6-2副绳，7牵引绳索，8牵引卷扬机，9煤层，10矸石层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种适用于急倾斜煤层的采煤装置，包括盾构式采煤机2、刮板输送机4、装载卷扬机5、牵引卷扬机8。刮板输送机4和装载卷扬机5水平设置在煤巷底部，刮板输送机4的输送方向与煤巷轴线垂直，装载卷扬机5设置在刮板输送机4的后方，牵引卷扬机8设置在煤巷顶端。

其中，装载卷扬机5为双筒卷扬机，双筒卷扬机的装载绳索6由上侧的主绳6-1和下侧的副绳6-2组成。盾构式采煤机2位于煤巷内，盾构式采煤机2的后挡板2-11上设有导向轮2-7，装载绳索6的主绳6-1绕过导向轮2-7后与副绳6-2连接，即形成环形回路，并在副绳6-2上悬挂装载耙斗3。装载绳索6的总长度大于煤巷总长度的两倍。牵引卷扬机8的数量为两台，两根牵引绳索7的一端固定在盾构式采煤机2的前挡板2-9上，两根牵引绳索7的另一端分别穿过煤层9后分别绕制在一台牵引卷扬机8上。

如图2所示，盾构式采煤机2包括位于前挡板2-9和后挡板2-11之间的机箱2-1，机箱2-1周侧分布有若干行走轮2-5，行走轮4个为一组平均分布在机箱2-1的周侧四个面上，每一个面上对称分布两组行走轮2-5，机箱2-1上布置的行走轮2-5个数共为32个。行走轮能够明显地降低盾构式采煤机在煤巷中移动时与煤巷壁面的摩擦。

如图3所示，盾构式采煤机2的机箱2-1工作截面为正方形，盾构式采煤机2的前挡板上安装若干由电机驱动的刀盘，刀盘包括分别安装在前挡板2-9中心位置和四角的三角刀盘2-2以及分别安装在正方形工作截面的每边中点处的方形刀盘2-3。三角刀盘2-2形成的截割平面位于方形刀盘2-3形成的截割平面外侧，即4个方形刀盘2-3形成的截割平面低于三角刀盘2-2形成的截割平面，方形刀盘2-3和三角刀盘2-2形成的截割平面覆盖煤巷的截面。采用此种布置方式，在盾构式采煤机向煤巷顶部推进时能够有效地开采刀盘未截割到的边角煤，既能增大有效截割面积，又能提高截割效率。

机箱2-1前端外圆周布设有一圈刮刀2-6，刮刀2-6呈三棱柱结构，锥边朝向工作面方向，通过焊接的方式将其固定在机箱2-1上。在前挡板上还设有若干个喷嘴2-8，喷头2-8具有万向节结构。后挡板覆盖机箱2-1后表面上部区域，并在前挡板2-9上设置有若干连通机箱2-1内部并直达机箱2-1后表面的过煤口2-10。导向轮2-7安装在后挡板中轴线上距机箱2-1顶部1/3距离处。

如图4、图5所示，三角刀盘2-2包括正三角形的三角刀盘架2-2-3，三角刀盘架2-2-3的中心向三个角分别设有连接筋，连接筋的表面沿连接筋走向左右对称设置3组菱形刮刀2-2-2，三角刀盘架2-2-3的中心固定有三角铣刀2-2-1。三角刀盘架2-2-3中心与三角刀盘电机轴2-2-4连接，驱动电机固定在机箱2-1内部。

如图6、图7所示，方形刀盘2-3包括方形刀盘架2-3-3，方形刀盘架2-3-3的中心向四个角分别设有连接筋，连接筋的表面沿连接筋走向左右对称设置3组菱形刮刀2-3-2，方形刀盘架2-3-3的中心固定有四角铣刀2-3-1。方形刀盘架2-3-3的中心与方形刀盘电机轴2-3-4连接，驱动电机固定在机箱2-1内部。

其中，菱形刮刀2-2-2，2-3-2的材质为碳化钨类硬质合金材料，菱形刮刀表面上设置有螺栓孔，通过螺栓连接固定在刀盘架的连接筋上，且菱形刮刀2-2-2，2-3-2的刀面与刀架平面形成115°到135°夹角。盖板2-4通过螺栓连接固定在机箱2-1的前挡板上，盖板2-4开有直径大于电机轴直径的通孔，电机轴通过盖板2-4的通孔中伸出。

一种适用于急倾斜煤层的采煤方法，采用上述采煤装置，包括以下步骤：

步骤1：牵引钻头1共2个对称布置在煤巷中，进行采煤操作之前，由电机驱动的牵引钻头1分别连接牵引绳索7在煤巷中钻进，到达煤巷顶部完成钻孔，然后将牵引绳索7与牵引钻头1连接的一端拆下后分别缠绕到一台牵引卷扬机8上。其中，牵引钻头1的前端筋板轴向截面为锥形结构，前端筋板上装有截齿，前端筋板后端设置有螺旋输送结构，钻杆为中空结构。采用此种设计能够将钻落的煤排出，防止堵转，提高钻头的钻进效率。牵引绳索7的一端预先连接牵引钻头1，牵引绳索7的另一端连接盾构式采煤机2前挡板上的连接环，并将牵引绳索7的主体预先置入钻杆内。

步骤2：启动牵引卷扬机8进行绕绳，牵引绳索7带动盾构式采煤机2向煤巷顶部移动，盾构式采煤机2沿煤层走向从底端向上端移动，三角刀盘2-2和方形刀盘2-3进行旋转截割破煤，盾构式采煤机2的工作截面与煤巷断面尺寸相同，喷嘴2-8进行喷雾除尘降尘。喷头安装在截割刀盘周围，采用此种布置方式，能够有效地降低在截割过程中产生的煤尘。

步骤3：在盾构式采煤机2行进采煤过程中，截割下来的落煤在煤巷倾斜面上向煤巷底部的刮板输送机4滑动。装载耙斗3位于盾构式采煤机2的后侧，启动装载卷扬机5对装载绳索6进行绕绳，收主绳6-1，放副绳6-2，放副绳6-2速度应大于收主绳6-1速度，盾构式采煤机2通过导向轮2-7牵引着装载绳索6将装载耙斗3拉至后挡板处。

步骤4：装载耙斗3被拉至后挡板处时，装载卷扬机5反向转动，收副绳6-2，放主绳6-1，收副绳6-2速度应小于放主绳6-1速度，装载耙斗3在副绳6-2的牵引下向煤巷底部运动，同时将散落在煤巷坡道上的落煤装载到刮板输送机4中。

步骤5：重复步骤3至步骤4完成落煤的装载。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。