大倾角厚煤层综放工作面布置配套方法与流程

1.本发明涉及一种大倾角厚煤层综放工作面布置配套方法。


背景技术：

2.我国煤炭储量丰富且分布广泛，随着中东部矿区赋存条件优良的厚及特厚煤层的减少，如何提高西北部厚煤层大倾角工作面的开采效益成为了日益紧迫的问题。煤层倾角25
°
以下为缓倾斜煤层，大于25
°
统称为大倾角煤层。大倾角厚煤层采用综放开采因工作面倾角大、地质条件复杂，回采中工作面长度变化大、综放支架稳定性控制难度较大，目前，大倾角厚煤层综放开采比缓倾斜煤层综放开采发展缓慢，主要原因是大倾角煤层赋存条件复杂，对综采设备特别是液压支架要求极高，安全保障措施难度极大。一次采全高大倾角工作面在我国西南部应用较多，大倾角综放开采在甘肃也有部分应用，反映出的主要问题是装备的适应性较差，支架厂家也针对大倾角工作面进行了支架适应性调整，但针对大倾角工作面切眼设计和设备配套、支架结构、特别是端头防止支架下滑研究相对较少。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种大倾角厚煤层综放工作面布置配套方法，为大倾角综放工作面的高效开采提供了保障。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
5.一种大倾角厚煤层综放工作面布置配套方法。
6.①
选用四象限大倾角采煤机和有防滑措施的刮板运输机，刮板运输机采用简易机尾，为机头单电机驱动，即机尾未采用电机和减速器驱动，驱动部在工作面下侧，上侧无驱动部。
7.②
大倾角综放工作面开切眼方法。
8.掘进岩巷巷道，在工作面下段预留煤皮，使下工作面底板与巷道底板夹角成25度以下，下工作面底板的留煤长度为10-15m；为后续回采布置液压支架提供了有利条件。
9.③
在巷道布置端头支架，在下工作面布置三架过渡架，上工作面均布置中部支架；以方便增加中部支架。
10.端头支架采用主端头支架和副端头支架，通过两架交替降架，保证端头支架整体不脱离位置，从而保证工作面支架不下滑；刮板运输机机头底托架在副架底座上滑移，减小了摩擦阻力，利用前后刮板运输机机头的推移；同时也利于刮板运输机链轮中心和转载机中心的相对距离稳定，煤能够抛射到转载机中心位置，减少了人工豁煤的工作量。
11.在大倾角工作面中，由于倾角大，将中部支架的顶梁宽度设计为1.36米，为双侧活动结构，能够同时两侧伸缩，侧推行程增大到200mm，及中部支架宽度范围1.36-1.76m，支架可调宽度为140mm，在支架出现下滑的时候，加快了支架顶梁的调整速度，两个班组可将支架调正。
12.顶梁主筋固定，另一端与对应的侧护板固定，实现侧护板的伸缩。侧推千斤顶。所
述中部支架的底调机构包括底调梁、前底调千斤顶和后底调千斤顶，该前、后底调千斤顶采用内进液结构形式，前底调千斤顶的缸径为100mm，该前底调千斤顶的外缸底部与底调梁通过前销轴铰接，该前底调千斤顶的活塞杆的固定端设有卡头，该卡头包括脖颈段和限位段，该脖颈段的径向尺寸小于活塞杆杆身的尺寸，该限位段为长方形状，该底座的加强筋上设有供活塞杆的杆身穿过的圆孔，在内主筋板上开设供卡头穿设的竖向长条孔，该脖颈段位于竖向长条孔，该限位段穿过竖向长条进行90度旋转进行定位；该后底调千斤顶的外缸底部与底调梁通过后销轴铰接，该后底调千斤顶的活塞杆固定端的固定头上设有两个相对的插槽，在主筋板内侧焊接挡板，在该挡板设有横向通孔，在横向通孔的前后分别设有竖孔，该竖孔部分贯穿过横向通孔，该固定头穿在横向通孔其插槽与竖孔对应，在竖孔和插槽中插设销轴以实现后底调千斤顶活塞杆的外端定位；该前、后底调千斤顶的活塞杆外端的固定方式和内进液结构，将前底调千斤顶行程增大到190mm，后底调千斤顶行程增大到210mm，前、后底调千斤顶单独控制，将架间底座的可调行程增大了130mm，增大了支架后底调千斤顶的推移力。
13.通过液压系统电液控制，实现底调机构和推移千斤顶联动，即在推移千斤顶上腔与底调千斤顶下腔连通，推移千斤顶上腔进液，推动液压支架，此时底调机构处于伸出状态，推下面相邻支架，相邻支架初撑状态支护顶板，不动，从而本架底座有向上工作面移动趋势；支架下侧活动侧护机构与立柱上腔联动，即支架上腔进液，支架脱离顶板降低高度，此时支架下侧推千斤顶下腔联动进液，侧护板推出状态，下相邻支架不动，从而本架顶梁有向上工作面移动趋势。通过上述两个联动机构实现了支架整体向上工作面移动的趋势，从而保证了支架不下滑。
14.本发明的有益效果为：本发明通过预留底煤使下工作面的倾斜角度降低到25度以下，下工作面角度降低后，使下工作面支架和刮板运输机机头部下滑状况得到了改善；同时通过改进支架顶梁宽度、双侧可同时伸缩侧护板、底调结构及电液自动控制方法，这几部分协调作用提高支架对大倾角工作面的适应性，实现了大倾角综放工作面的顺利开采。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将结合附图对本实施例进行描述。
16.图1为大倾角厚煤层工作面切眼的示意图。
17.图2为大倾角厚煤层无驱动电机简易机尾与中部支架配套的结构示意图。
18.图3为机头巷道端头架配套的结构示意图。
19.图4为显示中部支架的双侧活动侧护板的立体结构示意图。
20.图5为双侧活动侧护板的右侧活动侧推机构的平面结构示意图。
21.图6为双侧活动侧护板的左侧活动侧推机构的平面结构示意图。
22.图7为显示架间底座示意图。
23.图8为中部支架的底座上显示底调机构的俯视示意图。
24.图8a为图8中a-a向的剖视图。
25.图8b为图8中b-b向的剖视图。
26.图9为图8的侧视结构示意图。
27.图10为图8中底调机构的立体结构示意图。
图10a是图10中显示卡头的放大结构示意图。
28.图11为挡板的侧视结构示意图。
29.图12为挡板的俯视结构示意图。
30.图13为液压系统电液控制原理图。
实施方式
31.以下仅以实施例说明本发明可能的实施态样，然并非用以限制本发明所欲保护的范畴，合先叙明。
32.下面具体介绍本发明的一种大倾角厚煤层综放工作面布置配套方法。
33.①
选用四象限大倾角采煤机和有防滑措施的刮板运输机，刮板运输机1采用简易机尾，机头单电机驱动，机尾无驱动部，即驱动部在工作面下侧，上侧无驱动部。
34.②
大倾角综放工作面开切眼方法。
35.掘进岩巷巷道2，如图1所示，具体地，厚煤层大倾角综放工作面巷道为保证行人、转载机高度、单轨吊运输和通风等综合要求，巷道的高度一般不低于3.5m，采用梯形巷道掘进，上宽4.4m，下宽5.4m。以8.0m厚煤层为例，煤层倾角45
°
，切眼沿底板掘进，高3.0m；上顺槽顶为全煤巷，底掘长约4.16m（4157mm）的岩；上工作面倾角45
°
，下工作面即工作面下段，预留煤皮3，使下工作面底板与巷道底板夹角成25度以下，下工作面底板的留煤长度为10-15m，为后续回采布置液压支架提供了有利条件；下顺槽顶掘约1.37m（1368mm）的三角形岩石顶，其余为全煤巷。本步骤的关键在于预留煤皮，使下工作面底板与巷道底板夹角成25度以下，也是现有技术中所没有的。
36.③
在机头巷道布置端头支架，在下工作面布置三架过渡架，上工作面均布置中部支架；当工作面倾角发生变化时，工作面长度亦发生变化，从而方便增减中部支架。
37.具体地，如图3所示，端头支架采用主端头支架4a和副端头支架4b，通过两架交替降架，保证端头支架整体不脱离位置，从而保证工作面支架不下滑；刮板运输机机头底托架在副架底座上滑移，减小了摩擦阻力，利用前后刮板运输机机头的推移；同时也利于刮板运输机链轮中心和转载机中心的相对距离稳定，煤能够抛射到转载机中心位置，减少了人工豁煤的工作量。
38.如图2所示，在上工作面均布置中部支架5；以方便增减中部支架；以往是在上工作面机尾端使用三架过渡支架，过渡支架为反四连杆液压支架，与刮板运输机连接，支架前端和后端均需留出驱动电机的空间。本发明中刮板运输机采用简易机尾，机尾无驱动电机，上工作面均采用中部支架，这样能够更好适应大倾角工作面角度不断变化导致的工作面斜长发生变化而便于中部支架的增减，在实际使用中有非常好的效果。
39.中部支架的宽度系列一般按照国标设计，即1.25米、1.5米、1.75米、2.05米和2.4米，针对1.5米中心距综放支架进行比较：在1.5米综放支架常规设计时顶梁最小宽度一般1.43米，单侧推千斤顶行程170mm，最大宽度1.6米，侧推压缩行程100mm，支架可调宽度为70mm。但是在大倾角工作面应用中，由于倾角大，工作面支架每个推移循环都有下滑趋势，支架顶梁可调节宽度小，调斜困难，速度慢。针对以上问题，将支架顶梁宽度设计为最小1.36米，结构为双侧活动侧护板，能够同时两侧伸缩，侧推行程增大到200mm，即中部支架宽度范围1.36-1.76米。支架可调宽度为140mm，支架可调宽度由原来的70mm增大到140mm，在
出现支架下滑的时候，可加快支架顶梁的调正速度，一般两个班组可将支架调正。
40.如图4至图6所示，该中部支架的顶梁的双侧活动侧推结构包括右侧（上侧）侧推机构51和左侧（下侧）侧推机构52，该右侧侧推机构包含两个内进液侧推千斤顶a511，内进液侧推千斤顶的两进液口均开在活塞杆上，每个内进液侧推千斤顶a的活塞杆端固定在顶梁的左外主筋板，其外缸底端连接导向杆a512，该导向杆a512与右侧侧护板513连接；该左侧侧推机构52包含两个内进液侧推千斤顶b521，每个内进液侧推千斤顶b521的活塞杆端固定在顶梁的右外主筋板，其外缸底端连接导向杆b522，该导向杆b522与左侧侧护板523连接。该中部支架的掩护梁包括双侧活动侧推机构。
41.大倾角综放支架底调机构在支架防下滑中起着至关重要的作用，通常设计中采用前后同规格的千斤顶，由于底座宽度的限制，千斤顶行程一般不超过160mm，去除底座间间隙83mm，有效调架距离77mm。在应用中支架后部下滑严重，千斤顶推力不足，行程不够问题突出。
42.如图7至图12所示，所述中部支架5的底座的底调机构包括底调梁531和底调千斤顶，该底调千斤顶包括前底调千斤顶532和后底调千斤顶533，该前、后底调千斤顶采用内进液结构形式，前底调千斤顶的缸径为100mm，该前底调千斤顶532的外缸底部与底调梁531通过前销轴连接，该前底调千斤顶532的活塞杆的固定端设有卡头5321，该卡头5321包括脖颈段532a和限位段532b，该脖颈段532a的径向尺寸小于活塞杆杆身的尺寸，该限位段532b为长方形状，底座的加强筋54上设有供活塞杆的杆身穿过的圆孔，在内主筋板55上开设供卡头贯穿的竖向长条孔550，该脖颈段位于竖向长条孔并间隙配合，该限位段532b穿过竖向长条后进行90度旋转以实现定位；该后底调千斤顶533的缸径125mm，该后底调千斤顶533的外缸底部与底调梁531通过后销轴连接，该后底调千斤顶533的活塞杆固定端的固定头533a外壁设两个相对的插槽433b，在插槽的外端固定头上设两个进出液口，一个进出液口与上腔连通，另一进出液口与下腔连通。
43.在主筋板内侧焊接挡板551，如图11和图12所示，在该挡板551设有横向通孔551a，在该横向通孔的上方连通豁口551b，在横向通孔的前后分别设有竖孔551c，该竖孔部分贯穿过横向通孔，该固定头穿设横向通孔，插槽与竖孔对应，固定头上的两个进出液口与豁口对正，在竖孔551c和插槽433b中插设销轴551d以实现后底调千斤顶活塞杆的外端定位；该前、后底调千斤顶的活塞杆外端的固定方式和前、后底调千斤顶的内进液结构，将前底调千斤顶行程增大到190mm，后底调千斤顶行程增大到210mm，前、后底调千斤顶单独控制，将架间底座的可调行程增大了130mm，增大了支架后底调千斤顶的推移力。
44.如图13所示，为中部支架的液压系统电液控制原理图，该控制方法：实现底调机构和推移千斤顶联动61和中部支架下侧的活动侧推机构与立柱上腔联动；底调机构和推移千斤顶联动：即在推移千斤顶61上腔与前、后底调千斤顶下腔连通，推移千斤顶上腔进液，拉移液压支架，此时底调机构处于伸出状态，推下面相邻支架，相邻支架初撑状态支护顶板不动，从而本架底座有向上移动趋势；中部支架下侧的活动侧推机构与立柱上腔联动：立柱包括前左立柱71、前右立柱72、后左立柱73和后右立柱74，即立柱上腔进液，支架脱离煤层顶板降低高度，此时中部支架下侧的侧推千斤顶（顶梁的侧推千斤顶52、掩护梁的侧推千斤顶82）下腔联动进液，侧护板推出状态，下相邻支架不动，从而本架顶梁有向上移动趋势。通过上述两个联动机构实现了支架整体向上移动的趋势，从而保证了支架不下滑。

技术特征：
1.大倾角厚煤层综放工作面布置配套方法，其特征在于：
①
选用四象限大倾角采煤机和有防滑措施的刮板运输机，刮板运输机采用简易机尾，机头单电机驱动，机尾无驱动部，即驱动部在工作面下侧，上侧无驱动部；
②
大倾角综放工作面开切眼方法：下顺槽掘进半煤岩巷道，在工作面下段预留煤皮，使下工作面底板与巷道底板夹角成25度以下，下工作面底板的留煤长度为10-15m；为后续回采布置液压支架提供了有利条件；
③
在下顺槽布置端头支架，在下工作面紧邻端头架布置三架过渡架，其余处均布置中部支架，上工作面不布置过渡支架，当工作面倾角发生变化时，工作面长度亦发生变化，从而方便增减中部支架；端头支架采用主端头支架和副端头支架，通过两架交替降架，保证端头支架整体不脱离位置，从而保证工作面支架不下滑；刮板运输机机头底托架在副架底座上滑移，减小了摩擦阻力，利用前后刮板运输机机头的推移；同时也利于刮板运输机链轮中心和转载机中心的相对距离稳定，煤能够抛射到转载机中心位置，减少了人工豁煤的工作量。2.根据权利要求1所述大倾角厚煤层综放工作面布置配套方法，其特征在于：在大倾角工作面中，由于倾角大，将中部支架的顶梁宽度设计为1.36米，为双侧活动结构，能够同时两侧伸缩，侧推行程增大到200mm，及中部支架宽度范围1.36-1.76m，支架可调宽度为140mm，在支架出现下滑的时候，加快了支架顶梁的调整速度，两个班组可将支架调正。3.根据权利要求2所述大倾角厚煤层综放工作面布置配套方法，其特征在于：所述中部支架的底调机构包括底调梁、前底调千斤顶和后底调千斤顶，前、后底调千斤顶采用内进液结构形式，前底调千斤顶的缸径为100mm，该前底调千斤顶的外缸底部与底调梁通过前销轴连接，该前底调千斤顶的活塞杆的固定端设有卡头，该卡头包括脖颈段和限位段，该脖颈段的径向尺寸小于活塞杆杆身的尺寸，该限位段为长方形状，该底座的加强筋上设有供活塞杆的杆身穿过的圆孔，在内主筋板上开设供卡头穿设的竖向长条孔，该脖颈段与竖向长条孔间隙配合，该限位段穿过竖向长条孔后进行90度旋转进行定位；该后底调千斤顶的外缸底部与底调梁通过后销轴连接，该后底调千斤顶的活塞杆固定端的固定头上设有两个相对的插槽，在主筋板内侧焊接挡板，在该挡板设有横向通孔，在横向通孔的前后分别设有竖孔，该竖孔部分贯穿横向通孔，在竖孔和插槽中插设销轴以实现后底调千斤顶活塞杆的外端定位；前、后底调千斤顶通过上述结构和固定方式，使得前底调千斤顶行程增大到190mm，后底调千斤顶行程增大到210mm，前、后底调千斤顶单独控制，将架间底座的可调行程增大了130mm，增大了支架后底调千斤顶的推移力。4.根据权利要求3所述大倾角厚煤层综放工作面布置配套方法，其特征在于：通过液压系统电液控制，实现底调机构和推移千斤顶联动，即推移千斤顶上腔与前、后底调千斤顶下腔连通，推移千斤顶上腔进液，推动液压支架，此时底调机构处于伸出状态，给下相邻支架以推力，而下相邻支架处于初撑状态，支护顶板而不动，从而本架底座有向上工作面移动趋势；支架下侧活动侧护机构与立柱上腔联动，即支架上腔进液，支架脱离顶板降低高度，此时支架下侧推千斤顶下腔联动进液，侧护板推出状态，下相邻支架不动，从而本架顶梁有向上工作面移动趋势。通过上述两个联动机构实现了支架整体向上工作面移动的趋势，从而保证了支架不下滑。

技术总结
本发明公开了一种大倾角厚煤层综放工作面配套方法：


技术研发人员：马英 佟友 窦亚军 王伦 刘剑 李提建 苏林军
受保护的技术使用者：天地科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/9/12