一種機載連續(xù)成槽卸壓采煤裝備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦回采工作面成槽卸壓技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種綜采工作面采煤機割煤與成槽卸壓、探測煤層構(gòu)造和防止煤與瓦斯突出及沖擊地壓一體化的裝備與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤與瓦斯突出和沖擊地壓是突出礦井和沖擊礦井生產(chǎn)過程中常發(fā)生的嚴重自然災害之一。近年來，隨著采掘深度的不斷增加，地應(yīng)力與瓦斯壓力不斷加大，煤炭開采的地質(zhì)條件和技術(shù)條件也日趨復雜，回采工作面發(fā)生煤與瓦斯突出和沖擊地壓的次數(shù)和強度逐漸加大。由于回采工作面人員較為集中、機械設(shè)備復雜，一旦發(fā)生煤與瓦斯突出和沖擊地壓，更易造成大量的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失。突出和沖擊地壓事故給煤礦安全生產(chǎn)造成了嚴重威脅。因此，通過對目前回采工作面防突和防沖擊技術(shù)存在的問題進行系統(tǒng)的研究，找出這些事故發(fā)生的共性原因，提出有針對性的防治措施，對于保障煤礦的安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]關(guān)于突出的綜合作用假說認為:突出是煤的物理力學性質(zhì)、地應(yīng)力和瓦斯壓力三者共同作用的結(jié)果。在此三個影響突出的因素中，如果可以消除或者減弱任何一個都會對降低突出危險產(chǎn)生有利影響。目前，我國回采工作面防治煤與瓦斯突出的區(qū)域性措施一般有開采保護層、抽采鉆孔預抽煤層瓦斯等。作為預防煤與瓦斯突出最有效、最經(jīng)濟的措施，開采保護層一直受到廣大煤礦技術(shù)人員的歡迎。然而，對于大部分地區(qū)的單一煤層回采工作，卻面臨著無保護層可采的尷尬。通過抽采鉆孔預抽煤層瓦斯的技術(shù)也存在著抽采時間長，作業(yè)效率低，工藝復雜，費工費時等諸多問題，尤其對于松軟、低透氣性的高突煤層，打鉆時容易發(fā)生卡鉆、抱鉆、塌孔、堵孔、噴孔等現(xiàn)象，成孔率低，抽采鉆孔壽命短，煤儲層裂隙不發(fā)育，瓦斯?jié)B流運移不暢，使得后期有效抽采時間短，衰減速度快，抽采效果并不理想。此夕卜，對于局部防突措施，例如松動爆破、超前鉆孔、煤體注漿、水力沖孔等也都存在著有效影響范圍小、工藝復雜、機械化程度低，勞動強度大、成本高等問題不一而足。與此同時，研究則表明，煤與瓦斯突出的不均衡分布與地質(zhì)因素有關(guān)，地質(zhì)構(gòu)造是控制煤與瓦斯突出分布的主導性因素，影響煤與瓦斯突出的地質(zhì)構(gòu)造包括褶曲、節(jié)理、斷層、構(gòu)造煤分層、煤層厚度變化以及巖漿侵入等。因此，針對煤層構(gòu)造的精確探測對提升礦井防治煤與瓦斯突出措施的有效性有著重大的現(xiàn)實意義。
[0004]而對于治理沖擊地壓的方法則主要有開采保護層、煤層注水、頂板斷裂和卸壓爆破(或松動爆破)等。對于開采單一煤層的礦井來說，同樣面臨著無保護層可采的尷尬。最常用的解危措施是煤層注水和卸壓爆破。然而，煤層注水通常耗時長、遇到斷層等地質(zhì)構(gòu)造時無法施工，單純的卸壓爆破無可避免的引起擾動，易造成人為因素誘發(fā)的沖擊地壓。
[0005]因此，對于空間有限、工作人員相對集中、機器設(shè)備復雜的回采工作面的生產(chǎn)工作，找到一種機械化程度高、適應(yīng)性強、安全高效、經(jīng)濟可靠的防治煤與瓦斯突出和沖擊礦壓的方法成為煤礦生產(chǎn)的當務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種機載連續(xù)成槽卸壓采煤裝備及方法，通過在采煤機設(shè)備上安裝一套成槽裝置，在割煤的同時利用采煤機行走提供的橫向推力在工作面煤壁上割出一條卸壓長槽，使工作面的應(yīng)力集中帶向煤體深部連續(xù)推移，實現(xiàn)破煤與成槽卸壓一體化以預防煤與瓦斯突出和沖擊礦壓的目的。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種機載連續(xù)成槽卸壓采煤裝備，包括采煤機，采煤機的電控箱前側(cè)設(shè)有三腳架，三腳架和電控箱頂部水平設(shè)有矩形的固定板，固定板上設(shè)有升降裝置，升降裝置中部設(shè)有高度可調(diào)整的操作臺，操作臺上設(shè)有截割裝置；
升降裝置包括垂直設(shè)在固定板上的立柱，立柱上端設(shè)有連接件，連接件上設(shè)有與立柱平行且可自由轉(zhuǎn)動的絲桿，操作臺上在對應(yīng)位置設(shè)有分別穿過立柱和絲桿的光面孔和螺孔，絲桿與螺孔螺紋連接。
[0008]所述立柱和絲桿一共設(shè)有四組，每組立柱和絲桿呈對稱分布于固定板的四個角。
[0009]所述截割裝置包括設(shè)在操作臺的防爆電機和夾持裝置，防爆電機通過聯(lián)軸器傳動連接有減速器，減速器的動力輸出端通過固定鍵傳動連接有外截面呈方形的傳動桿，傳動桿的動力輸出端穿過夾持裝置并同軸向絲扣連接有截割鉆桿，截割鉆桿的另一端設(shè)有鉆頭。
[0010]所述夾持裝置包括底座、設(shè)在底座上的外固定套以及同軸線設(shè)在外固定套內(nèi)部的內(nèi)轉(zhuǎn)動套，底座通過螺栓固定在操作臺上，外固定套內(nèi)壁沿圓周方向設(shè)有外環(huán)形槽，內(nèi)轉(zhuǎn)動套外壁沿圓周方向設(shè)有與外環(huán)形槽對應(yīng)的內(nèi)環(huán)形槽，外環(huán)形槽與內(nèi)環(huán)形槽之間設(shè)有一圈滾珠，內(nèi)轉(zhuǎn)動套中心沿軸向方向開設(shè)有方孔，傳動桿插設(shè)在方孔內(nèi)并與方孔內(nèi)壁相適配傳動扭矩。
[0011]所述截割鉆桿上設(shè)有呈螺旋分布的凸棱條，凸棱條頂部邊緣上焊接有與凸棱條長度相等的截割刀齒；截割鉆桿長6-10m。
[0012]—種機載連續(xù)成槽卸壓采煤方法，包括以下步驟
(1)根據(jù)采高、煤層的物理性質(zhì)等參數(shù)設(shè)計成槽數(shù)目及成槽高度；
(2)在工作面煤壁上鉆出一個深鉆孔；
(3)通過旋轉(zhuǎn)絲桿升高或者降低操作臺高度，使傳動桿距固定板距離與所設(shè)計成槽高度相等，相應(yīng)調(diào)整采煤機在刮板輸送機上的位置，安裝截割鉆桿與傳動桿絲扣連接，使截割鉆桿伸入到鉆孔內(nèi)；
(4)開動操作臺上的防爆電機，待鉆桿旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，開啟采煤機，采煤機隨著刮板輸送機割煤行走的同時，截割鉆桿在煤壁上開挖出一條長槽。
[0013]在工作面煤壁上鉆出的深孔孔徑和深度必須要大于截割鉆桿的外徑和截割鉆桿長度，其高度與截割鉆桿高度持平。
[0014]對于步驟(4)的割煤方式和進刀方式，具體如下:對于往返一次割一刀的單向割煤方法，當采煤機從工作面端部進刀時，人工鉆出的鉆孔位置必須在進刀的工作面端部；采煤機割煤刻槽至工作面另一端頭后，必須退掉截割鉆桿，待采煤機空牽引返回進刀端頭完成進刀后，重新在上一循環(huán)的刻槽中鉆出深孔，安裝截割鉆桿，使鉆桿伸入到所刻槽中，重復上一循環(huán)。
[0015]對于步驟(4)的割煤方式和進刀方式，具體如下:對于往返一次割一刀的單向割煤方法，當采煤機滾筒為工作面中部斜切進刀時，人工鉆出的鉆孔位置必須在進刀的工作面中部；采煤機割煤至工作面左端后，必須退掉截割鉆桿，待采煤機空牽引至工作面中部，沿刮板輸送機彎曲段斜切進刀前，在工作面中部煤壁上人工鉆出鉆孔，安裝截割鉆桿，使鉆桿伸入到上一循環(huán)所刻槽中，繼續(xù)割煤造縫至工作面右端后，必須退掉截割鉆桿，移直輸送機，采煤機空牽引至工作面中部滾筒割煤之前，安裝截割鉆桿，采煤機自中部開始割煤刻槽至工作面左端，重復上一循環(huán)。
[0016]對于步驟(4)的割煤方式和進刀方式，具體如下:對于往返一次割兩刀的穿梭割煤方法，在整個割煤過程中，無需退鉆，隨著滾筒的進刀，截割鉆桿在煤壁上割出的長槽向工作面擬回采煤層深部連續(xù)推移。
[0017]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、防治煤與瓦斯突出，相比目前回采工作面回采前施工的卸壓抽(排)采鉆孔，本發(fā)明刻出的長槽大大增加了煤層的暴露面積，從而更有利于煤層中瓦斯的排放，隨著采煤機滾筒的不斷進刀，可以實現(xiàn)刻槽向深部連續(xù)推移，具有可連續(xù)施工、耗時短、效率高、與采煤機機身合一，不需額外鉆具，適應(yīng)采掘空間狹小的優(yōu)點。
[0018]2、防止沖擊地壓，回采工作面連續(xù)刻槽能有效卸載前方煤體承受的應(yīng)力，使應(yīng)力梯度下降，煤層中積聚的彈性潛能釋放，應(yīng)力集中帶向煤體深部連續(xù)推移；開掘卸壓槽后可在工作面前方形成沿回采工作面傾向(走向)連續(xù)穩(wěn)定的卸壓區(qū)，從而有效防止沖擊地壓的發(fā)生。
[0019]3、在采煤之前的連續(xù)刻槽可起到對回采工作面前方煤體地質(zhì)構(gòu)造等特征變化的提前預報功能，為采煤機的連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)提供預警預報功能。
[0020]5、本發(fā)明依靠防爆電機驅(qū)動，采煤機自身行走提供橫向推力截割煤體，改變了以往人工用煤電鉆鉆卸壓孔排放瓦斯時勞動強度大，機械化程度低的不足，使工人從繁重的體力勞動中解放出來。
[0021]4、本發(fā)明可以根據(jù)采高、煤層的物理性質(zhì)等參數(shù)設(shè)計成槽數(shù)目，通過調(diào)整升降裝置實現(xiàn)成槽位置的變化，適應(yīng)性強，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，拆卸方便，便于維修和更換損壞的零件，實現(xiàn)了破煤與刻槽卸壓一體化作業(yè)。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1的右視圖；
圖3為圖2中截割裝置的俯視圖圖4為本發(fā)明夾持裝置的斷面結(jié)構(gòu)示意圖圖5為圖4中A-A向剖視圖
圖6、圖7、圖8、圖9和圖10分別為本發(fā)明施工實例的俯視圖。
【具體實施方式】
[0023]對于沖擊型礦井，埋深523 m，平均厚度3m的單一具有突出危險性的煤層，傾角6° 一 12°。煤層相對瓦斯含量13 m3/t，瓦斯壓力1.8 MPa。煤層直接頂為砂巖，底板為炭質(zhì)泥巖或泥巖。
[0024]如圖1-圖5所示，本發(fā)明的一種機載連續(xù)成槽卸壓采煤裝備，包括采煤機20，采煤機20的電控箱2前側(cè)設(shè)有三角架3，三角架3和電控箱2頂部水平設(shè)有矩形的固定板4，固定板4上設(shè)有升降裝置，升降裝置中部設(shè)有高度可調(diào)整的操作臺7，操作臺7上設(shè)有截割裝置；
升降裝置包括垂直設(shè)在固定板4上的立柱5，固定板4為矩形結(jié)構(gòu)，立柱5上端設(shè)有連接件21，連接件21上設(shè)有與立柱5平行且可自由轉(zhuǎn)動的絲桿6，操作臺7上在對應(yīng)位置設(shè)有分別穿過立柱5和絲桿6的光面孔和螺孔，絲桿6與螺孔螺紋連接。
[0025]立柱5和絲桿6 —共設(shè)有四組，每組立柱5和絲桿6呈對稱分布于固定板4的四個角。
[0026]截割裝置包括設(shè)在操作臺7的防爆電機8和夾持裝置12，防爆電機8通過聯(lián)軸器9傳動連接有減速器10，減速器10的動力輸出端通過固定鍵傳動連接有外截面呈方形的傳動桿11，傳動桿11的動力輸出端穿過夾持裝置12并同軸向絲扣連接有截割鉆桿13，截割鉆桿13的另一端設(shè)有鉆頭16。
[0027]夾持裝置12包括底座22、設(shè)在底座22上的外固定套12-1以及