急傾斜煤層臨界偽傾斜工作面支護裝置的制作方式

本發明專屬于煤炭開采技術領域，具體涉及一種急傾斜煤層臨界偽角開采方法及設備。

背景技術：

急斜煤層采煤工作面偽斜布置，可變急斜煤層為“緩斜”或“傾斜”工作面開采，提高工作面支護及開采設備的自穩性能、改善作業環境，提高工作面效能及安全效益。

工作面偽斜布置，是急傾斜煤層開采的常用方法之一，其優點是工作面偽斜布置可以減緩工作面傾角，有利于工作面設備防倒防滑。偽斜布置分為偽仰斜布置(進風端頭超前回風端頭)和偽俯斜布置(回風端頭超前進風端頭)兩種，其中，偽俯斜布置特別有利于防止煤壁片幫。一般情況下，工作面偽俯斜角度為3°-5°，工作面布置的支架、采煤機與刮板輸送機均采用具有防倒防滑功能的常規裝備。截止目前，國內外僅有四川廣能集團李子埡煤礦將常規的液壓支架的頂梁進行了改裝，改裝后支架適應的工作面偽俯斜角最大可達12°，重慶松藻集團逢春礦采用專門設計的異形液壓支架使工作面偽俯斜角達到了17°，但煤層厚度只有1.3m。

但當煤層傾角大于55°且煤層厚度大于2.0m時，若仍然采用工作面傾向布置走向推進的長壁開采方法，現行較小的偽斜角度就無法有效解決工作面設備倒滑及煤壁片幫等安全生產難題。

技術實現要素：

現有傾角大于55°、煤層厚度大于2.0m的急傾斜煤層采用傳統的工作面偽斜布置方式進行開采時，開采設備的倒滑及煤壁片幫問題不能有效解決，為了解決該技術問題，本發明提供一種急傾斜煤層臨界偽傾斜工作面支護裝置，本發明是針對現行急傾斜煤層長壁綜合機械化開采的工作面偽斜布置方式及工作面設備的弊端進行的改進。

本發明的技術解決方案為：

一種急傾斜煤層臨界偽傾斜工作面支護裝置，其特殊之處在于：

頂梁、底座、導向軌以及推桿，采煤機沿導向軌行走，所述導向軌通過推桿固定在底座上，偽俯斜工作面的真傾角β大于松散煤體的自然安息角35°，所述底座底部與偽俯斜工作面的偽斜方向平行，底座底部形成溜煤通道；

偽俯斜工作面的形成：沿煤層傾斜方向分別掘進回風巷道與運輸巷道，回風巷道端頭超前運輸巷道端頭，將回風巷道端頭與運輸巷道端頭之間掘通形成偽俯斜工作面，保證回風巷道端頭超前運輸巷道端頭的距離與偽俯斜工作面真傾斜方向的長度l相等，形成偽俯斜工作面與煤層走向方向呈45°布置。

進一步的，所述導向軌與偽俯斜工作面偽斜方向平行。

進一步的，所述工作面支護裝置還包括采煤機輔助導向組件，所述采煤機輔助導向組件包括設置在采煤機上的懸臂定向輪，以及設置在頂梁上的懸吊導向軌，所述懸臂定向輪與懸吊導向軌相適配。

進一步的，偽俯斜工作面與煤層走向方向呈45°布置，所述底座靠近煤壁的一側與運輸巷道呈45°夾角。

進一步的，懸臂定向輪為伸縮式。

本發明具有的有益效果：

1)采用本發明所提供的支護裝置，能夠在急傾斜偽俯斜開采的偽斜角由目前最大的17°改變為45°時，可有效防止工作設備的倒滑，同時偽俯斜開采可有效防止煤壁片幫。

2)本發明提供了一種用于急傾斜煤層臨界偽斜角開采的異形液壓支架，通過將頂梁與底座調整為非規則的平行四邊形，實現了頂梁與煤壁的良好貼合，解決了傳統支架在偽斜開采過程中存在的端面空頂面積大的問題。

3)本發明取消了中部溜槽，但依然實現了破碎煤體的自溜運輸，從根本上解決了偽俯斜開采推溜困難的問題，同時節約了工作面裝備費用及開采設備的能耗。

4)本發明采用采煤機行走軌道與支架頂梁懸吊導向軌相結合的方法，實現了采煤機在工作面的平穩安全行走。

附圖說明

圖1急傾斜煤層臨界偽斜角開采工作面布置示意；

圖2工作面支護及開采裝備示意；

圖中，1-采煤機行走導向軌，2-行走導向軌推桿3-采煤機懸吊導向軌4-采煤機懸吊導向滑輪機構，5-采煤機，6-底座，7-頂梁，8-液壓缸，9-伸縮頂桿。

具體實施方式

實施例1：一種急傾斜煤層臨界偽斜角綜合機械化開采方法，包括以下流程：

1)臨界偽傾角工作面布置

1.1)工作面沿傾向布置，沿走向推進，回風端頭的超前距離等于工作面在真傾斜方向的投影長度，即偽俯斜角度為45°(定義為臨界偽斜角)；

1.2)當煤層傾角大于55°時，工作面偽俯斜角設計應滿足：保證工作面溜煤通道傾角大于松散煤體的自然安息角(散體煤的自然安息角為35°)，采煤機破碎的煤體可以自溜至運輸端頭，因此可以取消工作面中部溜槽的輸送機。經計算，當煤層傾角大于55°時偽斜角只要恒大于45°即可保證破碎煤體沿溜煤通道自溜。

2)在用于采煤工作面的布置支護裝置及采煤機

2.1)工作面支護裝置包括頂梁、底座、導向軌、以及推桿，采煤機沿導向軌行走，所述導向軌通過推桿固定在底座上，底座底部與偽俯斜工作面的偽斜方向平行，底座底部形成溜煤通道。為了確保55°以上急傾斜煤層的偽俯斜工作面的溜煤通道傾角大于散體煤的自然安息角35°，工作面的臨界偽斜角大小應設置為45°，即回風端頭的超前距離等于工作面在真傾斜方向的投影長度。工作面支架的頂梁與底座均由矩形改良為異形，靠近煤壁一側的斜邊與運輸巷道呈45°夾角；為了使支架頂梁及底座能夠與煤壁平行，在端面不產生過大無支護空隙，將支架頂梁與底座均由傳統的矩形改造為異型，即支架頂梁與底座在靠近煤壁一側的斜邊與運輸巷道呈45°夾角；

2.2)支架底座通過推桿與專用的采煤機行走軌道相連接，行走軌道與工作面偽斜方向平行；

2.3)為了保證采煤機行走過程中不掉道，支架頂梁設有懸吊導向軌，設置與在采煤機上的懸臂定向輪與懸吊導軌搭接，保證采煤機的穩定性。

3)采煤機由工作面上端頭斜切進刀，采煤機沿行走軌道上行割煤，單架依次順序式移架，及時支護，破碎煤體在重力作用下自溜至運輸端頭并運出。由于采煤機破碎的松散煤體可以實現自溜，因此可以取消工作面中部溜槽，從根本上解決了偽俯斜工作面推溜困難的問題；在取消工作面中部溜槽后，為解決采煤機的行走問題，設置采煤機專用的行走軌道，通過推桿與支架底座相連接，采煤機可在行走軌道上沿與煤壁平行的方向行走。

實施例2：如圖1(a)所示，臨界偽俯斜角工作面布置：沿煤層走向分別掘進回風巷道與運輸巷道，回風巷道端頭超前運輸巷道端頭的距離與工作面真傾斜方向的長度l相等，工作面回風巷道端頭與運輸巷道端頭之間掘通開切眼，形成的偽俯斜工作面與煤層走向方向呈45°夾角(臨界偽斜角)。

實施例3：如圖1(b)所示，偽俯斜工作面的真傾角β與煤層傾角α及臨界偽斜角γ之間的空間幾何關系為：

l1sinβ＝l1cosγ·sinα (1)

當煤層傾角α為55°時，要保證采煤機割下的煤可以自溜，則偽俯斜工作面的真傾角應大于35°(松散煤體的自然安息角)，即：

sinβ>sin35°＝0.574 (2)

將(1)代入(2)得：

cosγ·sin55°>0.574 (3)

求解得：當γ＝45°且α≥55°時，工作面的真傾角β恒大于35°，因此確定臨界偽斜角的大小為45°。

實施例4：如圖2a所示，工作面支護及采煤設備：支架為異型液壓支架，頂梁與底座靠近煤壁一側的斜邊與運輸巷道呈45°夾角；液壓支架底座通過行走導向軌推桿2與采煤機行走導向軌1相連接，采煤機5騎坐于采煤機行走導向軌1上，來回行走割煤。

工作面與運輸巷道之間的夾角為45°，偽斜工作面真傾角大于破碎煤矸的自然安息角35°，采煤機割下的破碎煤體可沿工作面底板實現自溜，無需刮板輸送機運輸，因此可以取消刮板輸送機，整個工作面斷面實質上就形成了一個溜煤通道。

實施例5：進一步的，由于采煤機的穩定性難以通過單一的行走軌道進行控制，因此在支架頂梁下部設置懸吊導向軌，如圖2b所示，再通過采煤機上安裝的可伸縮懸臂定向輪與懸吊導向軌搭接，保證采煤機的穩定性。為了保證采煤機在行走過程中的穩定性而不至掉道，在采煤機背面左右兩側各設置采煤機懸吊導向滑輪4，與設置在支架頂梁下側的采煤機懸吊導向軌搭接3，起到采煤機輔助行走與導向作用