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一种井下煤矿开采方法
申请号	CN202111480950.5	申请日	2021-12-06	公开(公告)号	CN114352275A	公开(公告)日	2022-04-15
申请人	北京天玛智控科技股份有限公司; 北京煤科天玛自动化科技有限公司;			发明人	韦文术; 卢德来; 王伟; 黄园月; 卢海承; 王统诚;
摘要	本发明提出一种井下煤矿开采方法，该方法包括以下步骤：利用水射流对煤壁进行切割，形成若干块煤块；利用落煤设备对所述煤块进行撞击使其落入运输设备中。本发明方法将传统的滚筒采煤机截割破碎煤壁更换为水射流切割煤壁，由于煤壁已经被切割分块，采煤过程中仅需要撞落煤块和引导落煤，可大大降低采煤机负载功率和截割齿的磨损；同时在煤壁上不会产生挤压应力，有效防止煤壁垮落。
权利要求	1.一种井下煤矿开采方法，其特征在于，所述方法包括：利用水射流对煤壁进行切割，形成若干块煤块(8)；利用落煤设备对所述煤块(8)进行撞击使其落入运输设备中。 2.根据权利要求1所述的一种井下煤矿开采方法，其特征在于，所述方法包括：将水切割装置(3)安装在综采工作面上的设备上；水切割装置(3)产生水射流。 3.根据权利要求1所述的一种井下煤矿开采方法，其特征在于，所述煤块(8)的一端悬空，另一端连接在原生煤壁上。 4.根据权利要求3所述的一种井下煤矿开采方法，其特征在于，所述煤块(8)的深度为 0.1m至2m，所述煤块(8)的正面长度为1cm至500cm，相邻的所述煤块(8)的切缝宽度为0.5mm至100mm。 5.根据权利要求2所述的一种井下煤矿开采方法，其特征在于，所述综采工作面上的设备为液压支架、刮板输送机和采煤机的一种或多种。 6.根据权利要求1所述的一种井下煤矿开采方法，其特征在于，所述方法包括：使用采煤机的滚筒(9)对所述煤块(8)进行撞击使其落入运输机槽中。 7.根据权利要求2所述的一种井下煤矿开采方法，其特征在于，所述方法包括：判断所述水切割装置(3)与采煤机运行前端的距离是否小于阈值，在判断结果为是的情况下，所述水切割装置(3)停止切割煤壁，液压支架护帮板收起，同时所述水切割装置(3)随护帮板按顺序收起，采煤机朝一个方向对所述煤块(8)割煤；采煤机运行后方的液压支架向前推移支护新暴露的顶板，判断所述水切割装置(3)与采煤机运行后端的距离是否大于阈值，在判断结果为是的情况下，所述水切割装置(3)伸出并开始切割煤壁。 8.根据权利要求2所述的一种井下煤矿开采方法，其特征在于，所述水切割装置(3)设置在液压支架的顶梁(4)的下方，所述水切割装置(3)包括：平台，平台与顶梁(4)之间通过伸缩缸相连；水切割喷头(2)，可转动地安装在平台上；控制单元(5)，与水切割喷头(2)通过注水管路(6)相连，用于控制水切割喷头(2)的指向和切割动作。
说明书全文	一种井下煤矿开采方法技术领域 [0001] 本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种井下煤矿开采方法。背景技术 [0002] 现有综采工艺中采用滚筒采煤机或刨煤机进行开采。在截割过程中，截割阻力大，切割过程中工作面会产生大量的粉尘，传统采煤机切割时截齿与煤壁碰撞产生煤层内应力，影响并改变了煤层的力学性能。同时在切割破碎过程中摩擦可能产生火花，存在一定的安全隐患，需要安装额外的喷雾设备防止煤尘扩散和火花产生。 [0003] 现有水采工艺中采用高压水射流进行开采，是利用高压水射流冲击煤层表面破碎煤体，并借助水力介质来完成运输、分级、提升等工序的水力机械化开采工艺。同时借助水力进行运输，大量煤块与水混合形成煤泥水，块煤产率及回采率较低。水采工艺中主要采用无支护水力采煤方法。 [0004] 在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：滚筒采煤机或刨煤机割下的煤块尺寸大小不一，块煤产率不高，影响煤质。割煤过程中，滚筒截齿经常出现磨损情况，需更换，影响工作效率，增加了生产成本，带来了安全风险。而水采工艺中，对煤层顶底板特别是顶板条件的要求，成为目前限制水力采煤推广应用的主要因素之一。对于顶扳稳定性差的煤层，发生中途冒落等事故比较频繁，影响回采率和劳动生产率；而在顶板坚硬的条件下应用水采，则冲击地压问题又较为突出。水采工作面内巷道密集。煤体被严重切割，整体性削弱，支撑刚度降低，且经常受采动影响。巷道极易受压破坏，造成回采、掘进困难。矿压问题在厚煤层尤为突出。水采工艺的支护问题影响到安全生产。发明内容 [0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。 [0006] 为此，本发明的目的在于提出一种能够提高块煤产率的井下煤矿开采方法。 [0007] 为达到上述目的，本发明提出的一种井下煤矿开采方法，所述方法包括： [0008] 利用水射流对煤壁进行切割，形成若干块煤块； [0009] 利用落煤设备对所述煤块进行撞击使其落入运输设备中。 [0010] 本发明方法将传统的滚筒采煤机截割破碎煤壁更换为水射流切割煤壁，由于煤壁已经被切割分块，采煤过程中仅需要撞落煤块和引导落煤，可大大降低采煤机负载功率和截割齿的磨损；同时在煤壁上不会产生挤压应力，有效防止煤壁垮落。 [0011] 根据本发明的一个实施例，所述方法包括： [0012] 将水切割装置安装在综采工作面上的设备上； [0013] 水切割装置产生水射流。 [0014] 根据本发明的一个实施例，所述煤块的一端悬空，另一端连接在原生煤壁上。 [0015] 根据本发明的一个实施例，所述煤块的深度为0.1m至2m，所述煤块的正面长度为1cm 至500cm，相邻的所述煤块的切缝宽度为0.5mm至100mm。 [0016] 根据本发明的一个实施例，所述综采工作面上的设备为液压支架、刮板输送机和采煤机的一种或多种。 [0017] 根据本发明的一个实施例，所述方法包括： [0018] 使用采煤机的滚筒对所述煤块进行撞击使其落入运输机槽中。 [0019] 根据本发明的一个实施例，所述方法包括： [0020] 判断所述水切割装置与采煤机运行前端的距离是否小于阈值，在判断结果为是的情况下，所述水切割装置停止切割煤壁，液压支架护帮板收起，同时所述水切割装置随护帮板按顺序收起，采煤机朝一个方向对所述煤块割煤； [0021] 采煤机运行后方的液压支架向前推移支护新暴露的顶板，判断所述水切割装置与采煤机运行后端的距离是否大于阈值，在判断结果为是的情况下，所述水切割装置伸出并开始切割煤壁。 [0022] 根据本发明的一个实施例，所述水切割装置设置在液压支架的顶梁的下方，所述水切割装置包括： [0023] 平台，平台与顶梁之间通过伸缩缸相连； [0024] 水切割喷头，可转动地安装在平台上； [0025] 控制单元，与水切割喷头通过高压管路相连，用于控制水切割喷头的指向和切割动作。 [0026] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明 [0027] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： [0028] 图1是本发明一实施例提出的一种井下煤矿开采方法的流程示意图。 [0029] 图2是本发明一实施例提出的利用水射流进行井下煤矿开采的第一工作示意图。 [0030] 图3是本发明一实施例提出水射流采煤的第二工作示意图。 [0031] [0032] 待采煤层1、水切割喷头2、水切割装置3、顶梁4、控制单元5、注水管路6、平台7、煤块8、滚筒9。具体实施方式 [0033] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。 [0034] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的描述。 [0035] 实施例一 [0036] 图1是本发明一实施例提出的一种井下煤矿开采方法的流程示意图。 [0037] 参见图1‑图3，本实施例提出的一种井下煤矿开采方法，包括以下步骤： [0038] 步骤S104.利用水射流对煤壁进行切割，形成若干块煤块8。 [0039] 本步骤中，煤壁是采煤工作的对象，是指采煤工作面上待开采的煤体。煤壁位于待采煤层1的壁面。 [0040] 这里，利用水射流将煤壁切割为一端连接在原有煤壁上，一端悬空的长条形煤块。 [0041] 步骤S106.利用落煤设备对煤块8进行撞击使其落入运输设备中。 [0042] 由于煤块在撞击前已经悬空，因此对煤块的撞击力度小于先前采煤机直接采煤的力度。落煤设备可以使用常见的井下设备，例如采煤机、刨煤机等。 [0043] 通过上述步骤，基于水射流切割的特性，切割过程中不会产生火花和粉尘，煤块在切割过程中被湿润便于后续运输。同时，煤壁上不会产生挤压应力，可以有效防止煤壁垮落。 [0044] 形成水射流的装置的种类和安装位置可以根据实际的需要来确定。无论使用哪种形成水射流的装置，只要水射流是用来将煤壁切割成若干煤块的，都可以不再使用现有技术中的采煤机滚筒切割煤壁，都可以解决现有技术中的问题，并取得相应的效果。 [0045] 在步骤S104之前，该方法还可以包括： [0046] 步骤S101.将水切割装置3安装在综采工作面上的设备上。 [0047] 这里，综采工作面上的设备为液压支架、刮板输送机和采煤机的一种或多种。 [0048] 步骤S103.水切割装置3产生水射流。 [0049] 作为一种可能实现的方式，煤块8的一端悬空，另一端连接在原生煤壁上。煤块8的深度B为0.1m至2m，煤块8的正面长度A为1cm至500cm，相邻的煤块8的切缝宽度C为0.5mm 至 100mm。 [0050] 煤块正面的形状和排布可以根据实际需求来确定。通过控制水切割装置3的水刀可以形成不同形状和排布的煤块。 [0051] 本发明实施例改进了煤矿开采工艺，将水采工艺与综采工艺相结合，将水射流技术应用在综采工作面的煤矿开采上。将传统的滚筒采煤机截割破碎煤壁更换为水射流切割煤壁，使用水射流技术切割的煤壁切口端面平整、光洁、垂直，切割出的块煤更加平整，可以提高块煤产率以及原煤的使用价值及经济价值。水射流切割是一种非热源的高能量射流束开采工艺，水的冷却作用可以减少煤壁切割时的温升，切割的同时水浸入煤壁，湿润了煤壁内的原生煤尘，使其失去飞扬能力，无需安装降尘喷雾装置，有效减少了切割产生的浮游粉尘，避免了切割过程中火花产生的危险，不会产生热应力改变煤层的力学及化学性能，可在高瓦斯危险作业区内安全切割加工，提高了开采安全性。 [0052] 实施例二 [0053] 其中与实施例一相同或相应的零部件采用与实施例一相应的附图标记。为简便起见，仅描述实施例二与实施例一的区别点。 [0054] 本实施例提出的一种井下煤矿开采方法，包括以下步骤： [0055] 可以使用采煤机的滚筒9对煤块8进行撞击使其落入运输机槽中。 [0056] 由于煤壁已经被切割分块，采煤机在采煤过程中仅起撞落煤块和引导落煤作用，可大大降低采煤机负载功率和截割齿的磨损。 [0057] 具体地，本实施例提供的井下煤矿开采方法还包括： [0058] 判断水切割装置3与采煤机运行前端的距离是否小于阈值，在判断结果为是的情况下，水切割装置3停止切割煤壁，液压支架护帮板收起，同时水切割装置3随护帮板按顺序收起，采煤机朝一个方向对煤块8割煤； [0059] 采煤机运行后方的液压支架向前推移支护新暴露的顶板，判断水切割装置与采煤机运行后端的距离是否大于阈值，在判断结果为是的情况下，水切割装置伸出并开始切割煤壁。 [0060] 当采煤机从工作面一端运行到另一端,完成相应的各工序后,就实现了一个完整的采煤循环。如此循环往复，形成了新的采煤循环过程。 [0061] 可选地，参照图2，上述方法中的水切割装置3可以设置在液压支架的顶梁4的下方，水切割装置3包括： [0062] 平台，平台与顶梁4之间通过伸缩缸相连； [0063] 水切割喷头2，可转动地安装在平台上； [0064] 控制单元5，与水切割喷头2通过注水管路6相连，用于控制水切割喷头2的指向和切割动作。 [0065] 伸缩缸的伸缩可以调节水切割喷头的高度和俯仰角，水切割喷头2可以以设定的角度进行转动，因此可以使用多种方式去切割煤壁。可以理解的是，注水管路6可以放置于液压支架内部，减少管路占用的工作空间，避免水切割设备的管路随设备移动时的不便以及带来的安全风险。 [0066] 上述实施例一、二中提供的基于水射流的井下煤矿开采方法，将水切割设备与综采工作面上的设备进行结合，通过注水管将高压水泵与水刀切割设备连接，工作时高压水泵加压，高压水流通过管路到达水刀切割设备喷头处并射出，对煤层进行破碎切割，在保证煤矿支护的同时，有效防止煤壁垮落，改进了煤矿开采工艺。 [0067] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、 “径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0068] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。 [0069] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0070] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。 [0071] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 [0072] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。