急倾斜煤层临界伪倾斜工作面支护装置的制作方式

本发明专属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种急倾斜煤层临界伪角开采方法及设备。

背景技术：

急斜煤层采煤工作面伪斜布置，可变急斜煤层为“缓斜”或“倾斜”工作面开采，提高工作面支护及开采设备的自稳性能、改善作业环境，提高工作面效能及安全效益。

工作面伪斜布置，是急倾斜煤层开采的常用方法之一，其优点是工作面伪斜布置可以减缓工作面倾角，有利于工作面设备防倒防滑。伪斜布置分为伪仰斜布置(进风端头超前回风端头)和伪俯斜布置(回风端头超前进风端头)两种，其中，伪俯斜布置特别有利于防止煤壁片帮。一般情况下，工作面伪俯斜角度为3°-5°，工作面布置的支架、采煤机与刮板输送机均采用具有防倒防滑功能的常规装备。截止目前，国内外仅有四川广能集团李子垭煤矿将常规的液压支架的顶梁进行了改装，改装后支架适应的工作面伪俯斜角最大可达12°，重庆松藻集团逢春矿采用专门设计的异形液压支架使工作面伪俯斜角达到了17°，但煤层厚度只有1.3m。

但当煤层倾角大于55°且煤层厚度大于2.0m时，若仍然采用工作面倾向布置走向推进的长壁开采方法，现行较小的伪斜角度就无法有效解决工作面设备倒滑及煤壁片帮等安全生产难题。

技术实现要素：

现有倾角大于55°、煤层厚度大于2.0m的急倾斜煤层采用传统的工作面伪斜布置方式进行开采时，开采设备的倒滑及煤壁片帮问题不能有效解决，为了解决该技术问题，本发明提供一种急倾斜煤层临界伪倾斜工作面支护装置，本发明是针对现行急倾斜煤层长壁综合机械化开采的工作面伪斜布置方式及工作面设备的弊端进行的改进。

本发明的技术解决方案为：

一种急倾斜煤层临界伪倾斜工作面支护装置，其特殊之处在于：

顶梁、底座、导向轨以及推杆，采煤机沿导向轨行走，所述导向轨通过推杆固定在底座上，伪俯斜工作面的真倾角β大于松散煤体的自然安息角35°，所述底座底部与伪俯斜工作面的伪斜方向平行，底座底部形成溜煤通道；

伪俯斜工作面的形成：沿煤层倾斜方向分别掘进回风巷道与运输巷道，回风巷道端头超前运输巷道端头，将回风巷道端头与运输巷道端头之间掘通形成伪俯斜工作面，保证回风巷道端头超前运输巷道端头的距离与伪俯斜工作面真倾斜方向的长度l相等，形成伪俯斜工作面与煤层走向方向呈45°布置。

进一步的，所述导向轨与伪俯斜工作面伪斜方向平行。

进一步的，所述工作面支护装置还包括采煤机辅助导向组件，所述采煤机辅助导向组件包括设置在采煤机上的悬臂定向轮，以及设置在顶梁上的悬吊导向轨，所述悬臂定向轮与悬吊导向轨相适配。

进一步的，伪俯斜工作面与煤层走向方向呈45°布置，所述底座靠近煤壁的一侧与运输巷道呈45°夹角。

进一步的，悬臂定向轮为伸缩式。

本发明具有的有益效果：

1)采用本发明所提供的支护装置，能够在急倾斜伪俯斜开采的伪斜角由目前最大的17°改变为45°时，可有效防止工作设备的倒滑，同时伪俯斜开采可有效防止煤壁片帮。

2)本发明提供了一种用于急倾斜煤层临界伪斜角开采的异形液压支架，通过将顶梁与底座调整为非规则的平行四边形，实现了顶梁与煤壁的良好贴合，解决了传统支架在伪斜开采过程中存在的端面空顶面积大的问题。

3)本发明取消了中部溜槽，但依然实现了破碎煤体的自溜运输，从根本上解决了伪俯斜开采推溜困难的问题，同时节约了工作面装备费用及开采设备的能耗。

4)本发明采用采煤机行走轨道与支架顶梁悬吊导向轨相结合的方法，实现了采煤机在工作面的平稳安全行走。

附图说明

图1急倾斜煤层临界伪斜角开采工作面布置示意；

图2工作面支护及开采装备示意；

图中，1-采煤机行走导向轨，2-行走导向轨推杆3-采煤机悬吊导向轨4-采煤机悬吊导向滑轮机构，5-采煤机，6-底座，7-顶梁，8-液压缸，9-伸缩顶杆。

具体实施方式

实施例1：一种急倾斜煤层临界伪斜角综合机械化开采方法，包括以下流程：

1)临界伪倾角工作面布置

1.1)工作面沿倾向布置，沿走向推进，回风端头的超前距离等于工作面在真倾斜方向的投影长度，即伪俯斜角度为45°(定义为临界伪斜角)；

1.2)当煤层倾角大于55°时，工作面伪俯斜角设计应满足：保证工作面溜煤通道倾角大于松散煤体的自然安息角(散体煤的自然安息角为35°)，采煤机破碎的煤体可以自溜至运输端头，因此可以取消工作面中部溜槽的输送机。经计算，当煤层倾角大于55°时伪斜角只要恒大于45°即可保证破碎煤体沿溜煤通道自溜。

2)在用于采煤工作面的布置支护装置及采煤机

2.1)工作面支护装置包括顶梁、底座、导向轨、以及推杆，采煤机沿导向轨行走，所述导向轨通过推杆固定在底座上，底座底部与伪俯斜工作面的伪斜方向平行，底座底部形成溜煤通道。为了确保55°以上急倾斜煤层的伪俯斜工作面的溜煤通道倾角大于散体煤的自然安息角35°，工作面的临界伪斜角大小应设置为45°，即回风端头的超前距离等于工作面在真倾斜方向的投影长度。工作面支架的顶梁与底座均由矩形改良为异形，靠近煤壁一侧的斜边与运输巷道呈45°夹角；为了使支架顶梁及底座能够与煤壁平行，在端面不产生过大无支护空隙，将支架顶梁与底座均由传统的矩形改造为异型，即支架顶梁与底座在靠近煤壁一侧的斜边与运输巷道呈45°夹角；

2.2)支架底座通过推杆与专用的采煤机行走轨道相连接，行走轨道与工作面伪斜方向平行；

2.3)为了保证采煤机行走过程中不掉道，支架顶梁设有悬吊导向轨，设置与在采煤机上的悬臂定向轮与悬吊导轨搭接，保证采煤机的稳定性。

3)采煤机由工作面上端头斜切进刀，采煤机沿行走轨道上行割煤，单架依次顺序式移架，及时支护，破碎煤体在重力作用下自溜至运输端头并运出。由于采煤机破碎的松散煤体可以实现自溜，因此可以取消工作面中部溜槽，从根本上解决了伪俯斜工作面推溜困难的问题；在取消工作面中部溜槽后，为解决采煤机的行走问题，设置采煤机专用的行走轨道，通过推杆与支架底座相连接，采煤机可在行走轨道上沿与煤壁平行的方向行走。

实施例2：如图1(a)所示，临界伪俯斜角工作面布置：沿煤层走向分别掘进回风巷道与运输巷道，回风巷道端头超前运输巷道端头的距离与工作面真倾斜方向的长度l相等，工作面回风巷道端头与运输巷道端头之间掘通开切眼，形成的伪俯斜工作面与煤层走向方向呈45°夹角(临界伪斜角)。

实施例3：如图1(b)所示，伪俯斜工作面的真倾角β与煤层倾角α及临界伪斜角γ之间的空间几何关系为：

l1sinβ＝l1cosγ·sinα (1)

当煤层倾角α为55°时，要保证采煤机割下的煤可以自溜，则伪俯斜工作面的真倾角应大于35°(松散煤体的自然安息角)，即：

sinβ>sin35°＝0.574 (2)

将(1)代入(2)得：

cosγ·sin55°>0.574 (3)

求解得：当γ＝45°且α≥55°时，工作面的真倾角β恒大于35°，因此确定临界伪斜角的大小为45°。

实施例4：如图2a所示，工作面支护及采煤设备：支架为异型液压支架，顶梁与底座靠近煤壁一侧的斜边与运输巷道呈45°夹角；液压支架底座通过行走导向轨推杆2与采煤机行走导向轨1相连接，采煤机5骑坐于采煤机行走导向轨1上，来回行走割煤。

工作面与运输巷道之间的夹角为45°，伪斜工作面真倾角大于破碎煤矸的自然安息角35°，采煤机割下的破碎煤体可沿工作面底板实现自溜，无需刮板输送机运输，因此可以取消刮板输送机，整个工作面断面实质上就形成了一个溜煤通道。

实施例5：进一步的，由于采煤机的稳定性难以通过单一的行走轨道进行控制，因此在支架顶梁下部设置悬吊导向轨，如图2b所示，再通过采煤机上安装的可伸缩悬臂定向轮与悬吊导向轨搭接，保证采煤机的稳定性。为了保证采煤机在行走过程中的稳定性而不至掉道，在采煤机背面左右两侧各设置采煤机悬吊导向滑轮4，与设置在支架顶梁下侧的采煤机悬吊导向轨搭接3，起到采煤机辅助行走与导向作用