[发明专利]采矿机和采矿方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种从地下矿层开采诸如煤的矿物的方法和设备。更详细地说，本发明涉及以高效、安全和低成本方式进行高帮(highwall)地下矿层开采作业的方法和设备。更具体地说，本发明涉及这样的进行高帮地下采矿作业的方法和设备，其中基本上整个矿层能够被采出，能够选择性地使地面塌陷入被开采过的矿层内，而且设备和方法相当简单，同时具有很高的生产效率。

背景技术

很久以来采矿设备是经济有效地进行采矿作业的关键。起初，较厚矿层的地下开采是煤矿事业的主要焦点。随着厚矿层的大量减少以及对这种采矿的其它安全和健康意识的关注，近年来在地表和地下采矿操作中把更多的注意力集中于开采较薄煤层上。为了实现更好的经济效益，对于给定的煤层厚度，地面采矿机在经济上可行的情况下尽可能多地揭去表土层，然后向地下钻孔，进入被揭开的高帮(high wall)，开采出成吨的额外的煤，而无需花费揭去表土的费用。直到近来，这些圆钻孔机限于短地下距离穿透。在传送系统的前面使用连续地下采矿机的高帮采矿机的出现能够显著地提高穿透深度。所有钻孔机和高帮采矿操作的缺点在于局部冒顶和在孔之间留足够的空间来防止整个山丘结构的塌陷。留足够的煤来防止塌陷是非常不经济的，因为在采矿操作之后留下许多煤穴，而且以后可能会以非受控制方式不定期地下沉到钻孔内。传统高帮开采的上述不经济性在矿层表面沿着曲线路径走向的情况下尤其显著，使得当使用间隔地表孔时只有极少部分的矿层被采出。

已经进行多年努力以便提高高帮采矿设备所能达到的开采率。在这方面，已经开发出不同的切割头设计，以便改善切割操作。在改善动力系统和设备可靠性方面也有了发展，以便减少高帮采矿设备的停机时间。

而且，已经努力通过采用较高和较宽切口把高帮采矿机的应用扩展到传统应用之外。在这方面，开发出具有较大直径的切割头，还一起开发出具有较大的马达、提高的传送速度、以及必要的接口设备。另一个更为先进的途径是开发出这样的设备，该设备起初切割出常规的孔，然后把孔的直径扩得稍大一些。在后一方面，通常使用传统的切割设备来水平地形成孔。在大多数情况下，这些高帮采矿机通常在进入阶段切割明显多的矿物，孔的大小仅由扩孔刀具稍微扩大。在这方面，已经开发不同类型的刀具用于扩孔操作，这些刀具在传统的切割中通常被收缩，然后在返回切割操作中伸展开。在其他情况下，在进入阶段可以旋转主刀具或者少量偏离在进入阶段所产生的孔，以便形成回退扩孔切口。

这些组合切割和扩孔机械就复杂性和缺点来说只是很小程度地提高了生产率。在多数情况下，扩孔操作的刀具通常在机器上从进入阶段刀具向后定位。这样当然具有冒顶的可能性，冒顶会把采矿设备埋在地下。结果，经常对扩孔刀具的切割范围进行限制，以便减小冒顶的可能性。这些系统还具有如下缺点，也就是即使切割的是圆孔，也会经常在开采作业完成之后若干年中存在潜在的沉降问题。因此，近年来高帮采矿设备的发展多半是对现有设备和方法的改进。

发明的公开

因此，本发明的一个目的在于提供一种特别适用于形成完全消除沉陷的采矿系统的高帮地下采矿作业的采矿机和方法。本发明的另一个目的是提供这样的采矿机和方法，其中通过切割相对小而且窄的长方形孔进入煤层，从而在采矿作业的进入阶段不易于发生意外塌陷。本发明的再一个目的是提供这样的采矿机和方法，其中在回采作业期间伸展长翼以便进行切割，以便在回采作业期间实现优势开采作业。本发明的再一个目的在于提供一种采矿机，该采矿机利用一对相邻的垂直安装的切割头，这一对切割头在进入矿层期间切割出相对窄的正方形或长方形孔。本发明的再一个目的是提供一种采矿机，其中在进入阶段使用的刀具可移动地安装在一对翼上，用于在进入切割作业阶段定位在前端头。本发明的再一个目的是提供这样的采矿机，其中在翼伸展期间切割头沿着翼长度移动到达缩回切割位置，然后在缩回切割作业期间。本发明的再一个目的是提供这样的采矿机，其中每个翼包括一个把切割的矿物从矿层运输到机器的主框架上的钻孔机传送装置的钻孔机，所述机器与适当的可扩展的传送装置相结合，把切割下的矿物运输到地表。