CN112483088B - 流态化无人反循环采煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供流态化无人反循环采煤方法。方法包括以下步骤：步骤S1，在上回风巷中选定工作工位，将钻采一体机安装到工作工位并调试；步骤S2，通过钻采一体机的导孔钻机由上回风巷向下水平巷钻进反采钻孔；步骤S3，将钻采一体机移动至下一个工位；将导孔钻杆整体接入钻采一体机的反采钻机上；在下水平巷中对钻杆端部安装反采刀盘，反采刀盘反循环开采至上回风巷；同时，在导孔钻机上安装钻杆，并在下一工位导孔；步骤S4，卸下反采刀盘并带到下水平巷，然后重复步骤S3，直至完成一个采煤工作面的反采工作；步骤S5，将钻杆和反采刀盘卸下并固定在钻采一体机上再运送至下一个工作面，然后重复上述步骤S1至步骤S4以对煤层进行反循环开采工作。

Description

流态化无人反循环采煤方法

技术领域

本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及流态化无人反循环采煤方法。

背景技术

煤炭作为我国最主要的一次能源，我国绝大多数的工业生产都离不开煤炭。随着煤炭资源的高强度开采，东部浅部煤质条件较好的煤炭资源逐渐枯竭，遗留下的煤质条件较差的薄煤层情况仍然很严重，其中开采薄煤层的条件下限制了充填综采设备使用，使得解放薄煤层面临这严峻的挑战。同时，大倾角煤层广泛分布于我国新疆、甘肃、宁夏、山西、贵州、重庆、淮南等众多煤炭生产基地。对于大倾角煤层，一般多用水平分段综采或综放采煤法，此时的含煤地层中分层明显的煤层底板在重力作用下向已成空间的变形速率急剧增大，使得“支架－围岩”***稳定性大幅下降，工作面生产与安全事故发生的概率倍增。

现有的薄煤层的开采工艺还是采用滚筒式采煤机进行破煤，机械化采煤过程中采用的传统滚筒式采煤机采用骑跨刮板输送机，齿轮齿轨啮合的配合方式驱动，容易出现下滑、齿轨及行走轮磨损严重等问题，严重危害井下工人的生产安全以及影响煤矿的生产效率和效益。急倾斜煤层综采工作面还面临着众多突出的技术难题，如矿压显现非对称特征使得围岩控制困难；工作面设备滑、倒及架间挤咬现象加剧；设备前移过程中下滑严重、控制困难；煤层底板滑移导致工作面各装备发生下滑、倾倒等现象；综采工作面片帮冒顶、工作面飞矸等难题。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供流态化无人反循环采煤方法，以至少解决目前采用滚筒式采煤机开采薄煤层时容易出现严重问题而危害井下工人的生产安全以及影响煤矿的生产效率和效益等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

流态化无人反循环采煤方法，对煤层工作面进行反向采煤，所述反循环采煤方法包括以下步骤：

步骤S1，在上回风巷中选定工作工位，将钻采一体机安装到所述工作工位并进行调试，其中，钻采一体机至少具有导孔钻机和反采钻机；

步骤S2，导孔钻机提前反采钻机施工，首先将钻杆与钻头连接在所述导孔钻机上，通过所述导孔钻机由上回风巷向下水平巷钻进，以形成反采导孔，所述反采导孔与下水平巷贯通；

步骤S3，将所述钻杆从所述导孔钻机上卸下，并将钻采一体机移动至下一个工位；将所述钻杆安装在所述反采钻机上，在下水平巷中对所述钻杆端部安装反采刀盘，开启所述反采钻机，带动所述反采刀盘沿所述反采导孔向上回风巷对煤层进行反循环开采，直至所述反采刀盘反循环开采至所述上回风巷；

所述反采钻机反循环开采的同时，在所述导孔钻机上安装钻杆，并在下一工位钻进新的反采钻孔，所述导孔钻机钻孔工作提前所述反采钻机反采工作完成；

步骤S4，所述反采钻机在一个工位开采完之后，卸下位于所述上平巷中的反采刀盘并带到所述下水平巷内，同时悬停所述导孔钻机的钻杆，所述反采钻机前移一个工位，将所述悬停的导孔钻机钻杆安装于所述反采钻机上，然后重复步骤S3，直至完成一个采煤工作面的反采工作；

步骤S5，将所述钻杆和反采刀盘卸下并固定在所述钻采一体机上再运送至下一个工作面，然后重复上述步骤S1至步骤S4以对煤层进行反向采煤工作。

如上所述的流态化无人反循环采煤方法，优选地，所述导孔钻机与所述反采钻机在所述钻采一体机的前进方向上以预设间距排布；

其中，所述导孔钻机位于所述钻采一体机前进方向的前方。

如上所述的流态化无人反循环采煤方法，优选地，所述钻采一体机还包括履带牵引车，所述导孔钻机与所述反采钻机对应设置在履带式牵引车上，

所述反采钻机和所述导孔钻机之间可通过定位油缸进行间距调节；

所述导孔钻机与所述反采钻机之间的距离为相邻的两个采煤工位中心的距离。

如上所述的流态化无人反循环采煤方法，优选地，所述钻采一体机的安装与调试具体为，接通所述钻采一体机上所有电机的电源，通电并观察电机转向，接通钻机泵车到操作车、钻机之间的进回油管路，在所述钻采一体机上安装机械手和转盘吊；根据煤层倾角和厚度调整所述钻采一体机的方位并锁紧卡轨器，采用上下支撑油缸将钻机固定，在所述钻采一体机上接通冷却水***。

如上所述的流态化无人反循环采煤方法，优选地，所述反采钻机对应设置有反采机械手臂，所述反采机械手臂用于所述反采钻机回采时连续回收所述钻杆；

所述导孔钻机均对应设置有导孔机械手臂，所述导孔机械手臂用于所述导孔钻机钻孔时接续所述钻杆。

如上所述的流态化无人反循环采煤方法，优选地，所述反采钻机与所述导孔钻机使用的钻杆相互通用；

优选地，所述反采钻机与所述导孔钻机同时工作，所述反采钻机反采时取下的钻杆，用于所述导孔钻机钻进所述反采导孔。

如上所述的流态化无人反循环采煤方法，优选地，在所述步骤S4中，利用卡瓦将所述反采钻机的钻杆抱死并悬停，然后卸下所述钻杆上的所述反采刀盘；并将所述反采刀盘运输至下水平巷；

将所述反采钻机对准下一个工位的所述反采导孔，在所述反采钻机上连接所述钻杆，所述钻杆贯穿所述反采导孔，所述钻杆伸入到所述下水平巷中，在所述下水平巷内对所述钻杆的端部安装所述反采刀盘。

如上所述的流态化无人反循环采煤方法，优选地，所述反采刀盘包括刀盘架，所述刀盘架上设置有机械齿与水射流喷头，所述钻杆与所述刀盘架内设置有通水孔，所述通水孔与所述水射流喷头连通，通过所述通水孔向所述水射流喷头提供高压水；

所述机械齿在刀盘架带动下转动，以切割煤体；

所述水射流喷头向所述刀盘架的径向向外喷出高压水流，以对煤体割缝辅助致裂。

如上所述的流态化无人反循环采煤方法，优选地，所述刀盘架为锥形结构，所述水射流喷头与所述机械齿在所述刀盘架上分多层相互间隔设置；

优选地，所述刀盘架的尾部设有冲洗喷嘴，所述冲洗喷嘴沿所述刀盘架轴向倾斜向下射出高压水流，以通过水力冲蚀落煤。

如上所述的流态化无人反循环采煤方法，优选地，所述下水平巷中设置有刮板式水力输送槽，反采巷中的煤水混合物落入所述刮板式水力输送槽中而被输送出去。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

流态化无人反循环采煤方法能够适用于大倾角的煤层，采用导孔钻机和反采钻机相互配合，一个进行反循环开采，同时另一个钻取反采导孔，在时间工序上，两个钻机能够同时作业，相互不影响，从而提高了反采的效率。而且反采刀盘采用机械齿与高压水射流喷头相互结合的工作方式，能够大大提高反采刀盘的采煤效率，而且本采煤方法无需人员进入反采巷作业区域，采煤方法安全性好、成本低、可靠性高、自动化程度高且劳动强度低。

附图说明

图1为发明实施例中反循环开采与钻孔并行施工示意图；

图2为发明实施例中反采钻机进行反循环开采示意图；

图3为发明实施例中一个采煤工作面施工的流程图；

图4为发明实施例中反采刀盘结构示意图。

图中：1、钻杆；2、刀盘；3、刀盘架；4、通水孔；5、机械齿；6、水射流喷头；7、冲洗喷嘴；8、钻头；10、上回风巷；20、下水平巷；30、钻采一体机。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明的具体实施例，如图1-4所示，本发明提供流态化无人反循环采煤方法。该采煤方法能够对大倾角煤层工作面进行反向采煤，即从煤层工作面下方向上方进行采煤。沿着工作面走向方向分为若干反采巷，反采巷中有若干反采孔。下面选取其中四条反采孔(每条反采巷宽3-5m，反采孔直径约为反采刀盘直径)对钻采平行作业工序进行描述。采钻平行作业工序开始时，需要进行单独的导孔开钻，然后就是采钻与推进循环作业，作业工序简单，采钻操作距离较近。其基本作业工序为：安装钻机→初始导孔(钻)→采钻并行→推进钻机和移装刀盘→采钻并行→推进钻机和移装刀盘。

具体的，反循环采煤方法包括以下步骤：

步骤S1，在上回风巷10中选定工作工位，将钻采一体机30安装到工作工位并进行调试，其中，钻采一体机30至少具有导孔钻机和反采钻机。

钻机的安装和调试的主要工作有：

钻采一体机30的安装与调试具体为，接通钻采一体机30上所有电机的电源，通电并观察电机转向，接通钻机泵车到操作车、钻机之间的进回油管路，在钻采一体机30上安装机械手和转盘吊，机械手包括反采机械手臂与导孔机械手臂；根据煤层倾角和厚度调整钻采一体机30的方位并锁紧卡轨器，采用上下支撑油缸将钻机固定，在钻采一体机30上接通冷却水***。

具体的，在上回风巷10选定钻机工位，底板清理平整。然后，将反向钻机运输到位，根据煤层倾角和厚度等地质信息调整好钻机方位，采用上下支撑油缸将钻机固定，安装循环泵和管路，接通电源和水源，将钻杆1和导孔钻头8连接在钻机上，由上向下钻进导孔，钻进过程中通过机械手臂逐渐加长钻杆1，直到钻头8和下水平巷20道贯通。对于松软地层和过度地层采用低钻压，对于硬岩稳定地层采用较高钻压。在本实施例中，在钻透下水平透点3米左右，应逐渐降低钻压。导孔钻机上安装有钻进行程及钻杆1倾角、方位角监测传感器，以实时监测钻孔钻进质量。特别的，反采钻机应提前导孔钻机一定距离，并通过履带牵引车上布置的定位油缸调节距离大小，反采钻机和导孔钻机距离为相邻的两个采煤工位中心的距离(即反采刀盘直径)；导孔钻机与反采钻机的旋转方向相反。

步骤S2，导孔钻机提前反采钻机施工，首先将钻杆1与钻头8连接在导孔钻机上，通过导孔钻机由上回风巷10向下水平巷20钻进，以形成反采导孔，反采导孔与下水平巷20贯通。下水平巷20中设置有刮板式水力输送槽，反采巷中的煤水混合物落入刮板式水力输送槽中而被输送出去。

在步骤S2中，初次导孔钻进是进行第一个反采工作面的准备工作。一般情况下，导孔钻进采用高速钻进。动力头向下给适当压力，正向旋转即可。当钻井深度一定时，考虑钻具自重影响，压力逐步减小；必要时，调整平衡阀来控制。此外通过导孔钻进轨迹监测***实时监测、评价导孔钻进质量。对于松软煤岩采用低钻压，对于坚硬煤岩层采用较高钻压。在钻透下水平透点3米左右，应逐渐降低钻压。

步骤S3，在反采导孔钻取完成后，直接将钻杆1从导孔钻机上卸下，使得钻杆1保留在反采导孔中，然后将钻采一体机30移动至下一个工位，在反采钻机对准反采导孔后，将位于反采导孔中的钻杆1安装到反采钻机上。在下水平巷20中的钻杆1端部安装反采刀盘2，开启反采钻机，带动反采刀盘2沿反采导孔向上回风巷10对煤层进行反循环开采，直至反采刀盘2反循环开采至上回风巷10，反采钻机反循环开采的同时，导孔钻机在下一工位钻进新的反采钻孔。

在步骤S3中，导孔钻透后，在下水平巷20卸下导孔钻头8，接上反采刀盘2。操作台开启一键开采模式，反采钻机、钻机、钻杆1摇臂、刮板筛、水射流等设备多机联动。通过导孔钻机设置的记忆钻进控制***将对反采工作面的钻进速率、转速、输出功率、水射流压力、钻压等进行自动控制。反采同时，下一导孔钻进开始。反采过程中卸下的钻杆1，在导孔钻进中使用，实现钻杆1共用。

反采钻机的钻杆1需提前安装在反采钻孔中，然后在钻杆1端部安装反采刀盘2，通过反采钻机驱动钻杆1旋转并向上提升钻杆1，使得刀盘可以边旋转边自下而上提升破煤。

反采钻机对应设置有反采机械手臂，反采机械手臂用于反采钻机回采时连续回收钻杆1；导孔钻机均对应设置有导孔机械手臂，导孔机械手臂用于导孔钻机钻进时接续钻杆1。反采钻机与导孔钻机使用的钻杆1相互通用，优选地，反采钻机与导孔钻机同时工作，反采钻机反采时取下的钻杆1，用于导孔钻机钻进反采导孔。反采机械手臂与导孔机械手臂的结构相同，两者均具有回收和接续钻杆的功能。

反采钻机反循环开采的同时，导孔钻机在下一工作工位进行钻进，并收回钻杆1及钻头8，形成新的反采导孔，导孔钻机钻孔工作提前反采钻机反采工作完成。

步骤S4，反采钻机在一个工位开采完之后，反采刀盘2被带到上回风巷10内，悬停反采钻机的钻杆1，从钻杆1上卸下反采刀盘2，并将反采刀盘2带到下水平巷20中，然后重复步骤S3，直至完成一个采煤工作面的反采工作。

反采钻机在一个工位开采完之后，卸下位于上平巷中的反采刀盘并带到所述下水平巷内，同时悬停导孔钻机的钻杆，反采钻机前移一个工位，将悬停的导孔钻机钻杆安装于反采钻机上，然后重复步骤S3，直至完成一个采煤工作面的反采工作。

在步骤S4中，利用卡瓦将导孔钻机的钻杆1抱死并悬停。然后，卸下反采钻机的刀盘，并运送至下巷。与此同时，移动钻机前进至下一反采巷位置，将反采钻机对准下一个工位的反采导孔，在反采钻机上连接钻杆1，钻杆1贯穿反采导孔，钻杆1伸入到下水平巷20中，在下水平巷20内的钻杆1的端部安装反采刀盘2，至此，悬停钻杆1、推进钻机和移装刀盘联动完成，可进行下一反采工序。

具体的，采中的反采刀盘2完成采煤工作后，其位置应处于上回风巷10内，此时卸下刀盘，并通过运输设备将刀盘从采区安全通道运送至下水平巷20；由于反循环开采后，刀盘位于上回风巷10，这时候需要把刀盘运送到下水平巷20，运送过程中会消耗时间，因此，需要在下水平巷布置备用的反采刀盘，例如图3中显示有两个反采刀盘，其中一个为备用刀盘，采用备用的反采刀盘开采。也就是至少布置一个备用刀盘，进行交替接续。在运送刀盘的同时，将钻采一体机30沿上回风巷10整***移一个工作工位，使反采钻机对应下一工作工位的反采导孔位置，并通过机械手臂接续钻杆1放入反采导孔，随后连接刀盘，开启反采钻机进行新的反采工作。此时，导孔钻机位置应对应下一需要钻孔的工位，此时通过机械手臂接续钻杆1，实现新的反采导孔钻孔工作。由此，形成反采与导孔的并行作业。

步骤S5，一个工作面的反采结束后，直接将钻杆1和反采刀盘2卸下并固定在钻采一体机30上再运送至下一个工作面，然后重复上述步骤S1至步骤S5以对煤层进行反向采煤工作。

钻采一体机30包括导孔钻机与反采钻机，导孔钻机与反采钻机的旋转反向相反，导孔钻机与反采钻机的结构相同，导孔钻机与反采钻机在钻采一体机30前进方向上并列设置，导孔钻机位于反采钻机沿钻采一体机30前进方向的后方。导孔钻机与反采钻机均固定在履带式牵引车上，使得导孔钻机和反采钻机可同时移动；并通过履带牵引车上布置的定位油缸调节两个钻机之间距离大小，优选地，导孔钻机与反采钻机之间的距离为反采刀盘2的直径。在本实施例中，履带牵引车上设有导轨，导孔钻机与反采钻机至少一者滑动装配在导轨上，并在导孔钻机与反采钻机设置有定位油缸，以调整两者之间的距离。

钻采一体机30是完成反向采煤施工的核心装备，同时配合其他辅助设备构成反采***。反采钻机主机部分包括主机、液压控制、泵站、油箱和电控***等。操作台是控制和操纵钻机工作的中心，它主要由各种控制和操纵的阀及仪表组成，通过管路、线缆控制钻机的工作，监控钻机的工作状态。钻具部分包括导孔钻头8、反采刀盘2、钻杆1等。

钻机辅助***由冷却、出渣、循环、测量、供水、供电等构成。反向钻机提供钻具旋转和推进，旋转***是由泵站产生高压油驱动液压马达转动，通过减速箱减速使主轴产生转矩，再由连接在主轴上的各级钻杆1向钻头8传递。同时，泵站产生的高压油驱动推进油缸，带动动力头沿钻架的轨道做往复运动，通过钻杆1的传递，使钻头8产生对煤岩的压力，配合转动，在机械力作用下破碎岩石。

钻采一体机30具有两台钻进机构，一台用于反采，另一台用于施工导孔，两台钻机之间的间距可通过钻机之间的液压油缸控制，以适应不同的反采钻孔重叠量。两台钻机同时布置在一个平台上，整体表现为一台机器、两台钻机的形式，可称为“一机两钻”。导孔钻机上安装有钻进行程及钻杆1倾角、方位角监测传感器，以实时监测、评价钻孔钻进轨迹，必要时进行纠偏作业。钻机可通过履带自行移动，整体通过销轴铰与动力***接在一起。

钻采一体机30安装时，需要将整机移装到位并固定好，根据煤层倾角、厚度等信息调整好钻机工位，钻机起立时，由起立液压缸推进，将钻架按照不同倾角竖立起来，用下支撑调整钻架并锁紧，再将上支撑顶牢巷道顶板，安装好转盘吊、机械手、前后拉杆，便可进行钻进。钻机可在平台四面旋转，并且钻机倾角可调，适用于各种倾角的煤层和各种位置的煤层。为减少工人劳动强度，钻机钻杆1的搬运及拆卸等工序设计由自动控制的机械手完成。

由于钻机固定在底板上，斜侧为反采巷采空区，会存在钻机稳定性问题，本采钻一体钻机具有上顶油缸，有效支撑顶板的同时，利用顶板提供的反作用力稳定钻机。另外，在设计和施工时需要尽可能减小钻机重量、减小钻杆1和刀盘重量、增加截割速度。

导孔钻至运输巷上帮后，在运输巷拆掉导孔钻头8，安装反采刀盘2，由下向上反采，直到和上水平贯通。反采过程逐渐拆除钻杆1，反采的煤体，一方面靠重力自溜落煤，另一方面靠刀盘高压水射流割缝落煤。

反循环开采的主要钻具为反采刀盘2。反采刀盘2破煤原理包括截齿机械破煤、垂直于钻杆1方向的高压水射流割缝辅助致裂、与钻杆1呈30-60°夹角的大流量水力冲蚀落煤三部分。

反采刀盘2包括刀盘架3，刀盘架3上设置有机械齿5与水射流喷头6，钻杆1与刀盘架3内设置有通水孔4，通水孔4与水射流喷头6连通，通过通水孔4向水射流喷头6提供高压水；机械齿5在刀盘架3带动下转动，以切割煤体；水射流喷头6向刀盘架3的径向向外喷出高压水流，以对煤体割缝辅助致裂。

刀盘架3上设置有普通机械齿5，高压水射流喷头6与机械齿5间隔布置，与机械齿5间隔布置的高压水射流割缝辅助致裂，高压水通过钻孔和刀盘内置的水管线由高压水射流喷头6喷出。优选地，刀盘架3为桁架结构，桁架结构为锥形。

刀盘架3为锥形结构，水射流喷头6与机械齿5在刀盘架3上分多层相互间隔设置；刀盘架3的尾部设有冲洗喷嘴7，冲洗喷嘴7沿刀盘架3轴向倾斜向下射出高压水流，以通过水力冲蚀落煤。

在本实施例中，煤层为气煤，煤质较硬、裂隙发育明显，不需要采用普通的凿岩刀盘进行研磨破煤，仅需要采用机械齿5即可，而且不需要密集布置，刀盘基础为桁架结构。反采刀盘2采用辅助水力切割的方法进行煤体预破裂，一方面可减小截齿机械破煤所需的截割力，降低功率，另一方面可作为冷却水保护截齿；刀盘向上钻进过程中采用高压水射流切缝可致裂刀盘周边约0.7m左右的煤体，随后通过钻杆1呈30-60°夹角的大流量水枪将已经碎裂的煤体冲蚀落煤。

刀盘直径可根据现场实际煤层厚度调控，本案例刀盘直径为2.5m，水力切割半径0.75m，即水力切割的范围为刀盘***的宽度为0.75m的圆环形，因此，机械和水力割煤总直径可达4m。

反采巷道煤炭运输主要采用自重运煤和水力冲洗运煤，对于倾角不是特别大的煤层，可辅助采用耙斗扒煤。

使用水力冲洗运煤的优势是无需额外增加装备即可实现反采巷煤炭的运输。在反采刀盘2尾部设置水力冲洗钻孔，利用原有水力割煤管路，通过智能控制技术实现高低压水流换向，高压割煤、低压冲洗。其工作原理为：采用高压水射流割煤，然后通过水力冲蚀技术冲击割裂的煤，水力冲蚀的水又在反采巷中承担水力运煤的作用。

从反采巷运送到下巷的煤水混合物最终落到运输巷刮板式水力输送槽上，为煤水在运输巷道的运送方式和煤水分离工艺。

钻采一体机30至少具有导孔钻机和反采钻机，反采钻机反采，导孔钻机导孔，导孔后等待反采结束(导孔待采)。

提高反采效率的关键是反采工作的连续性。如果采用一个钻机，钻完再采，则工作效率极低。因此，需要采用一机两钻的形式，一钻一采，反采工作结束前，下一个打孔工作已经完毕。需要通过智能控制技术实现采钻并行，导孔待采。具体流程为：在反采刀盘2提升到钻机位置之前，下一导孔工作已经完毕，并且钻杆1固定到位，另一反采刀盘2也安装到位。

反采钻机和导孔钻机钻杆1共用(钻杆1自动接续)，为减少工人劳动强度、提高钻进效率，设计采用机械化、自动化方式完成反采钻杆1和导孔钻杆1的搬运与接续。钻杆1长度为1.6～2.0m，在采钻期间实现钻杆1共用，减小储存空间和钻杆1用量。

钻机、刮板与反采刀盘2联控联动，在钻机推进期间，需要完成刮板输送机的移动、反采刀盘2由上巷到下巷的运送，即完成反采机、刮板筛和反采刀盘2的联动，需要一体化控制。刀盘采用单轨吊从上巷运输到下巷，下巷水槽中的刮板可通过绞车推移。

生产过程中可以将钻进速度、钻头8位置、刀盘位置、落煤量等数据和信息有效关联，通过集中控制平台发布指令，对所有子***实施协调、联控。

辅助运输***主要是为材料与设备运输服务。反采工艺中需要的钻机设备(即钻采一体机)、钻杆1、反采刀盘2等可通过单轨吊进行运输。由于整个工作面推进距离较长，为方便刀盘从上巷到下巷的运输，在中部设置有联巷，开采前期，可通过远处联巷运输刀盘，开采后期可使用中部联巷运输。

在本实施例中，煤矿的工作面直接顶为灰岩，厚度较大，为中低强度复合顶板，若采用垮落法管理顶板，可能会对开采过程造成干扰，对人员及设备造成损害。因此，反采工作面设计采用留煤柱或部分充填等方式控制顶板。留煤柱管理顶板与房柱式采煤法的原理类似，即采掉煤房后，留部分煤柱支撑顶板。反采工作面采用部分充填管理顶板时的实施方案有三种：反采面采后全部充填(连采全充)、反采面开采与充填间隔进行(连采半充)和反采巷采后反采巷部分充填(连采少充)。三种方法相比，连采全充与新矿集团正在推广的连采连采技术类似，控制地表沉陷的效果最好。与之相比，连采少充对顶板控制挑战大，但最经济。为保障下巷留巷效果及作业安全，需要对反采面采空区下水平巷20(运输巷)进行巷旁充填。充填率在20％～40％之间，具体需要根据顶板控制效果确定。

前期可采用边界联巷通风，后期工作面作业区域推过中间联巷后，为降低通风线路长度、防止采空区漏风，可在两巷内侧打密闭墙后采用中部联巷通风。

反采法是一种新型的连采连充工艺，对于大倾角煤层具有良好的适用性，尤其是对与急倾斜厚煤层，适应性及开采效率更高。该方法具有如下技术优势：

1、钻机设备比较成熟，仅需要设计刀盘、钻头、机身等装置即可实现，成本较低，一次投资相对较少。

2、对刀盘装配高压水喷嘴，使得机械齿与高压水射流喷头相互配合使用，

3、钻采一体机设计采用履带式行走机构，运行灵便，钻采一体机同时设置两个钻机，两个钻机相互配合，互不影响。

4、人员及主要设备均不进入反采巷作业区域，因此不需对巷道进行支护，与掘进机、连采机掘进相比安全性好、成本低。

5、采煤、运输***较为简单，且动力***外置与上下巷，易维护、可靠性高。

6、适应煤层厚度变化的能力强。可通过改变水射流压力或刀盘尺寸的方式适应煤层厚度变化较大的煤层。

7、可实现设备自动化、集中化控制，用人少，劳动强度低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.流态化无人反循环采煤方法，对煤层工作面进行反向采煤，其特征在于，所述反循环采煤方法包括以下步骤：

步骤S1，在上回风巷中选定工作工位，将钻采一体机安装到所述工作工位并进行调试，其中，钻采一体机至少具有导孔钻机和反采钻机；

步骤S2，导孔钻机提前反采钻机施工，首先将钻杆与钻头连接在所述导孔钻机上，通过所述导孔钻机由上回风巷向下水平巷钻进，以形成反采导孔，所述反采导孔与下水平巷贯通；

步骤S3，将所述钻杆从所述导孔钻机上卸下，并将钻采一体机移动至下一个工作工位；将所述钻杆安装在所述反采钻机上，在下水平巷中对所述钻杆的端部安装反采刀盘，开启所述反采钻机，带动所述反采刀盘沿所述反采导孔向上回风巷对煤层进行反循环开采，直至所述反采刀盘反循环开采至所述上回风巷；

所述反采钻机反循环开采的同时，在所述导孔钻机上安装钻杆，并在下一个工作工位钻进新的反采钻孔，所述导孔钻机钻孔工作提前所述反采钻机反采工作完成；

步骤S4，所述反采钻机在一个工作工位开采完之后，卸下位于所述上回风巷中的反采刀盘并带到所述下水平巷内，同时悬停所述导孔钻机的钻杆，所述反采钻机前移一个工作工位，将悬停的所述钻杆安装于所述反采钻机上，然后重复步骤S3，直至完成一个采煤工作面的反采工作；

步骤S5，将所述钻杆和反采刀盘卸下并固定在所述钻采一体机上再运送至下一个工作面，然后重复上述步骤S1至步骤S4以对煤层进行反向采煤工作；

所述导孔钻机与所述反采钻机在所述钻采一体机的前进方向上以预设间距排布；

其中，所述导孔钻机位于所述钻采一体机前进方向的前方；

所述钻采一体机还包括履带牵引车，所述导孔钻机与所述反采钻机对应设置在履带式牵引车上，

所述反采钻机和所述导孔钻机之间可通过定位油缸进行间距调节；

所述导孔钻机与所述反采钻机之间的距离为相邻的两个工作工位中心的距离；

所述反采钻机对应设置有反采机械手臂，所述反采机械手臂用于所述反采钻机回采时连续回收所述钻杆；

所述导孔钻机均对应设置有导孔机械手臂，所述导孔机械手臂用于所述导孔钻机钻孔时接续所述钻杆；

所述反采钻机与所述导孔钻机使用的钻杆相互通用；

所述反采钻机与所述导孔钻机同时工作，所述反采钻机反采时取下的钻杆，用于所述导孔钻机钻进所述反采导孔；

所述反采刀盘包括刀盘架，所述刀盘架上设置有机械齿与水射流喷头，所述钻杆与所述刀盘架内设置有通水孔，所述通水孔与所述水射流喷头连通，通过所述通水孔向所述水射流喷头提供高压水；

所述机械齿在刀盘架带动下转动，以切割煤体；

所述水射流喷头向所述刀盘架的径向向外喷出高压水流，以对煤体割缝辅助致裂；

所述刀盘架为锥形结构，所述水射流喷头与所述机械齿在所述刀盘架上分多层相互间隔设置；

所述刀盘架的尾部设有冲洗喷嘴，所述冲洗喷嘴沿所述刀盘架轴向倾斜向下射出高压水流，以通过水力冲蚀落煤；所述冲洗喷嘴与钻杆角度为30-60°。

2.根据权利要求1所述的流态化无人反循环采煤方法，其特征在于，所述钻采一体机的安装与调试具体为，接通所述钻采一体机上所有电机的电源，通电并观察电机转向，接通钻机泵车到操作车、钻机之间的进回油管路，在所述钻采一体机上安装机械手和转盘吊；根据煤层倾角和厚度调整所述钻采一体机的方位并锁紧卡轨器，采用上下支撑油缸将钻机固定，在所述钻采一体机上接通冷却水***。

3.根据权利要求1所述的流态化无人反循环采煤方法，其特征在于，在所述步骤S4中，利用卡瓦将所述反采钻机的钻杆抱死并悬停，然后卸下所述钻杆上的所述反采刀盘；并将所述反采刀盘运输至下水平巷；

将所述反采钻机对准下一个工作工位的所述反采导孔，在所述反采钻机上连接所述钻杆，所述钻杆贯穿所述反采导孔，所述钻杆伸入到所述下水平巷中，在所述下水平巷内对所述钻杆的端部安装所述反采刀盘。

4.根据权利要求1所述的流态化无人反循环采煤方法，其特征在于，所述下水平巷中设置有刮板式水力输送槽，反采巷中的煤水混合物落入所述刮板式水力输送槽中而被输送出去。

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