本发明涉及煤炭开采技术领域，特别涉及一种极薄煤层的开采方法。
背景技术：
薄煤层储量占我国煤炭总储量的20％，达到61.5亿吨，0.8米以下的极薄煤层占我国煤炭总储量的13.98％，目前我国开采薄煤层的比例仅为7.32％，极薄煤层的开采率不到5％。长期以来，由于极薄煤层在设备的能力，安装，检修，操作上都受到极大的限制，生产极薄煤层产量低，成本高，工人劳动强度大的问题一直没有得到有效的解决，很多煤矿只能放弃低于0.8米以下极薄煤层的开采，极大的浪费国家煤炭资源。
近年来，随着厚及中厚煤层储量的减少和煤炭资源的日趋贫乏，薄及极薄煤层的开采已经引起国家能源及安全生产部门的高度重视，我国中厚以上煤层的开采技术已经日臻成熟，但极薄煤层的开采技术几乎空白，同时我国极薄煤层不仅分部广泛且煤质较好，因此，在煤炭资源日益紧张的情况下，研发本技术，对极薄煤层资源的开发利用，延长煤矿矿井的开采服务年限，提高煤矿极薄煤层的开采率，降低煤矿开采极薄煤层的生产成本，提高国家煤炭资源利用率具有重大意义。
目前煤矿极薄煤层常用的开采方法如下：
1.巷柱式采煤法，该采煤方法的主要缺点有：
(1)巷道掘机进量大，生产成本高，经济效益低。
(2)运输系统复杂，运输设备投入大，设备耗电量大。
(3)大量时间用于掘进，不能稳定生产，产量低。
(4)采用人工刨煤，安全风险高，煤矿主管部门严令禁止使用的采煤方法。
2.螺旋钻机采煤法，该采煤方法的主要缺点有：
(1)设备依靠进口，投资大，维修不方便。
(2)巷道断面要求高，巷道断面必须大于12平方米以上，巷道掘进时需要挑顶或卧底才能满足钻采机的要求，因而岩石掘进量太大，存在采掘比例失调的问题。
(3)钻孔方向难以控制，钻孔容易偏斜难以发现，资源回收率低。
(4)装卸钻杆劳动强度较大，需要很长时间，不能持续稳定生产。
3.综合机械化采煤法，该采煤法的缺点是：
(1)设备初期投资较大，极薄煤层储量不大的煤矿没有实际投资价值，无法收回投资成本。
(2)对煤矿的井巷断面要求高，设备安装搬迁成本较高，耗费大量时间。
(3)采煤正常推进过程中，为了满足设备及支护高度，需要采煤机切割煤层顶板或者底板，大量顶底板岩石混入煤炭当中导致煤炭质量大幅度下降。
(4)支护非常困难，支护环境差，需要人工跟随采煤机清理浮煤，工人劳动强大。
(5)不能适应45度以上倾角的煤层开采。煤层倾角适应性差。
(6)对采高变化和坡度变化适应性较差，更换滚筒和机组的时间太长。
技术实现要素：
针对现有技术不足，本发明解决的技术问题是提供一种极薄煤层的开采方法，解决开采0.8米以下厚度煤层的问题。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种极薄煤层的开采方法，包括以下开采步骤：
第一步，布置长壁后退式采煤工作面，工作面包括工作面回风巷和工作面运输巷，工作面运输巷及工作面回风巷沿煤层顶板卧底掘进，掘进施工到采空区边界后，留出保护煤柱施工上山切眼,切眼巷贯通后形成工作面切眼，煤层的工作面切眼包括上山切眼、下山切眼、运输巷切眼和回风巷切眼，进行开采前的准备工作；
第二步，安装金刚石串珠绳主机，所述金刚石串珠绳主机安装在主机行走基座上，所述主机行走基座滑动连接在重型轨道上，所述重型轨道固定在工作面运输巷的底部；所述金刚石串珠绳主机上转动连接有主动轮，所述金刚石串珠绳主机包括金刚石串珠绳；
第三步，安装导向部分，导向部分沿着工作面运输巷、工作面运输巷切眼煤壁、工作面回风巷切眼煤壁、工作面回风巷布置呈“u”型；
第四步，安装金刚石串珠绳，所述金刚石串珠绳的一端连接在主动轮上，所述金刚石串珠绳的另一端沿着导向部分安装后折返至主动轮处，金刚石串珠绳的两端连接在一起并且绷紧在主动轮上；
第五步，开动金刚石串珠绳主机，主动轮带动金刚石串珠绳旋转，金刚石串珠绳主机同时在主机行走基座上行走实现对煤层的连续切割。
进一步，所述导向部分包括所述运输巷切眼煤壁处安装金刚石串珠绳的第一导向轮，所述工作面回风巷靠近上山切眼处安装有金刚石串珠绳托轮，在回风巷切眼煤壁处安装有金刚石串珠绳的第二导向轮；第一导向轮的数量均设置为主动轮数量的2倍；所述金刚石串珠绳的一端连接在主动轮上，所述金刚石串珠绳的另一端依次穿过其中一个第一导向轮、其中一个第二导向轮、金刚石串珠绳托轮、另一个第二导向轮、另一个第一导向轮后回到主动轮，金刚石串珠绳的两端连接在一起并且绷紧在主动轮上。
进一步，还包括刮板运输机，所述刮板运输机水平安装在工作面运输巷内并且位于金刚石串珠绳的正下方；切割后的煤炭产品由刮板运输机运输至煤仓。
进一步，当煤层为缓倾斜极薄煤层时，在工作面回风巷安装液压推杆将切割后的煤炭推入工作面运输巷，再用刮板运输机将煤炭产品运输至煤仓。
进一步，还包括液压工作站，所述液压工作站电性连接有液压支架和液压支柱，液压支架和液压支柱用于采煤的工作面的上下安全出口的支护。
进一步，相邻两个所述重型轨道之间可拆卸连接。
进一步，相邻两个主机轨道基座之间可拆卸连接。
本方案产生的有益效果是：
(1)设备初期投资较少，一个采煤工作面的投入在100万元以内。
(2)煤层厚度限制小，最低可以开采0.3米的煤层。
(3)开采成本低，开采成本只有传统开采方法的20％-50％。
(4)机械设备体积较小，对煤矿的巷道断面要求低，减少煤矿巷道掘进成本。
(5)设备全部为液压动力，没有了使用机电设备失爆的风险。
(6)采用金刚石串珠绳带水切割煤层，切割作业时不会产生火源，不会产生粉尘，杜绝了瓦斯及煤层爆炸的风险。
(7)工作面无人作业，煤层开采不需要打眼放炮，所有设备都在工作面20米以外进行操作，不存在工作面伤亡现象，工作面伤亡事故为零。
(8)工作面不需要支护，坑木及工作面支护材料为零。大大节约了开采成本。
(9)35度-90度倾角煤层都适应开采，没有倾角限制。
(10)采用金刚石串珠绳带水切割工作面煤层，切割速度可以达到每小时60-80平方米，以工作面倾斜长120米计算，每天可以实现工作面推进10米以上，降低了工作面顶板周期来压延煤壁切顶的可能性，提高了工作面通风的可靠性。
(11)煤炭产品块状率可以达到60％以上，部分煤种销售单价可以提高150元/吨以上，隐性效益巨大。
(12)可适应大范围硬度的煤层，最高切割硬度可达到f8以上，可轻松切割煤层顶底板，可以轻松过断层。
附图说明
图1为工作面示意图。
图2整体结构横向剖视图。
图3整体结构纵向剖视图。
图4金刚石串珠绳与煤层的配合结构图。
图5为图2中a部放大图。
图6为图2中b部放大图。
图7为图4中c部放大图。
图8为图4中d部放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：工作面运输巷11、工作面切眼12、工作面回风巷13、采空区14、液压工作站20、液压支架21、液压支柱22、金刚石串珠绳主机30、主机轨道基座31、金刚石串珠绳32、金刚石串珠绳托轮33、第一导向轮341、第二导向轮342、主动轮35、主机行走基座37、重型轨道38、刮板运输机40、煤层50、煤层顶板51。
实施例基本如附图1-附图8所示：
一种极薄煤层的开采方法，包括以下开采步骤：
第一步，布置长壁后退式采煤工作面，如图1所示，工作面包括工作面回风巷13、工作面切眼12以及工作面运输巷11，工作面运输巷11及工作面回风巷13沿顶板卧底掘进，掘进施工到边界后，留出保护煤柱施工上山切眼,切眼巷贯通后，形成工作面切眼12，倾斜煤层50的工作面切眼12包括上山切眼、下山切眼、运输巷切眼和回风巷切眼。如图3和图4所示，工作面的右侧为采空区14，进行开采前的准备工作；
第二步，安装金刚石串珠绳主机30，如图2和图6所示，金刚石串珠绳主机30安装在工作面运输巷11中距离上山切眼20米处，如图3所示，金刚石串珠绳主机30上转动连接有主动轮35，金刚石串珠绳主机30包括金刚石串珠绳32；
如图3所示，金刚石串珠绳主机30安装在主机行走基座37上，主机行走基座37通过主机轨道基座31滑动连接在重型轨道38上，重型轨道38固定在工作面的底部。相邻两个主机轨道基座31之间通过紧固螺栓可拆卸连接，连接相邻两个重型轨道38之间通过紧固螺栓可拆卸连接。
主机轨道基座31和重型轨道38重量大，适合分段并且可拆卸连接，方便主机轨道基座31和重型轨道38的安拆。切割的过程中通过主机行走基座37使金刚石串珠绳主机30在工作面运输巷11内部移动，方便煤层50的连续开采，重型轨道38起到支撑和方便主机行走基座37滑动的作用。
第三步，安装导向部分，如图6所示，导向部分包括运输巷切眼煤壁处安装的金刚石串珠绳32的第一导向轮341，如图5所示，工作面回风巷13距离上山切眼20m处安装有金刚石串珠绳托轮33，在回风巷切眼煤壁处安装有金刚石串珠绳32的第二导向轮342；如图3所示，第一导向轮341和第二导向轮342均位于煤层顶板51的下方；如图3、图4、图7和图8所示，本实施例中的金刚石串珠绳主机30的数量设置为1个，第一导向轮341和第二导向轮342的数量均设置为2个。
第四步，安装金刚石串珠绳32，如图2和3所示，金刚石串珠绳32的一端连接在主动轮35上，金刚石串珠绳32的另一端依次穿过上方的第一导向轮341、上方的第二导向轮342、金刚石串珠绳托轮33、下方的第二导向轮342、下方的第一导向轮341后回到主动轮35，金刚石串珠绳32的两端连接在一起并且绷紧在主动轮35上。
金刚石串珠绳32与煤层50的相对位置关系如图3和图4所示。
第五步，开动金刚石串珠绳主机，启动主动轮35，主动轮35带动金刚石串珠绳32旋转，同时，金刚石串珠绳主机30在主机行走基座37上行走对煤层50进行连续切割。
通过调整金刚石串珠绳主机30和金刚石串珠绳托轮33二者与工作面切眼12之间的距离，以及调整第一导向轮341和第二导向轮342的高度，从而可以调节金刚石串珠绳32与水平面之间的夹角。
如图2所示，本实施例中还包括液压工作站20，如图3和图5所示，液压工作站20电性连接有液压支架21和液压支柱22，液压支架21和液压支柱22用于采煤的工作面的上下安全出口的支护。
本煤矿开采方法中的工作设备全部为液压动力，没有了使用机电设备失爆的风险。
如图2所示，本实施例中还包括刮板运输机40，刮板运输机40的结构为现有的，刮板运输机40水平安装在工作面运输巷11内并且位于金刚石串珠绳的正下方。切割后的煤炭产品沿工作面切眼12自溜至工作面运输巷11刮板运输机40，由刮板运输机40将煤炭产品运输至煤仓。若煤层50为缓倾斜极薄煤层，工作面无法实现煤炭自溜时，在工作面回风巷13安装液压推杆将切割后的煤炭推入工作面运输巷11，再由刮板运输机40将煤炭产品运输至煤仓。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
1.一种极薄煤层的开采方法，其特征在于：包括以下开采步骤：
第一步，布置长壁后退式采煤工作面，工作面包括工作面回风巷和工作面运输巷，工作面运输巷及工作面回风巷沿煤层顶板卧底掘进，掘进施工到采空区边界后，留出保护煤柱施工上山切眼,切眼巷贯通后形成工作面切眼，煤层的工作面切眼包括上山切眼、下山切眼、运输巷切眼和回风巷切眼，进行开采前的准备工作；
第二步，安装金刚石串珠绳主机，所述金刚石串珠绳主机安装在主机行走基座上，所述主机行走基座滑动连接在重型轨道上，所述重型轨道固定在工作面运输巷的底部；所述金刚石串珠绳主机上转动连接有主动轮，所述金刚石串珠绳主机包括金刚石串珠绳；
第三步，安装导向部分，导向部分沿着工作面运输巷、工作面运输巷切眼煤壁、工作面回风巷切眼煤壁、工作面回风巷布置呈“u”型；
第四步，安装金刚石串珠绳，所述金刚石串珠绳的一端连接在主动轮上，所述金刚石串珠绳的另一端沿着导向部分安装后折返至主动轮处，金刚石串珠绳的两端连接在一起并且绷紧在主动轮上；
第五步，开动金刚石串珠绳主机，主动轮带动金刚石串珠绳旋转，金刚石串珠绳主机同时在主机行走基座上行走实现对煤层的连续切割。
2.根据权利要求1所述的一种极薄煤层的开采方法，其特征在于：所述导向部分包括所述运输巷切眼煤壁处安装金刚石串珠绳的第一导向轮，所述工作面回风巷靠近上山切眼处安装有金刚石串珠绳托轮，在回风巷切眼煤壁处安装有金刚石串珠绳的第二导向轮；第一导向轮的数量均设置为主动轮数量的2倍；所述金刚石串珠绳的一端连接在主动轮上，所述金刚石串珠绳的另一端依次穿过其中一个第一导向轮、其中一个第二导向轮、金刚石串珠绳托轮、另一个第二导向轮、另一个第一导向轮后回到主动轮，金刚石串珠绳的两端连接在一起并且绷紧在主动轮上。
3.根据权利要求1所述的一种极薄煤层的开采方法，其特征在于：还包括刮板运输机，所述刮板运输机水平安装在工作面运输巷内并且位于金刚石串珠绳的正下方；切割后的煤炭产品由刮板运输机运输至煤仓。
4.根据权利要求3所述的一种极薄煤层的开采方法，其特征在于：当煤层为缓倾斜极薄煤层时，在工作面回风巷安装液压推杆将切割后的煤炭推入工作面运输巷，再用刮板运输机将煤炭产品运输至煤仓。
5.根据权利要求1所述的一种极薄煤层的开采方法，其特征在于：还包括液压工作站，所述液压工作站电性连接有液压支架和液压支柱，液压支架和液压支柱用于采煤的工作面的上下安全出口的支护。
6.根据权利要求1所述的一种极薄煤层的开采方法，其特征在于：相邻两个所述重型轨道之间可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的一种极薄煤层的开采方法，其特征在于：相邻两个主机轨道基座之间可拆卸连接。
技术总结