CN1204331C - 采矿机和采矿方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对地下矿层材料进行联合的进入和回退切割的采矿机(20)，包括：一可移动主框架(21)；一延伸到可移动主框架前面的翼(50，51)；一可以定位在该翼端部附近的刀具组件(100)，以便当翼与主框架的移动方向在一条直线上时在材料中进入钻孔；主框架与翼之间的一枢轴连接(130)，用于把翼定位成与主框架的移动方向成一角度；以及一座机构(80)，用于在回退切割材料期间沿着翼移动刀具组件，以便切割翼附近的材料。

Description

采矿机和采矿方法

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边坡(highwall)地下矿层开采作业的方法和设备。更具体地说，本发明涉及进行边坡和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，同时可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业的主要关注的问题。随着厚矿层的大量减少，以及对这种采矿在安全和健康意识方面的额外关注，在近年来在地表和地下采矿操作中，更多的注意力被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，进入被揭开的边坡(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钻孔。在传送系统的前面使用连续地下采矿机的边坡采矿机的出现，使得钻孔深度显著地提高。所有钻孔机和边坡采矿操作的主要缺点在于局部冒顶，以及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仓，而且以后可能会以非受控制方式不定期地下沉到钻孔内。传统边坡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。

已经进行了多年努力以便提高边坡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，以便减少边坡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边坡采矿机的应用扩展到传统应用之外。在这方面，已经开发出具有较大直径的切割头，还一起开发出了具有较大的马达、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，这些边坡采矿机通常在进入阶段切割相当多的矿物，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过程中通常收缩起来，然后在回程切割操作中伸展开。在其他情况下，在进入阶段，可以使主刀具枢转或者少量偏离在进入阶段所产生的孔，以便产生回退扩孔切口。

这些组合的切割和扩孔机械，相对于复杂性和缺点来说，只是很小程度地提高了生产率。在多数情况下，相对于进入阶段刀具而言，用于扩孔操作的刀具在机器上的位置通常要向后一些。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，近年来边坡采矿设备的发展多半是对现有设备和方法的改进。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种采矿机和方法，该方法特别适用于形成可完全消除沉陷的采矿系统的地下边坡采矿作业。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，其中长翼在回采作业期间伸展开以便进行切割，以便在回采作业期间实现大开采量。本发明的再一个目的在于提供一种采矿机，该采矿机具有一对相邻的垂直安装的切割头，这一对切割头在进入矿层的过程中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翼的前端头。本发明的再一个目的是提供这样的采矿机，其中在翼伸展期间以及在随后的缩回切割作业期间，切割头沿着翼长度移动到达回退切割位置。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钻孔机(翼螺旋推运器)，该钻孔机把切割下的矿物从矿层运输到机器的主框架钻孔机(主框架螺旋推运器)传送装置，该钻孔机传送装置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。

本发明的再一个目的是提供一种采矿机，其中在回退切割阶段期间的切割宽度接近于两个翼的长度。本发明的再一个目的是提供这样的采矿机，其中在回退切割阶段，在沿着翼的前端的每个切割周期之后，在回退切割方向上移动翼，该移动大约是切割头的直径。本发明的再一个目的是提供这样的采矿机，其中两个相同的刀具定位和运作是不同的，以便在机器进入和回退作业期间实现切割操作。本发明的再一个目的是提供这样的采矿机，无论地形条件怎样，都基本上能够完全开采煤层，这对于传统的边坡机械是不可能做到的。

本发明的再一个目的是提供一种允许完全沉陷的边坡采矿机，这对于现有的边坡采矿机来说是不可能的。本发明的再一个目的是提供一种地下采矿机，该采矿机不需要有工人在沉陷区内，与现有完全开采系统相比能够开采更薄的矿层。本发明的再一个目的是提供这样的采矿机，其中在退回阶段，刀具和翼接近于矿层中未切割的矿物，并构成机器的尾部，从而使得在由于上述机器所带来的完全沉陷之前，矿物防护区的塌陷或冒顶的可能性最小。

本发明的再一个目的是提供一种采矿机，该采矿机在进入阶段期间切掉最小量的矿物，同时利用传感器采集关于矿层地形的信息。然后通过考虑到在开采大部分材料时，在回退模式期间所发生的地形变化，就能把该信息用于调整回退模式的位置，以便在矿层中最大定位，实现完全开采。本发明的再一个目的是提供这样的采矿机，其中在回退期间能够控制翼的收缩和伸展，从而改变切割宽度，以便适应沿着山丘轮廓的弯曲的边坡，这些对于固定宽度的机器是不可能的。当机器从孔中退出时也希望这样伸展和缩回，以便保持边坡完好无损。本发明的再一个目的是提供这样的采矿机，它能够被制造成适合于特定地质条件，在不同的矿层高度和不同切割宽度时对性能进行优化。

本发明的再一个目的是提供这样的采矿机，它使用侧壁夹器移动采矿机，并把设备输送到矿层内和从矿层内送出，从而与传统边坡采矿机相比较只要求孔外支撑设备大小的一部分，而传统边坡采矿机的重量必须足以把设备推进和推出孔。侧壁夹器能够这样应用，是因为靠近先前开采的孔的矿物必须到回采阶段才会被开采，所述回采阶段是在夹器过去之后，而传统方法必须在孔之间留大小足够支撑顶板的支柱。本发明的再一个目的是提供这样的采矿机，它需要最少量的操作者，而且与具有相应采矿特性的传统边坡机器比较相对便宜。

通常，本发明是要提供一种用于对地下矿层中的材料联合进行进入和回退切割的采矿机，该采矿机包括：可移动主框架；延伸到可移动主框架前面的翼；能够定位在翼端附近的刀具组件，用于当翼与主框架运动方向成一条直线时在材料中进入切割出孔；主框架与翼之间枢轴连接，以便把翼定位在与主框架运动方向成一定角度上；以及座机构，用于沿着所述翼移动刀具组件，以便在回退切割材料期间切割靠近翼的材料。

本发明还提供了开采位于地下矿层中的矿物的方法，包括如下步骤：在地下矿层中切割一个进入孔，把具有安装在翼上的刀具组件的采矿机定位在进入孔内，沿着所述翼长度移动所述刀具组件，以便在邻近翼的区域进行进入孔的加宽切割；把翼成角度地(angularly)伸入到刀具组件所形成的加宽切割口内，顺次沿着翼的长度方向重复移动刀具组件，以便进一步加宽切割进入孔，以及把翼成角度地伸展到加宽切割口内，直到把翼移动期望的角度为止，在沿着翼的长度方向利用刀具组件推进切割口之后，增大采矿机和翼的回退动作，从而形成一个回退切割口，该回退切割口的宽度超过进入孔的宽度。

附图说明

图1是根据本发明原理的示范性采矿设备的局部示意性俯视图，它是相对于地下矿层中的孔示出的，并示出了整个布局；

图2是图1中采矿设备的局部示意性侧视图，示出整个布局的附加特征；

图3是图1中设备的放大的局部立视示意图，基本上沿着图1中的线3-3剖开，示出翼、座、支撑臂和切割头；

图4是图1中采矿设备的放大立视图，基本上沿着图1中的线4-4剖开，详细示出翼与座之间相互关系；

图5是图1中采矿设备的放大的局部立视图，基本上沿着图1中的线5-5剖开，详细示出可动主框架与翼之间的相互连接；

图6是图1中采矿设备的垂直剖面图，基本上沿着图5中的线6-6部分剖开，详细示出主框架与翼之间的相互连接；

图7是图1中采矿设备的垂直立视图，基本上沿着图1中的线7-7部分剖开，详细示出了翼伸展控制机构；

图8A-8D示意性示出了翼伸展控制机构把翼从关闭位置移动到打开位置过程中的操作顺序；

图9是图1中设备的后视立面图，基本上沿着图2中的线9-9剖开，详细示出主框架与钻孔机；

图10是设计成垂直引导采矿设备沿着地下矿层的翼结构的替换形式的侧视图；

图11是与图4类似的立视图，示出了图10中的翼结构的替换形式，并详细示出了用于引导采矿设备的可动底板；

图12是与图7类似的立视图，示出图10中的翼结构的替换形式，尤其是用于引导采矿设备的可动底板的控制元件；

图13A-13L示意性示出图1中的采矿设备在开采矿层中的进入和回退的一个操作周期内的操作顺序。

具体实施方式

据本发明原理的采矿机一般用图1和2中的标号20表示。如图所示，采矿机20是通过典型边坡采矿作业的进入阶段中相对于切割孔H的操作关系来描述的。为了定向，采矿机20表示为在切割孔H中从右向左前进时的情况，如图1和2所示。

采矿机20具有作为主要部件的主框架组件，一般用标号21表示，其与延伸到地表的传送装置连接。主框架组件21具有作为主要结构部件的平台22，该平台可以是向下弯的U形元件，如同在图9中所清楚地看到的一样。平台22上表面载有附着壳体23，该壳体23也可以是向下弯的U形结构。仍参考图1、2和9，壳体23包围总体上用标号25表示的主框架驱动装置。如图所示，主框架驱动装置25具有一对前进和后退缸体26和27，这些缸体被方便地以平行并列方式设置。前进和后退缸体26和27每个都具有封闭端28和活塞杆端29，所述封闭端28安装到平台22上，所述活塞杆端29的工作方式如后面所述。

如图1、2和9所示，主框架组件21还包括一对主框架夹持机构，一般用标号35和36表示。如图所示，主框架夹持机构35、36包括向主框架组件21每侧侧向延伸的加大的夹持板37。主框架夹持板37连接在一个或多个夹持缸体38上，所述夹持缸体通过有头螺钉39固定到壳体23上。如图9所示，选择性地驱动夹持缸体38，从而移动夹持板37，使该夹持板37与用采矿机20以传方式形成的矩形切割孔H接合和脱离，以便逐步地把主框架组件21移进和移出切割孔H。

现在参考图1、2、5和9，主框架组件21包括主框架传送系统，通常用标号40表示。主框架传送系统40具有细长滑道41，其截面通常是长方形。如图所示，滑道41装配到U形平台22内，以便沿着主框架组件21的纵向相对于平台22和壳体23移动。

主框架传送系统40的滑道41内部安装有一对基本上沿着滑道41的长度方向延伸的主框架钻孔机42、43。钻孔机42、43优选具有基本上平行排列并沿着滑道41的纵长方向延伸的钻杆44和45。钻杆44、45被支撑在支架46上，该支架带有轴承47(图5)，轴承47优选靠近钻杆44、45的端部，且可按照需要沿着钻杆44、45的长度方向配置。钻杆44、45带有螺旋叶片48，螺旋叶片48可以是工业上已知设计的任何一种。钻杆44、45由一个或多个适当的钻机马达49驱动，以便沿着主框架组件21把煤或其他矿物输送到主框架组件21的后部，如图1和2所示的从左向右输送。应该理解，也可以把与主框架传送系统40相同或相似的附加的传送单元(未示出)，在钻机马达49附近连接到滑道41上，以便在采矿机20沿着矿层在地下前进时把采出的矿物输送到切割口H开始处的表面。

在示范切割孔H中，位于采矿机20的主框架组件21前面的是一对切割翼组件，通常用标号50、50′表示。在图1中从上方并对着切割孔H看时，左边切割翼组件用标号50表示，右边切割翼组件用标号50′表示。切割翼组件50和50′可以是相同结构，只是其中一个构成另一个的镜象。因此，下面的讨论虽然具体针对左边切割翼组件50，但却含盖了两个切割翼组件50和50′的结构。现在参考附图中的图1-6，切割翼组件50具有向外开口的L形框架51。如图所示，框架51具有一垂直件52和一下部水平件53。

设置在L形框架51下部区域内靠近垂直件52和水平件53的连接点的是翼传送系统，通常用标号55表示。翼传送系统55具有基本上沿着L形框架51的整个长度延伸的翼钻机56。翼钻机56具有翼钻杆57，翼钻杆57延伸到翼钻机56的两个纵向末端之外，并相对于固定在框架51上的前支柱59和后支柱60以可旋转的方式安装。

因此应该理解，由于受到L形框架51的限制，翼传送系统55的翼钻机56沿着附图3-5所示方向的旋转，将把切割孔H中疏松的材料从切割翼组件50的前方传输到后方。还应该理解，从翼传送系统55外部引导到翼传送系统55的任何纵向位置的切割材料，将在L形框架51内部向后传输到切割翼组件50的后部。

翼传送系统55与传送互连机构相连并由它提供动力，传送互连机通常用标号65表示。传送互连机构65包括短程钻机66，短程钻机66端部用万向节67和68分别与翼钻杆57和主框架钻杆44相连。

因此应该理解，由于传送互连机构65，使得钻机马达49可以为主框架传送系统40和翼传送系统55提供动力。还应该理解，通过适当地设置传送互连机构65的万向节67、68，可以在钻机42和66旋转的同时，使切割翼组件50相对于主框架组件21实现角位移。而且，传送互连机构65上的钻机66部分把切割下的材料从翼传送系统55传输到主框架传送系统40，然后到滑道41内，把切割材料运送到采矿机20的后部。

通过枢轴组件，切割翼组件50能够沿着主框架组件21的纵向，并相对于主框架组件21成角度地移动一段距离，所述枢轴组件通常用标号70表示，如同在图2、5和6中所看到的一样。枢轴组件70具有驱动板71，该驱动板71安装到主框架驱动组件25的前进和后退缸体26的气缸杆端29和主框架传送系统40的滑道41上。驱动板71安装有向前突出的偏置臂72，该偏置臂72上安装有球轴承承窝73。切割翼组件50具有横向突出的带有间隔平行臂75和76的辅助框架74，间隔平行臂75和76上具有杆77，杆77上安装有与驱动板71的偏置臂72中的球轴承承窝73配合的球形滚珠。应该理解，球形滚珠78与球轴承承窝73之间的互连，允许切割翼组件50相对于主框架组件21在大范围内作横向角度移动。此外，球形滚珠78与球轴承承窝73允许切割翼组件50相对于主框架组件21在小范围内竖直角度移动。

切割翼组件50具有切刀座组件，一般用标号80表示，其通常位于L形框架51内，而且在翼传送系统55的上方。参考图1-6，切刀座组件80具有座架81，座架81具有分别大致平行于L形框架51的水平件53和垂直件52的水平腿82和竖直腿83(图4)。座架81可以基本上沿着切割翼组件50的L形框架51的整个纵向长度，在一对分开的水平设置的轨道即上轨道84和下轨道85上移动。如图所示，轨道84、85是基本上与座架81的相应有槽的上轮86和下轮87配合的V形的翻转结构。如图3和4所示，座架81具有一对水平分开的上轮86和一对下轮87，这些轮都通过螺栓88可自由转动地安装在座架81上。因此，座架81安装成可水平移动，以便沿着切割翼组件50的L形框架51确定位置。

座架81通过座驱动组件沿着轨道84、85选择定位，所述座驱动组件一般用标号90表示。座驱动组件90包括不连续驱动链，该驱动链的一端固定在第一链端安装支座92，另一端固定到第二链端安装支座93上，第一链端安装支座92和第二链端安装支座93都刚性连接到座架81的竖直腿83上。驱动链91缠绕在安装于切割翼组件50的L形框架51前端附近的空转链轮94上。驱动链91也缠绕在驱动链轮95，该驱动链轮95固定于切割翼组件50后端附近的L形框架51上。驱动链轮95安装在座驱动马达97的轴96上(见图6)。驱动马达97是可倒转马达，该马达在通电时能够以选择速度和选择方向沿着轨道84、85移动座架81，其中该轨道84、85安装在切割翼组件50的L形框架51上。

切刀座组件80以可运动方式安装一切刀组件，切刀组件用标号100表示，在附图的图1-4中可以看得很清楚。切刀组件100具有切割头101，如图所示，该切割头包括沿垂直方向轴向相互对齐的多个滚筒102。滚筒102的外表面具有多个轴向和周向分开的刀具103，刀具103设计成能够切割在采矿作业中遇到的矿层、矸石等。滚筒102由限定在滚筒102内的液压马达转动。滚筒102具有处于轴向外端的端盖105，该端盖105固定在液压马达104的花键轴106上，端盖105和花键轴106之间不可相对转动。因此，应该理解，液压马达104可以所需要的速度转动滚筒102，以便优化滚筒102上的刀具103所进行的切割操作。液压马达104优选是可以倒转的，以便允许根据所使用的切割方法沿不同方向转动滚筒102，并在滚筒102由于在特定时间所切割的材料量或者材料的成分而被暂时被夹住时，允许稍微倒转滚筒102的旋转方向。

细长切割臂110位于每个切割头101之间，并把滚筒102安装在每个切刀头101上。切割臂110装配有沿反向延伸的法兰111，液压马达104通过诸如螺栓112安装在法兰111上。法兰111上还安装有朝外的轴承113，在受到液压马达104驱动时，滚筒102在所述轴承上旋转。应该理解，刀具组件100及其与切割臂110之间的关系仅仅是工业上已知的各种圆柱形切割头的范例。只要尺寸和功率适当，可以使用各种圆柱形切割头设计中的任何一种。

与切割头101相对的切割臂110的末端，可转动地固定到座架81上。如图所示，切割臂110被不可旋转地固定到枢轴销114上(图3)。枢轴销114穿过座架81的一个部分，并有一齿轮115非转动地固定在上面。因此，能够理解，齿轮115的转动使得切割臂110围绕枢轴销114转动相同角度。齿轮115与传动齿轮116啮合。传动齿轮116安装在旋转致动器118的轴117上，旋转致动器118连接到座架81上。因此，可以看出，启动旋转致动器118通过轴117和传动齿轮116，使切割头101围绕枢轴销114产生角位移。在这方面，可以把切割头101从图1和2所示的基本上与切割翼组件50的L形框架51成直线的一个位置，(旋转到基本上与上述位置垂直的一个位置上，例如，如图13D所示。

现在参考图4和图7，每个翼组件50和50′具有翼夹持组件，通常用标号120表示。左切割翼组件50具有翼夹持组件120，右切割翼组件50′具有翼夹持组件120′，二者均位于切割翼组件50和50′的内部或内侧；与切割翼组件50和50′的其他元件类似，二者基本上相同，只是每个是另一个的镜象，某些元件偏置以便避免相互影响。设置翼夹持组件120，是为了在切刀座组件80沿着轨道84、85移动以便以后面所详述的方式扩展切割孔H时，把切割翼组件50保持在预定位置上。翼夹持组件120由后夹持气缸121构成，后夹持气缸121驱动后上夹板122和后下夹板123。因此可以理解，启动后夹持缸体121的动作将移动后夹板122与切割孔H上部接触，后下夹板123与切割孔H的底部接触。

翼夹持组件120还包括前上夹持气缸124，其提供动力给前上夹板125，使之从实线表示的缩回的位置到达与切割孔H顶部接触的位置125′。前下夹持缸体126挟带前下夹板127从图7中实线表示的缩回的位置到达与切割孔H下面接触的展开位置127′。前上夹持气缸124和前下夹持气缸126安装到切割翼组件50的L形框架51的垂直件52上。后夹持气缸121以后面所述方式安装。

现在特别参考图4、7和8A，每个切割翼组件50和50′相对于主框架组件212的角度定位是通过翼支柱组件来实现的，翼支柱组件通常用标号130表示，它与翼夹持组件120一起工作。翼支柱组件130包括一转动轴131，该转动轴131在多个彼此间隔地安装在L形框架51的垂直件52上的轴承上运动。如图所示，轴131基本上垂直安装在框架51上，并在如图所示安装在轴131长度的中间位置上的旋转致动器133的驱动下，作方向可选择的转动。与翼支柱组件130的轴131操作相关的是上伸展气缸134和下伸展气缸135，如图7所示，二者基本上垂直于轴131和并基本上水平定向。每个伸展气缸134、135的活塞杆端通过夹持套136安装到轴131上，以便随着轴131转动，轴131由旋转致动器133转动。伸展气缸134、135的封闭端具有接收通轴138的凸眼137，所述在通轴138上所述眼137的两边安装有可自由旋转的转子139。气缸134、135的封闭端可释放地保持在L形支座140内，所述L形支座140安装在切割翼组件50′的L形框架51的垂直件52的内表面(见图7和8A)。因此，如同后面将祥述的一样，伸展气缸134、135在它们的部分操作过程中在两个切割翼组件50、50′之间互连。在横向水平运动期间上伸展缸体134和下伸展缸体135保持在垂直平面内，因为后夹持缸体121通过焊点141固定在上伸展气缸134和下伸展气缸135上。通过与轴131和后夹持气缸121形成的平行四杆机构确保气缸134、135同步。

操纵切割翼组件50、50′(特别是关于切割翼组件50)的示范性操作性能，在图8A-8D中以示意性的顺序俯视图的形式进行了描述。在图8A中，切割翼组件50、50′表示为并列平行排列，并与主框架组件21成一直线。在准备开始扩展切割翼组件50时，把切割翼组件50的前上夹持气缸124和前下夹持气缸126驱动到夹持位置。在后面参考图8A-8D的讨论中，假设在所有情况下，在前上夹持气缸124相对于两个切割翼组件50和50′被驱动到夹持位置或者到缩回位置任何时候，前下夹持气缸126被驱动到夹持位置或者到缩回位置。切割翼组件50的前上夹持气缸124和后夹持气缸121被驱动到杆缩回的位置。

此时，驱动伸展气缸134、135以便围绕枢轴组件70转动切割翼组件50。如图8B所示，对伸展气缸134、135这种驱动在切割翼组件50和50′之间产生一定的间隙，以便为后面的操作步骤提供足够的空间。一旦伸展气缸134、135的气缸杆完全伸开，上如图8B所示，转子139与切割翼组件50′的L形支座140接触，而且前气缸124被固定，启动旋转致动器133以便相对于轴131逆时针转动伸展气缸134、135。这导致伸展气缸134、135封闭端的转子139脱离它们与L形支座140之间的接触关系，并沿着弧形路径运动，如图8C所示。在驱动旋转致动器133的同时驱动伸展气缸134、135以便将活塞杆退回，以便防止切割翼组件50′的框架51与转子139相互影响。

如图8D所示，在驱动伸展气缸134、135围绕轴131转动的同时，通过连续驱动旋转致动器133到切割翼组件50上元件的位置，以实现退回活塞杆的操作。在这一点上，伸展气缸134、135的活塞杆基本上被退回，而且伸展气缸134、135定向为基本上垂直于切割翼组件50的框架51。虽然在某些条件下希望获得图8D中的定向，以其他方式定向伸展气缸134、135也是可以的，诸如通过使得它们平行于主框架组件21排列。然后，驱动后夹持气缸121到夹持位置，前上夹持气缸124被驱动到夹持位置，以便实现刀具组件100沿着切割翼组件50的切割操作。在切割操作结束之后，前上夹持气缸124被驱动到缩回位置，以便能够驱动伸展气缸134、135来伸展它们的活塞杆，从而把切割翼组件50移动到角度进一步展开的位置，刀具组件100可在此位置处切割材料。然后，从图8D开始的反复切割和移动步骤，允许切割翼组件50相对于主框架组件21进行任何希望程度的角度转动。

为了在进入阶段垂直调整采矿机20，以便更好地沿着矿层前进并保持以切割孔H为中心，优选使用附图10-12所示的改进的切割翼组件150和150′。通过改进的L形框架151实现向上和向下引导切割翼组件150和150′。如同在切割翼组件50和50′的例子中一样，二者结构相同，只是每个是另一个的镜象，因此后面将只描述切割翼组件150。

实质上，L形框架151是一个二件结构，垂直件152具有向下极限位置，通过安装限制板153该极限位置被分叉以便形成垂直延伸的槽154。槽154容纳L形底板155，所述L形底板具有与切割翼组件50的水平件53类似的水平腿156。垂直腿157安装在形成于垂直件152和限制板153之间的槽154内。底板155通过枢轴销160固定在槽154内靠近切割翼组件150的后端处，以便底板155可以在此旋转来提高和降低底板155的前端。底板155的前端垂直运动的范围可以通过一个或多个贯穿螺杆162来控制，该贯穿螺杆穿过L形框架151的垂直件152、槽154、和限制板153。贯穿螺杆162也穿过底板155的垂直腿157中的垂直槽163，以便底板155可以围绕枢轴销160垂直移动槽163的长度。通过向下引导缸体165，可以选择控制底板155的前端的垂直位置，所述气缸的封闭端安装在固定于L形框架151的垂直件152上的上销钉166上，而所述气缸的活塞杆端安装在下销钉167上，下销钉167固定到底板155的垂直腿157上。

在附图10-12中用实线表示出了处于通常操作位置上的切割翼组件150。如图所示，向下引导缸体165的活塞杆随着底板155向下延伸而伸展，从而使贯穿销钉162与槽163的顶部配合。在该位置上，底板155的水平腿156基本上垂直于框架151的垂直件152的端部。驱动向下引导缸体165以退回活塞杆，使得其前端的底板155升高，从而使水平腿156提高到链路位置156′，如图11所示。这样会向下引导切割翼组件150′，以便保持刀具组件100选择定位在向下倾斜的矿层中。

为了实现向上引导切割翼组件150，可以驱动前下夹持气缸126以便把前下夹持板127从图12中实线所示的退回位置伸展到展开位置127′，该位置在底板155的水平腿156下方。在这种情况下，由前上夹持气缸124操作的前上夹板125不被驱动，以便能够在前下夹持板127位于展开位置127′时(见图12)向上引导或偏转切割翼组件150。由于在向上引导切割翼组件150期间前下夹持板127保持伸展，因此前下夹持板127可以具有翻前边128和翻后边129，以便防止前下夹持板127卡住或抓住切割孔H的下表面。这样，可以向下或向上引导切割翼组件150、150′，以便根据从已经切割的孔H、正在切割的切割孔H得来的信息、或者在进行回退开采期间根据在采矿操作的进入阶段得来的信息，来优化沿着矿层轨迹。

在图13A-13L中示意性示出使用采矿机20开采矿物的方法的示范性操作顺序。所示出的采矿机20正在由地表限定的边坡W中形成切割孔H。

如在平面图中所看到的一样，图13A示出了采矿机20开始进入边坡W。每个切割翼组件50、50′上的刀具组件100分别逆时针和顺时针旋转，如平面俯视图中所示。切割翼组件50、50′的翼传送系统55开始时不受限制，在边坡W的外部存放矿物，如图13A所示。

采矿机20前进，以便通过与切割孔H侧边接触的夹持机构35、36，推进切割翼组件50、50′沿着矿层形成切割孔H，如图13B所示。当主框架驱动组件25的前进和后退气缸26、27完全展开之后，夹持机构35、36脱离与切割孔H的接触，通过将前进和后退气缸26、27缩回使得采矿机20的主框架组件21前进，以便把主框架组件21拉到切割翼组件50、50′的附近，如图13C所示。然后夹持机构35、36伸展到与切割孔H的壁W相接触，准备进一步推进切割翼组件50、50′，以便刀具组件100继续向前切割矿层。如图13B所示，主框架组件21在切割孔H内，切割的矿物通过翼传送系统55和主框架传送系统40排到采矿机20的后部，以便排出到边坡W的外部。在采矿机20从边坡W进一步向前进时，如图13C所示，可以利用现有技术公知的方式提供附加长度的传送装置，以便继续把切割下的物质排出到边坡W的外部。

一旦切割孔H在矿层中已经达到希望的深度，伸展夹持机构35、36、与切割孔H接触，以便暂时把采矿机20保持在位置上，如图13D所示。此时，刀具组件100继续它们的切割操作，驱动切割臂110的旋转致动器118，以便把刀具组件100从与切割翼组件50、50′成一直线的位置上，如图13C所示，转动到与切割翼组件50、50′垂直的位置上，如图13D所示。

然后，驱动切刀座组件80的座驱动组件90，以便沿切割翼组件50、50′的纵向从前向后移动刀具组件100到达图13E所示的位置。在扩宽初始的进入切割孔H的期间，刀具组件100持续存放切割下的物质，以便通过翼传送系统55和主框架传送系统40运输，排出到边坡W的外部，如前面所述。

一旦扩宽切割完成之后，通过驱动切刀座组件80和旋转切割臂110、110，把刀具组件100返回到与切割翼组件50、50′成一直线的位置上。此时，开始扩展切割翼组件50、50′，以便利用枢轴组件70实现切割翼组件50、50′相对于主框架组件21的角位移。切割翼组件50和切割翼组件50′之间的初始角位移，通过驱动与每个切割翼组件50、50′相连的翼支柱组件130的伸展缸体134、135来实现，翼夹持组件120的元件的定位如同上面结合附图8A-8D所讨论的一样。随着刀具组件100继续切割，如图13F所示，切割翼组件50相对于切割翼组件50′产生角位移。

如图13G所示，切割翼组件50的翼支柱组件130与割翼组件50′脱开，而刀具组件100从与切割翼组件50成一直线的位置移到与它垂直的位置，然后沿着切割翼组件50的长度方向移动，如图13G所示，以便进一步扩宽切割进入切割孔H。可以适当地反复该动作，直到通过驱动旋转致动器133使得与切割翼组件50相连的翼支柱组件130再次定位成与其垂直，以便实现如图13H所示的定位。定位步骤和驱动翼夹持组件120的细节，已经在上面结合附图8C和8D的描述过程中进行了讨论。随着刀具组件100沿着切割翼组件50的间歇运动，重复翼夹持组件120和翼支柱组件130的顺序，可以把切割翼组件50相对于切割翼组件50′定位在任何期望的角度。

然后，可以按照刚才描述切割翼组件50的方式实现切割翼组件50′分步角位移，在切割翼组件50′每次角度位移之前，刀具组件100顺序执行切割步骤，直到切割翼组件50和50′相对于采矿机20的主框架组件21的纵轴成等角度定位。一旦到达图13I所示的位置，就以最多产的方式开始回退开采作业，其中在采矿机20以分步方式从进入切割孔H退出时，在整个由切割翼组件50和50′限定的扩宽区域内进行开采。在回退开采作业中，主框架组件12的夹持机构35、36的接合，如同翼夹持组件120的后上夹持板122的接合一样。此时，通过驱动主框架驱动组件25的前进和后退气缸26、27缩回活塞杆，并通过把切割翼组件50和50′的上和下伸展缸体134、135伸展开，而使切割翼组件50和50′进入到由刀具组件100前面空出的区域内。把主框架组件21的夹持机构35、36和翼夹持组件120，释放和移动以缩回后夹持气缸121的缩回活塞杆，并伸展主框架驱动组件25的前进和缩回气缸26、27。然后，驱动翼夹持组件120和夹持机构35、36到夹持位置，以准备刀具组件100沿着切割翼组件50和50′的长度反复运动，并返回到图13I所示的位置。这一伴随着切割翼组件50和50′角位移的切割和前进步骤，如图13I所示，在对边坡W的整个缩回切割操作中反复，或者采矿机20的主要缩回部分中反复。

在希望保持边坡W基本上原样的情况下，可以逐渐关闭或减小切割翼组件50和50′相对于主框架组件21的角度。在这种情况下，可以实施图13J-13L所示的过程。刀具组件100只被返回切割翼组件50和50′长度的一部分，然后只完成切割翼组件50和50′一部分长度的切割，如图13J所示。

然后，可以逐步进一步从切割孔H中收回主框架组件21，以便完成更窄的切割。在这方面，能够理解，保持后夹持板122、123与切割孔H的顶和底接触时，主框架驱动组件25缩回前进和缩回缸体26、27的活塞，从而缩回将要使切割翼组件50和50′产生向内角度移位，如同比较图13J和图13K所看到的一样。然后为到达图13K的位置，刀具组件100的转动可以被中断，座驱动组件90可被断开，以便刀具组件100可以沿着切割翼组件50和50′移动。使后上夹板122收缩，脱离与切割孔H的接触，刀具组件100与煤的接触使得切割翼组件50和50′进一步关闭角度。随着切割翼组件50和50′折叠到它们的初始位置，翼伸展缸体130的旋转致动器133被启动，从而使翼支柱组件130返回到它们的初始位置，如图13L中的方法所示。

虽然上面描述了进入和回退开采的示范操作步骤，但是本领域的普通技术人员应该理解，由于这里公开的采矿机20的灵活性，可以对操作步骤进行各种变换和改变而不脱离本发明的范围。例如，在图12A-12L所示的某些或所有切割操作中，刀具组件100的旋转方向可以改变。而且，可以使用切割翼组件50和50′的各种元件的不同顺序操作，这取决于矿层的构成和附近地下矿层的构成、以及其他操作因素。而且，进入孔可以使用不同的机械切割，并利用采矿机20进行扩口和退回作业。

Claims (35)

1.一种采矿机，用于对地下矿层材料进行联合的进入和回退切割，它包括：一可移动主框架；一延伸到所述可移动主框架前面并具有一第一端部和一第二端部的翼；可紧靠在所述翼的所述第一端部定位的一刀具组件，用于当所述翼与所述主框架组件的移动方向在一条直线上时在材料中边进入边钻孔；所述主框架组件与所述翼的所述第二端部之间的一枢轴连接，以便把所述翼定位成与所述主框架组件的移动方向成一角度；以及一座机构，用于沿着所述翼移动所述刀具组件，以便在回退切割材料期间切割所述翼附近的材料。

2.根据权利要求1的采矿机，其特征在于所述刀具组件包括一滚筒刀具。

3.根据权利要求2的采矿机，其特征在于所述滚筒刀具具有一垂直旋转轴。

4.根据权利要求2的采矿机，其特征在于所述滚筒刀具切割出一个方形进入孔。

5.根据权利要求1的采矿机，其特征在于所述刀具组件安装在用于沿着所述翼移动所述刀具组件的所述座组件上。

6.根据权利要求5的采矿机，其特征在于它包括切割臂，该切割臂运载所述刀具组件并可在轨道上移动，所述轨道固定在所述翼上并在所述翼上纵向延伸。

7.根据权利要求6的采矿机，其特征在于所述座机构被一个安装在所述翼上的驱动马达所驱动。

8.根据权利要求1的采矿机，其特征在于所述翼具有翼传送装置，用于把由所述刀具组件切割的材料运输到所述主框架组件。

9.根据权利要求8的采矿机，其特征在于所述主框架组件具有主框架传送装置，用于接收和运输从所述翼传送装置接收的材料。

10.根据权利要求9的采矿机，其特征在于它包括利用万向节连接到所述翼传送装置和所述主框架传送装置的一个传送互连机构，从而允许所述翼相对于所述主框架进行角度伸展。

11.根据权利要求1的采矿机，其特征在于所述翼具有一个翼夹持组件，用于相对于材料对所述翼进行固定或松开。

12.根据权利要求11的采矿机，其特征在于所述翼夹持组件包括前夹持气缸和后夹持气缸，每个夹持气缸移动上夹持板和下夹持板。

13.根据权利要求1的采矿机，其特征在于所述翼具有一个翼伸展组件，用于把所述翼相对于所述主框架定位在选定的角度上。

14.根据权利要求13的采矿机，其特征在于所述翼伸展组件在选定位置上包括至少一个可围绕所述翼转动到所选择位置的伸展汽缸，以使所述翼产生角位移。

15.根据权利要求14的采矿机，其特征在于所述伸展气缸的一端固定到枢轴上，所述枢轴安装在所述翼上，而且夹持气缸可固定所述伸展汽缸。

16.根据权利要求1的采矿机，其特征在于还包括另一翼，当所述翼与该另一翼二者均与所述主框架在一条直线上时，该另一翼平行于所述翼。

17.根据权利要求16的采矿机，其特征在于所述另一翼枢轴连接到所述主框架上，以便把该另一翼定位成与所述主框架的运动方向成一角度，该另一翼的方向与所述翼的方向相对。

18.根据权利要求16的采矿机，其特征在于包括用于在回退切割期间保持所述翼和所述另一翼等角度位移的装置。

19.根据权利要求16的采矿机，其特征在于所述翼和所述另一翼分别被单独地定位和控制。

20.根据权利要求1的采矿机，其特征在于所述刀具组件包括内部安装有马达的滚筒刀具，所述马达用于转动所述滚筒刀具。

21.一种开采位于地下矿层中的矿物的方法，包括如下步骤：

用安装在主框架组件前面的翼上的刀具组件切割出一个进入孔；

沿着所述翼的长度方向移动所述刀具组件，以便在所述翼的邻近区域扩宽进入孔的切口；

把所述翼成角度地伸展到由所述刀具组件扩宽的切口内；

依次重复沿着所述翼的长度移动所述刀具组件，以便进一步扩宽切口，从而把所述翼成角度度伸展到扩宽的切口内，直到所述翼移动所需要的角度；

设定所述主框架组件的回退移动增量，随后设定所述翼的回退移动增量，以便通过所述刀具组件沿着所述翼的长度方向进一步向前切割；

从而完成宽度超过进入宽度的回退切割。

22.根据权利要求21的方法，其特征在于它还包括如下步骤，即在切割进入孔期间，把所述刀具组件定向成与所述翼纵向成一条直线。

23.根据权利要求21的方法，其特征在于它还包括如下步骤，即利用在垂直轴上旋转的一个圆柱形刀具形成长方形进入切割孔。

24.根据权利要求21的方法，其特征在于它还包括如下步骤，即在完成回退切割之前，朝着与所述主框架组件成一条直线的方向，以角位移方式退回所述翼，从而使该进入区基本上保持完整。

25.根据权利要求21的方法，其特征在于它还包括如下步骤，即把所述刀具组件转动到与所述翼不成一条直线，以准备在所述翼的长度方向上移动所述刀具组件。

26.根据权利要求21的方法，其特征在于它还包括如下步骤，即利用一对翼，每个翼安装有刀具组件。

27.根据权利要求26的方法，其特征在于它还包括如下步骤，即在切割进入孔期间，把每个所述刀具组件定位成与它的相应翼纵向成一条直线。

28.根据权利要求26的方法，其特征在于它还包括如下步骤，即在设定所述回采移动增量之前，在相反的角度方向上伸展所述翼。

29.根据权利要求28的方法，其特征在于它还包括如下步骤，即相对于另一个所述翼扭转所述翼中的一个翼的伸展机构，以便确定开始时所述翼之间的角度。

30.根据权利要求26的方法，其特征在于它还包括如下步骤，即在设定所述回退移动增量之前，完全伸展所述的一对翼。

31.一种开采位于地下矿层中的矿物的方法，包括如下步骤：

在地下矿层中切割进入孔；

把带有安装在翼上的刀具组件的采矿机定位在进入孔中；

沿着所述翼的长度方向移动所述刀具组件，以便在邻近所述翼的区域加宽进入孔的切口；

把所述翼成角度地伸展到由所述刀具组件所加宽的切口内；

依次重复沿着所述翼的长度移动所述刀具组件，以便进一步加宽进入孔和把所述翼成角度地伸展到加宽的孔内，直到所述翼移位所需要的角度；

设定所述采矿机的回退移动增量，随后设定所述翼的回退移动增量，以便通过所述刀具组件沿着所述翼长度方向进一步向前切割，

从而实现宽度超过进入孔宽度的回退切割。

32.一种从矿层中开采矿物的方法，包括如下步骤：

在矿层中向前切割出一个进入孔；

把带有安装在翼上的刀具组件的采矿机定位在进入孔中；

沿着翼移动刀具组件，以便实现在邻近所述翼的区域加宽进入孔的切口；

使翼产生角位移，从而将翼置于进入孔的扩宽的切口中；

连续地重复扩宽切口和使翼产生角位移并进入扩宽的切口，直到翼被移置到所需的角度；

在保持翼在所需角度的同时，使刀具组件沿着翼，逐渐地将翼缩回进入回退切口，这样就完成了在宽度上超过进入孔宽度的回退切割。

33.一种用于回退切割位于矿层中的材料的开采机械，包括一个可移动的主框架；由所述主框架上支承的第一翼和第二翼；分别安装在所述第一、第二翼上的刀具组件；在每一所述第一、第二翼上的座，用于可选择地沿着所述第一、第二翼移动的所述刀具组件，以切割所述第一、第二翼附近的材料；在所述主框架和所述第一、第二翼之间的枢轴连接，用于把所述第一、第二翼定位成与所述主框架的移动方向相反的角度方向。

34.一种用于回退切割位于矿层中的材料的开采机械，包括一可移动的主框架；由所述主框架支承的翼；安装在所述翼上的刀具组件，供可沿所述翼移动以切割翼附近的材料；在所述主框架与所述翼之间的枢轴连接，以便把所述翼定位成与所述主框架的移动方向成一角度；一伸展组件，以使所述翼相对于所述主框架产生角位移。

35.根据权利要求34所述的开采机械，其特征在于还包括一个和所述伸展组件相互连接的夹持机构，以便可选择地在材料中放松和固定所述伸展组件，以逐渐地移动所述翼。

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