特許 7742415 極薄炭層を採掘するための採炭方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-09-10

(45)【発行日】2025-09-19

(54)【発明の名称】極薄炭層を採掘するための採炭方法

(51)【国際特許分類】

   E21C 41/18 20060101AFI20250911BHJP

【ＦＩ】

E21C41/18

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023542677

(86)(22)【出願日】2023-06-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2025-04-17

(86)【国際出願番号】 CN2023103000

(87)【国際公開番号】W WO2024198119

(87)【国際公開日】2024-10-03

【審査請求日】2023-07-13

(31)【優先権主張番号】202310308233.7

(32)【優先日】2023-03-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】522061811

【氏名又は名称】中煤科工集団沈陽研究院有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＣＣＴＥＧ ＳＨＥＮＹＡＮＧ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１１，Ｂｉｎｈｅ Ｒｏａｄ，Ｓｈｅｎｆｕ Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ Ｚｏｎｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１３１２２，Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】劉 子文

(72)【発明者】

【氏名】劉 欽徳

(72)【発明者】

【氏名】曹 ▲ヤオ▼林

【審査官】七字 ひろみ

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－０８８５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１６０２５３５５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１５８２２５８９（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３１９５４２８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｃ ４１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

極薄炭層を採掘するための採炭方法であって、
２台のフロントエンジン採炭機及びロングアームボックスを主要な採炭設備として用いて、前記採炭機は、ドラム半径の小さな横軸ドラムシェアラーを用いて採炭作業を行うことにより、採炭により極薄炭層の岩壁を破壊することなく、極薄炭層について長壁式採炭を行い、採掘帯を互いに平行するものとして、一方の採炭機を用いて１本の採掘帯に対する採炭作業を完了した後、他方の採炭機を用いて隣接する石炭に施工を行い、別の新しい採掘帯を開放し、新しい採掘帯の掘進作業が進むに伴い、前の採掘帯からロングアームボックスを同期して撤去させ、撤去させたロングアームボックスを新しい採掘帯内の採炭機にドッキングし、
具体的には、
坑道のレーン金網に開口処理を行うステップ１と、
採炭作業前の準備作業を行うステップ２と、
第１採掘帯の掘進作業を行い、採炭機が最大ストロークまで進むと、第１採掘帯の掘進作業を終了するステップ３と、
第１採掘帯の掘進作業を終了した後、第２採掘帯の掘進作業を行うステップ４と、
第１採炭機、移動トラック搬送設備を撤去させて、次の採掘帯の採炭作業の準備を行い、第１採掘帯の採掘跡を処置するステップ５と、
該極薄炭層のすべての採掘作業が完了するまで、ステップ４とステップ５を繰り返すステップ６と、を含む、ことを特徴とする採炭方法。

【請求項2】

ステップ２では、採炭作業前の準備作業は、具体的には、トラック搬送設備を開口部に移動させて、坑道内の採掘レーンに近い側で、坑道に従ってローダを敷設し、吊り下げツーリングによって第１採炭機を前記開口部に吊り下げ、採炭機の角度を調整することである、ことを特徴とする請求項１に記載の極薄炭層を採掘するための採炭方法。

【請求項3】

ステップ３では、第１採掘帯の掘進作業の流れは、具体的には、第１採炭機を起動させて、第１採炭機を現在の採掘帯に沿って推進させるとともに、ロングアームボックスを坑道内に搬送し、第１採炭機が進むに伴い、第１採炭機の尾部に節ごとにロングアームボックスをドッキングすることである、ことを特徴とする請求項１に記載の極薄炭層を採掘するための採炭方法。

【請求項4】

ステップ４では、第２採掘帯の掘進作業の流れは、具体的には、
第１採掘帯の掘進を完了した後、ステップ１の開口処理を再度行い、第２採炭機を調達して第２採掘帯の掘進作業を行い、
第２採炭機を起動させて、第２採炭機を現在の採掘帯に沿って推進させ、
それとともに、第１採掘帯内のロングアームボックスを撤去させ、撤去させたロングアームボックスを第２採炭機の尾部にドッキングすることである、ことを特徴とする請求項１に記載の極薄炭層を採掘するための採炭方法。

【請求項5】

ステップ４では、第２採掘帯の掘進作業の開始前に、第１採掘帯内のロングアームボックスを１節撤去させて使用に備える、ことを特徴とする請求項１に記載の極薄炭層を採掘するための採炭方法。

【請求項6】

ステップ５では、グラウト注入により採掘跡を処置する、ことを特徴とする請求項１に記載の極薄炭層を採掘するための採炭方法。

【請求項7】

ステップ６では、極薄炭層の採掘作業が完了すると、採炭機及びロングアームボックスをすべて坑道から撤去させ、最後に、採掘跡の処置作業を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の極薄炭層を採掘するための採炭方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、薄炭層採掘の技術分野に属し、特に極薄炭層を採掘するための採炭方法を提供する。

【背景技術】

【0002】

中国の工業生産では、石炭は主なエネルギー源として利用されており、坑道作業で採掘される炭層については、厚さが１．３ｍ未満のものを薄炭層とし、厚さが０．９ｍ未満のものを極薄炭層と呼ぶことが多い。

【0003】

業界内の基準によると、坑道作業で採掘される炭層は、厚さが１．３ｍ未満のものは薄炭層であり、厚さが０．９ｍ未満のものは極薄炭層である。

【0004】

現在、薄炭層の採掘に対して、炭層には軟岩炭層ルーフ又は軟岩炭層床が存在する場合、多数の鉱山では、トップの採掘深さ及びボトムの採掘深さを大きくする総合採掘技術及び設備を利用して採掘を行い、設備の摩耗、材料の消費及び原炭の洗浄選別費用を増大したが、プロセスが全体として成熟しており、コストが予測できるので、多くの企業はこの採掘手段を受け入れやすい。

【0005】

一般的な採炭機には、ドラムシェアラー、ホーベル、オーガドリル式採炭機がある。

【0006】

その中で、ドラムシェアラーとホーベルを使用して薄炭層の採掘を行う場合、薄炭層の厚さが採掘設備の採掘規模より小さく、採掘過程で炭層の硬い炭層ルーフと炭層床が破壊され、大量の脈石が発生し、採掘石炭の脈石含有率が高くなり、設備の損耗が深刻になり、洗浄選別コストが大幅に増加するなどの問題が発生する。

【0007】

オーガドリル式採炭機は極薄炭層の採掘を可能にする採炭設備である。しかし、掘進中に地質条件、ドリルやボーリングロッドの重力と不均衡モーメントの影響を受けやすく、掘進中にドリルとボーリングロッドのズレがよく発生し、掘進深さが制限される。ボーリングロッドの着脱に時間がかかるので、採炭効率に深刻な影響を与える。掘進時にボーリングルームが炭層ルーフの状况に依存しており、小さな石炭柱が残っていて、採掘幅が小さく、採掘効率と資源の採掘率が低い。特に掘進プロセスでは、ガスなどの災害対策が不十分なため、現在は安全基準が取り消される。

【0008】

そのため、現在使用されている薄炭層総合機械化採掘設備は、採掘高さが０．９ｍより大きい炭層の採掘にしか適用できず、しかも作業条件が厳しく、スマート化採掘制御技術を採用しても、人員が作業面に入って保守メンテナンスや事故処理を行う必要があり、採掘事故率が高く、材料の消耗が増大し、採掘コストと洗浄選別コストが大幅に増加し、経済効果が低い。炭層ルーフと炭層床が硬くて厚さが０．８５ｍ未満の炭層に対しては、まだ総合機械化採掘を採用することができず、たとえ高度な従来型マイニングプロセスを採用しても０．７ｍ以上の炭層に適用することしかできない。石炭不足地区や希少な石炭種を採掘する小型鉱山では、採掘高さが０．７ｍ未満の石炭層を採掘する場合、石炭を爆破して落下させ、石炭を人工的に収集する従来の方法しか採用できない。

【0009】

以上から、炭層ルーフ及び炭層床が硬い炭層や極薄炭層の採掘、特に炭層の炭層ルーフ及び炭層床が硬い条件での保護層の採掘の問題を解決するために、薄・極薄炭層のスマート化採掘技術と設備のセットの開発が急務となっている。

【0010】

上記課題を解決するために、本発明は極薄炭層を採掘するための採炭方法を提供する。

【発明の概要】

【0011】

上記の目的を達成させるために本発明が採用する技術的解決手段は以下の通りである。極薄炭層を採掘するための採炭方法であって、２台のフロントエンジン採炭機及びロングアームボックスを主要な採炭設備として用いて、極薄炭層について長壁式採炭を行い、採掘帯を互いに平行するものとして、一方の採炭機を用いて１本の採掘帯に対する採炭作業を完了した後、他方の採炭機を用いて隣接する石炭に施工を行い、別の新しい採掘帯を開放し、新しい採掘帯の掘進作業が進むに伴い、前の採掘帯からロングアームボックスを同期して撤去させ、撤去させたロングアームボックスを新しい採掘帯内の採炭機にドッキングし、
具体的には、
坑道のレーン金網に開口処理を行うステップ１と、
採炭作業前の準備作業を行うステップ２と、
第１採掘帯の掘進作業を行い、採炭機が最大ストロークまで進むと、第１採掘帯の掘進作業を終了するステップ３と、
第１採掘帯の掘進作業を終了した後、第２採掘帯の掘進作業を行うステップ４と、
第１採炭機、移動トラック搬送設備を撤去させて、次の採掘帯の採炭作業の準備を行い、第１採掘帯の採掘跡を処置するステップ５と、
該極薄炭層のすべての採掘作業が完了するまでステップ４とステップ５を繰り返すステップ６と、を含む。

【0012】

さらに、ステップ１では、坑道のレーン金網に開口処理を行うときに、具体的には、坑道のレーン金網で開口を切る。

【0013】

さらに、ステップ２では、採炭作業前の準備作業は、具体的には、トラック搬送設備を開口部に移動させて、坑道内の採掘レーンに近い側で、坑道に従ってローダを敷設し、吊り下げツーリングによって第１採炭機を該開口位置に吊り下げ、採炭機の角度を調整することである。

【0014】

さらに、ステップ３では、第１採掘帯の掘進作業の流れは、具体的には、第１採炭機を起動させて、第１採炭機を現在の採掘帯に沿って推進させるとともに、ロングアームボックスを坑道内に搬送し、第１採炭機が進むに伴い、第１採炭機の尾部に節ごとにロングアームボックスをドッキングすることである。

【0015】

さらに、ステップ４では、第２採掘帯の掘進作業の流れは、具体的には、
第１採掘帯の掘進を完了した後、ステップ１の開口処理を再度行い、第２採炭機を調達して第２採掘帯の掘進作業を行い、
第２採炭機を起動させて、第２採炭機を現在の採掘帯に沿って推進させ、
それとともに、第１採掘帯内のロングアームボックスを撤去させ、撤去させたロングアームボックスを第２採炭機の尾部にドッキングすることである。

【0016】

さらに、ステップ４では、第２採掘帯の掘進作業の開始前に、第１採掘帯内のロングアームボックスを１節撤去させて使用に備える。

【0017】

さらに、ステップ５では、グラウト注入により採掘跡を処置する。

【0018】

さらに、ステップ６では、極薄炭層の採掘作業が完了すると、採炭機及びロングアームボックスをすべて坑道から撤去させ、最後に、採掘跡の処置作業を行う。

【0019】

本発明を使用することによる有益な効果は以下の通りである。

【0020】

本方法では、ドラム半径の小さな横軸ドラムシェアラーを用いて採炭作業を行うことにより、採炭により極薄炭層の岩壁を破壊することがなく、これにより、大量の脈石が発生し、採掘石炭の脈石含有率が高くなり、設備の損耗が深刻になり、洗浄選別コストが大幅に増加するなどの問題を回避する。

【0021】

隣接する２つの採掘帯内でロングアームボックスを交互に使用するため、採炭作業に使用される多くのロングアームボックスが坑道内に集中して滞留することを回避し、ロングアームボックスが坑道内の空間を多く占めて、他の作業の展開が悪影響を受け、さらに安全上のリスクが生じるという問題を回避する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の軸方向の概略図である。

【図2】図１におけるＡ－Ａ方向のレーン及びレーン金網の概略図である。

【図3】図１におけるＢ－Ｂ方向の交互採炭作業の状態の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下では、図面を参照して本発明について詳細に説明する。

【0024】

図１～図３に示すように、坑道１は施工用の作業空間であり、極薄炭層３は掘進対象の炭鉱貯留層であり、極薄炭層３の上方にも下方にも岩体２が存在し、坑道１を建設するときに、そのレーンには支保用のレーン金網１０１が配置される。

【0025】

採掘帯３０１は採炭作業を実施するプロセスにおいて石炭に残った帯状空間であり、現在の採掘帯３０１の採炭作業が完了すると、採炭機が採掘帯３０１から撤去され、この採掘帯３０１は採掘跡となる。

【0026】

採掘設備は、主に、トラック搬送設備４０１、ロングアームボックス４０２、及び２台の採炭機を含み、坑道１内には、トラック搬送設備４０１が走行するためのトラックが敷設されている。

【0027】

トラック搬送設備４０１は、主に、軌道台車と２つの推進機構とから構成される。

【0028】

ロングアームボックス４０２は、主に２本のオーガロッドとスチールボックスとで構成され、複数節のロングアームボックス４０２はエンドツーエンドで接続されてもよい。

【0029】

採炭機は、主に、ヘッド、胴体及び走行機構で構成され、ヘッドは切削設備、胴体は搬送設備であり、走行機構はヘッドと胴体との底部に装備されて、採炭機を駆動して推進させる動力を供給し、胴体はロングアームボックス４０２にドッキングされて、連続搬送機構を構成することができる。

【0030】

好ましくは、採炭機は、横軸ドラム構造を採用しており、ヘッド幅が２４００ｍｍ、切削ビットの直径が５００ｍｍで、切削ビットには、調整可能な範囲を５００ｍｍ～１２００ｍｍとする高さ調整液圧シリンダが設けられる。

【0031】

極薄炭層を採掘するための採炭方法は、具体的には、ステップ１～ステップ４を含む。

【0032】

ステップ１：坑道１のレーン金網１０１で開口を切り、該開口は採掘帯３０１の開口となる。

【0033】

レーン金網１０１の切り高さを炭層厚さよりも大きくし、切り幅を採炭機のヘッドの幅よりも大きくする。

【0034】

ステップ２：トラック搬送設備４０１を開口に移動させて、坑道１内の採掘レーンに近い側で、坑道に従ってローダを敷設し、吊り下げツーリングによって第１採炭機４０３を該開口位置に吊り下げる。

【0035】

第１採炭機４０３が運行するときに推進方向が炭層傾斜方向Ｐと一致するように、胴体の角度を調整する。

【0036】

ステップ３：第１採炭機４０３を起動させて、第１採掘帯の掘進作業を行う。

【0037】

掘進において、第１採炭機４０３が進むに伴い、吊り下げツーリングによって坑道１内にロングアームボックス４０２を１つずつ搬送し、推進機構を使用してロングアームボックス４０２を第１採炭機４０３の胴体の尾部にドッキングする（ロングアームボックス４０２をドッキングするときに、第１採炭機４０３の運行を一時的に停止する）。

【0038】

第１採炭機４０３によって極薄炭層３から切削した石炭を第１採炭機４０３の胴体やロングアームボックス４０２によって採掘帯３０１の開口に搬入し、石炭をローダに落として、ローダで石炭を坑道内に敷設されたベルトコンベアに搬入し、採掘区域の石炭ビン内に搬送する。

【0039】

掘進深さは炭層及び周辺の地質環境に応じて決定され、第１採炭機４０３が所定の深さまで掘進すると停止し、第１採掘帯３０１の掘進作業が完了する。

【0040】

ステップ４：第２採掘帯の掘進作業を行う。

【0041】

ステップ１を繰り返して、第１採掘帯の坑道に沿う側に第２採掘帯の開口を切り、次に、吊り下げツーリングによって第２採炭機４０４を該開口位置に吊り下げる。

【0042】

第２採炭機４０４を起動させて、第２採掘帯の掘進を行う。

【0043】

第２採掘帯の掘進速度に応じて、第１採掘帯内のロングアームボックス４０２を同期して撤去させ、撤去させたロングアームボックス４０２を第２採炭機４０４の尾部にドッキングする。

【0044】

第２採掘帯の掘進作業が終了すると、第１採掘帯内のロングアームボックス４０２をすべて撤去させて、第２採掘帯に配置する。

【0045】

第２採掘帯の掘進作業の開始前に、ロングアームボックス４０２のドッキング操作をスムーズに行うことを可能にするために、第１採掘帯内のロングアームボックス４０２を１節撤去させる。

【0046】

ステップ５：第１採炭機４０３、移動トラック搬送設備４０１を撤去させて、採掘跡を処置する。

【0047】

第２採掘帯の掘進作業が終了した後、第１採掘帯内の第１採炭機４０３を撤去させ、坑道方向に沿って次の採炭機だけの距離分トラック搬送設備４０１を移動させ、次に、吊り下げツーリングによって第１採炭機４０３を第２採掘帯の一方の側から第２採掘帯の他方の側に移動させ、ステップ４における第２採掘帯の採炭操作の工程及ロングアームボックス４０２をドッキングする工程を繰り返して、第３採掘帯の掘進作業を実施する。

【0048】

グラウト注入により採掘跡を処置する。

【0049】

ステップ６：ステップ５の操作を繰り返して、該極薄炭層３のすべての採掘作業が完了するまで、複数の採掘帯３０１の掘進を行う。

【0050】

極薄炭層３の採掘作業が完了すると、２つの採炭機及びすべてのロングアームボックス４０２を撤去させ、吊り下げツーリング及び軌道台車と組み合わせて、採炭機及びロングアームボックス４０２を坑道の外へ搬送する。

【0051】

採炭操作においては、隣接する２つの採掘帯３０１の間に石炭柱３０２を残すことに注意する必要があり、石炭柱の幅は５００ｍｍ以上とされる。

【0052】

以上は本発明の好適な実施例に過ぎず、当業者であれば、本発明の構想に基づいて、特定実施形態及び適用範囲についてさまざまな変化を加えることができ、これらの変化は本発明の構想を逸脱しない限り、すべて本発明の特許範囲に属する。

【符号の説明】

【0053】

１ 坑道
１０１ レーン金網
２ 岩体
３ 極薄炭層
３０１ 採掘帯
３０２ 石炭柱
４０１ 搬送機構
４０２ ロングアームボックス
４０３ 第１採炭機
４０４ 第２採炭機
Ｐ 炭層傾斜方向
Ｑ 坑道方向

【図1】

【図2】

【図3】