煤礦無煤柱高效精準鋸式切頂技術研究

劉詩杰

（大同煤礦集團大斗溝煤業公司，山西大同037000）

切頂卸壓是無煤柱最核心的技術，在使用此技術之前必須確定各種參數，從而可以確定鉆孔精度、炮孔加工工藝以及相應的鉆具的選擇等。通常導向孔往往增加鉆孔量，同時對鉆孔、定位、尺寸以及力學特性都做了嚴格的要求。在開采無煤柱的過程中不僅需要使用雙向聚能拉伸爆破技術，而且對于特殊的部位還需要使用預裂爆破技術，這樣可以有效的保證巷道的穩定性[1]。假如不對頂板采取相應的固定，那么將會導致離層出現下沉的現象，從而使得巷道發生變形。假如爆破預裂切頂效果不達標，同時遇到大面積懸頂未塌落的現象，那么必須采用重新鉆孔放炮強制放頂。

為了能夠有效地解決上述問題，為此研發一款礦用切頂機，同時需要制定相應的解析優化切頂工藝，從而可以滿足智能精準地切頂的需要，其可以取代定向聚能爆破切頂與裝藥等工序，進一步優化切割成本，以及提高切割效率與切縫貫通率[2]。與此同時，當光滑切面塌落之后可以形成一道石墻，從而可以便于今后巷道支護以及相應的治理有毒氣體。

1 主要研究內容

（1）礦用切頂機研制。經過探究確定了切頂機的性能與功能，主要涉及結構組成、工作原理、強力切割、穩定切割、精準切割以及對應的智能切割等，進而可以有效地提高切頂機在巷道中安全高效的工作[3]。

（2）工藝研究。通常礦用切頂機能夠實現機械化快速切頂以及開槽預壓，可是當前的切頂機已經遠遠不能滿足工程需要，必須探究一套能夠實現入井拆卸與調試、維護的設備，進一步優化切頂機的高效與精準切頂。

使用礦井提升機盤式制動器智能監測冗余液壓制動系統，可以有效的明確故障，同時對故障進行預判，因此能夠有效地避免因機器失靈而帶來的重大事故[4]。

2 創新點

（1）主要涉及無煤柱精準切頂工藝以及對應的設備，其中設備包括如下幾個單元：第一，鏈臂式切割部；第二，支頂支底機構；第三，閉式潤滑系統；第四，自動調平系統等。其可以實現最大切深為6.5m，切縫寬度可以達到42mm，相應的鏈臂擺角180°?？梢詫崿F無煤柱切頂卸壓的自動化，廣泛的應用于巖石硬度7級以及軟巖石。

（2）該切割技術主要借助金剛石刀具鏈臂式切割部、閉式潤滑系統以及對應的專用噴霧降溫除塵系統，有效地解決了巖巷強力切割難題，同時在強力切割過程中產生的高溫、粉塵大以及刀具磨損大等問題得到了全面的控制。

對于切割部而言，選用聚晶金剛石，與傳統刀具相比較其硬度高出10倍以上，使用周期大于1000h。所選用的閉式潤滑系統可以有效地降低巖石與刀具之間的摩擦，進一步降低刀具的磨損。對于專用噴霧降溫除塵系統而言，其可以有效地化解了噴嘴易堵塞導致噴霧失效難題，同時使用壽命比較長。

（3）開發了部分核心零件諸如復合聯接找正油缸以及相應的復合定位連接法蘭、自動調平系統以及相應的履帶架等技術，從而可以有效地解決了受力復雜以及底板不平整等問題引發的設備不穩定問題[5]。

（4）開發出一種可以隨著激光進行定位的裝置，以及擺動伸縮組件等，從而可以有效地解決因粉塵過多、燈光比較暗等原因，致使不能精確地定位等問題。

（5）切頂工藝主要選用定點矩陣法以及相應的定點圓弧牛角法，為了有效地解決切頂時產生排屑問題，筆者選用鏈臂和鏈條同向轉動的方式進行切割頂板。

3 主要達到的技術指標

（1）為了能夠有效地實現精準切頂，選用智能化的機械設備進行切頂；

（2）鏈臂切割單元的擺角達到180°；

（3）相應的標準切割深度可以達到0.7m，而經過實踐發現有效的深度可以達到6.45m，對應的切縫寬度設定為42mm；

（4）該礦用切頂機的核心技術如下所示：第一，強力切割；第二，精準切割；第三，穩定切割；第四，智能切割，從而可以有效地提高切頂機高效精準的工作；

（5）可以最大限度地提高切割效率，同時安全性得到了提升。有效地減輕工人的勞動強度以及優化經濟投入;

（6）在進行切割時切縫比較平整，成巷比較好；

（7）該系統可以實現自動對刀以及實現自動檢測，其可以適應于粉塵濃度比較大的環境，實現自動對刀以及實現對設備進行遠程測控[6]；

（8）可以開發自動調平系統，從而可以滿足井下工作面的復雜條件，這樣當鏈臂在進行切出的過程中實現高效的工作;

（9）在刀具上面設置了噴嘴以及相應的噴霧系統，從而可以有效地降低切出時產生的粉塵以及實現冷卻的效果。該刀具可以進行干洗，同時不容易產生火花[7]。

4 研究成果及應用效果

筆者將該系統應用于塔山和云岡煤礦，如圖1所示，經過工程實踐發現其切頂切割速度普遍保持在2m/h，24h內可以實現20m的超前切割，其中切割貫通率可以達到100%，圖2表示經過切割之后切面的光滑情況[8]。來源于空側側向懸頂的巷內支護附加壓力比較小，從而可以有效地優化巷道的頂板壓力。該設備工藝簡單、機械化程度高、每月切縫尺寸最大可以達到1200m。該設備已經申請了知識產權，能夠對煤礦開采工藝產生革命性的改變，其可以有效地提高煤炭的回收效率，因此避免不必要的經濟損失。