煤礦無煤柱高效精準(zhǔn)鋸式切頂技術(shù)研究

劉詩杰

（大同煤礦集團(tuán)大斗溝煤業(yè)公司，山西大同037000）

切頂卸壓是無煤柱最核心的技術(shù)，在使用此技術(shù)之前必須確定各種參數(shù)，從而可以確定鉆孔精度、炮孔加工工藝以及相應(yīng)的鉆具的選擇等。通常導(dǎo)向孔往往增加鉆孔量，同時(shí)對(duì)鉆孔、定位、尺寸以及力學(xué)特性都做了嚴(yán)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(shù)，而且對(duì)于特殊的部位還需要使用預(yù)裂爆破技術(shù)，這樣可以有效的保證巷道的穩(wěn)定性[1]。假如不對(duì)頂板采取相應(yīng)的固定，那么將會(huì)導(dǎo)致離層出現(xiàn)下沉的現(xiàn)象，從而使得巷道發(fā)生變形。假如爆破預(yù)裂切頂效果不達(dá)標(biāo)，同時(shí)遇到大面積懸頂未塌落的現(xiàn)象，那么必須采用重新鉆孔放炮強(qiáng)制放頂。

為了能夠有效地解決上述問題，為此研發(fā)一款礦用切頂機(jī)，同時(shí)需要制定相應(yīng)的解析優(yōu)化切頂工藝，從而可以滿足智能精準(zhǔn)地切頂?shù)男枰?，其可以取代定向聚能爆破切頂與裝藥等工序，進(jìn)一步優(yōu)化切割成本，以及提高切割效率與切縫貫通率[2]。與此同時(shí)，當(dāng)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(hù)以及相應(yīng)的治理有毒氣體。

1 主要研究內(nèi)容

（1）礦用切頂機(jī)研制。經(jīng)過探究確定了切頂機(jī)的性能與功能，主要涉及結(jié)構(gòu)組成、工作原理、強(qiáng)力切割、穩(wěn)定切割、精準(zhǔn)切割以及對(duì)應(yīng)的智能切割等，進(jìn)而可以有效地提高切頂機(jī)在巷道中安全高效的工作[3]。

（2）工藝研究。通常礦用切頂機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化快速切頂以及開槽預(yù)壓，可是當(dāng)前的切頂機(jī)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程需要，必須探究一套能夠?qū)崿F(xiàn)入井拆卸與調(diào)試、維護(hù)的設(shè)備，進(jìn)一步優(yōu)化切頂機(jī)的高效與精準(zhǔn)切頂。

使用礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器智能監(jiān)測冗余液壓制動(dòng)系統(tǒng)，可以有效的明確故障，同時(shí)對(duì)故障進(jìn)行預(yù)判，因此能夠有效地避免因機(jī)器失靈而帶來的重大事故[4]。

2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）主要涉及無煤柱精準(zhǔn)切頂工藝以及對(duì)應(yīng)的設(shè)備，其中設(shè)備包括如下幾個(gè)單元：第一，鏈臂式切割部；第二，支頂支底機(jī)構(gòu)；第三，閉式潤滑系統(tǒng)；第四，自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)等。其可以實(shí)現(xiàn)最大切深為6.5m，切縫寬度可以達(dá)到42mm，相應(yīng)的鏈臂擺角180°?？梢詫?shí)現(xiàn)無煤柱切頂卸壓的自動(dòng)化，廣泛的應(yīng)用于巖石硬度7級(jí)以及軟巖石。

（2）該切割技術(shù)主要借助金剛石刀具鏈臂式切割部、閉式潤滑系統(tǒng)以及對(duì)應(yīng)的專用噴霧降溫除塵系統(tǒng)，有效地解決了巖巷強(qiáng)力切割難題，同時(shí)在強(qiáng)力切割過程中產(chǎn)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(duì)于切割部而言，選用聚晶金剛石，與傳統(tǒng)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(tǒng)可以有效地降低巖石與刀具之間的摩擦，進(jìn)一步降低刀具的磨損。對(duì)于專用噴霧降溫除塵系統(tǒng)而言，其可以有效地化解了噴嘴易堵塞導(dǎo)致噴霧失效難題，同時(shí)使用壽命比較長。

（3）開發(fā)了部分核心零件諸如復(fù)合聯(lián)接找正油缸以及相應(yīng)的復(fù)合定位連接法蘭、自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)以及相應(yīng)的履帶架等技術(shù)，從而可以有效地解決了受力復(fù)雜以及底板不平整等問題引發(fā)的設(shè)備不穩(wěn)定問題[5]。

（4）開發(fā)出一種可以隨著激光進(jìn)行定位的裝置，以及擺動(dòng)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(diǎn)矩陣法以及相應(yīng)的定點(diǎn)圓弧牛角法，為了有效地解決切頂時(shí)產(chǎn)生排屑問題，筆者選用鏈臂和鏈條同向轉(zhuǎn)動(dòng)的方式進(jìn)行切割頂板。

3 主要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)

（1）為了能夠有效地實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)切頂，選用智能化的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行切頂；

（2）鏈臂切割單元的擺角達(dá)到180°；

（3）相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)切割深度可以達(dá)到0.7m，而經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)有效的深度可以達(dá)到6.45m，對(duì)應(yīng)的切縫寬度設(shè)定為42mm；

（4）該礦用切頂機(jī)的核心技術(shù)如下所示：第一，強(qiáng)力切割；第二，精準(zhǔn)切割；第三，穩(wěn)定切割；第四，智能切割，從而可以有效地提高切頂機(jī)高效精準(zhǔn)的工作；

（5）可以最大限度地提高切割效率，同時(shí)安全性得到了提升。有效地減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及優(yōu)化經(jīng)濟(jì)投入;

（6）在進(jìn)行切割時(shí)切縫比較平整，成巷比較好；

（7）該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)刀以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測，其可以適應(yīng)于粉塵濃度比較大的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)刀以及實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程測控[6]；

（8）可以開發(fā)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，從而可以滿足井下工作面的復(fù)雜條件，這樣當(dāng)鏈臂在進(jìn)行切出的過程中實(shí)現(xiàn)高效的工作;

（9）在刀具上面設(shè)置了噴嘴以及相應(yīng)的噴霧系統(tǒng)，從而可以有效地降低切出時(shí)產(chǎn)生的粉塵以及實(shí)現(xiàn)冷卻的效果。該刀具可以進(jìn)行干洗，同時(shí)不容易產(chǎn)生火花[7]。

4 研究成果及應(yīng)用效果

筆者將該系統(tǒng)應(yīng)用于塔山和云岡煤礦，如圖1所示，經(jīng)過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)其切頂切割速度普遍保持在2m/h，24h內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)20m的超前切割，其中切割貫通率可以達(dá)到100%，圖2表示經(jīng)過切割之后切面的光滑情況[8]。來源于空側(cè)側(cè)向懸頂?shù)南飪?nèi)支護(hù)附加壓力比較小，從而可以有效地優(yōu)化巷道的頂板壓力。該設(shè)備工藝簡單、機(jī)械化程度高、每月切縫尺寸最大可以達(dá)到1200m。該設(shè)備已經(jīng)申請(qǐng)了知識(shí)產(chǎn)權(quán)，能夠?qū)γ旱V開采工藝產(chǎn)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(jīng)濟(jì)損失。