基于金剛石串珠繩鋸的急傾斜薄及中厚煤層無(wú)人工作面開(kāi)采方法探索

汪永印 ，高 林 ，楊得禮

（1.貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院, 貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州省黔西南州貞豐縣三河順勛煤礦, 貴州 貞豐 562200）

0 引 言

貴州省煤炭資源豐富，煤種齊全，但貴州煤礦具有地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層傾角大，煤層薄，礦井規(guī)模小等特點(diǎn)，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、智能化生產(chǎn)存在獨(dú)特的困難。尤其是貴州部分礦區(qū)的傾角大于60°的薄及中厚煤層，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、智能化生產(chǎn)。又因?yàn)檫@部分煤層的煤質(zhì)好，大多數(shù)為主焦煤，開(kāi)采價(jià)值大等因素，貴州省曾多次發(fā)文推動(dòng)貴州省“關(guān)鍵4%”煤礦機(jī)械化開(kāi)采的研究工作，主要是傾角大于60°的急傾斜薄及中厚煤層的機(jī)械化開(kāi)采研究工作。

國(guó)內(nèi)及貴州的煤礦、相關(guān)科研機(jī)構(gòu)在傾角大于60°的急傾斜煤層的機(jī)械化開(kāi)采領(lǐng)域已經(jīng)做出過(guò)有益的嘗試。偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法曾經(jīng)作為傾角大于60°的薄及中厚急傾斜煤層開(kāi)采的有效方法，由于產(chǎn)量低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)械化程度低等因素已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代煤炭工業(yè)機(jī)械化、智能化的發(fā)展需要[1]。在偽傾斜柔性掩護(hù)支架能有效隔離采空區(qū)的思路影響下，國(guó)內(nèi)多家煤礦及科研機(jī)構(gòu)分別研制出液壓可伸縮柔性掩護(hù)支架、自移式柔性掩護(hù)液壓支架[2-3]；為提高急傾斜煤層的機(jī)械化程度，利用急傾斜煤層的賦存特點(diǎn)，多家煤礦及科研機(jī)構(gòu)分別研制出巷道放頂煤采煤法[4-8]；為減少急傾斜煤層開(kāi)采時(shí)工作面爆破落煤的工作量，部分科研機(jī)構(gòu)研制出銑采采煤機(jī)[9]及鋼絲繩鋸采煤法[10-11]等。貴州煤礦在急傾斜薄及中厚煤層開(kāi)采方法研究領(lǐng)域也進(jìn)行了有益的嘗試，如桐梓某礦曾經(jīng)試驗(yàn)了采煤機(jī)配合移動(dòng)氣墊的無(wú)人工作面采煤法，六枝某礦試驗(yàn)了急傾斜柔性液壓支架配合截煤機(jī)的急傾斜煤層綜合機(jī)械化開(kāi)采方法等。

目前研制的各種急傾斜煤層機(jī)械化采煤法，受限于不同煤礦的具體地質(zhì)條件，均未得到規(guī)模化推廣應(yīng)用。巷道放頂煤采煤法，由于其巷道系統(tǒng)簡(jiǎn)單，并由于工作面不需要支護(hù)且實(shí)現(xiàn)了工作面無(wú)人作業(yè)等優(yōu)勢(shì)，成為急傾斜薄及中厚煤層開(kāi)采的主要研究方向[12]。但是巷道放頂煤采煤法，尤其是急傾斜薄及中厚煤層巷道放頂煤開(kāi)采過(guò)程中，由于頂煤不能及時(shí)冒落并放出，并由于頂、底板的垮落導(dǎo)致煤、矸混下影響煤質(zhì)，從而導(dǎo)致目前的急傾斜薄及中厚煤層巷道放頂煤采煤法存在區(qū)段高度小，巷道掘進(jìn)率高、不能完全回采區(qū)段高度內(nèi)的煤炭等缺點(diǎn)[13-16]。采取輔助手段破碎煤體，以便于順利進(jìn)行巷道放頂煤開(kāi)采已經(jīng)成為急傾斜薄及中厚煤層機(jī)械化開(kāi)采的重要思路。

目前，巷道放頂煤開(kāi)采存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在：

1）巷道放頂煤開(kāi)采時(shí)，頂煤冒落高度小。由于急傾斜薄及中厚煤層巷道放頂煤開(kāi)采時(shí)，支架沿走向布置，并由于不存在冒落拱疊合效應(yīng)，導(dǎo)致放煤高度有限[17-18]。

2）巷道放頂煤開(kāi)采時(shí)，頂、底板巖層垮落導(dǎo)致頂煤不能全部放出。急傾斜煤層開(kāi)采時(shí)，不僅頂板會(huì)垮落，底板也會(huì)垮落，還有采場(chǎng)后方冒落的矸石也會(huì)涌向放煤窗口，從而導(dǎo)致煤、矸混合后不得不關(guān)閉放煤窗口，從而導(dǎo)致采場(chǎng)上方的煤體不能完全放出[19-22]。

3）中深孔松動(dòng)爆破。中深孔松動(dòng)爆破不僅增加了工作量，而且會(huì)誘導(dǎo)突出，也與機(jī)械化、智能化采礦技術(shù)的發(fā)展有一定的距離。

到目前為止，此方面的研究還不能滿足急傾斜薄及中厚煤層巷道放頂煤開(kāi)采的需要，而改造廣泛應(yīng)用于地面采石場(chǎng)的串珠繩鋸為液壓動(dòng)力后，作為巷道放頂煤的輔助切割措施，可有效地將煤體與頂、底板分離，可有效地將煤體切割成薄層狀條帶，從而讓煤體易于成條帶狀下移垮落，減少與采空區(qū)后方冒落的矸石的混合。因此，可有針對(duì)性地研究采用串珠繩鋸切割后的急傾斜薄及中厚煤層巷道放頂煤工作面的煤體及頂?shù)装宓囊苿?dòng)及破碎規(guī)律，為急傾斜煤層的開(kāi)采帶來(lái)新的技術(shù)參考，為提高急傾斜煤層的工作面產(chǎn)量、回采率，降低含矸率及巷道掘進(jìn)率提供重要依據(jù)。

1 巷道布置系統(tǒng)

1.1 基于串珠繩鋸的無(wú)人工作面采煤方法概況

在工作面運(yùn)輸巷沿煤層走向布置放頂煤液壓支架，采用放頂煤工藝。基于串珠繩鋸的急傾斜薄及中厚煤層無(wú)人工作面開(kāi)采方法，充分利用煤炭自重落煤，并采用廣泛應(yīng)用于地面采石場(chǎng)的串珠繩鋸改造為液壓動(dòng)力后應(yīng)用于放頂煤工作面煤層的預(yù)切割、破碎以及與頂、底板分離，從而有效提高巷道放頂煤的高度，提高開(kāi)采效率及產(chǎn)量，降低含矸率。為解決巷道放頂煤工藝時(shí)的工作面通風(fēng)問(wèn)題，必要時(shí)采用潛孔鉆機(jī)配合串珠繩鋸在巷道放頂煤工作面前方預(yù)掘通風(fēng)眼。

1.2 基于串珠繩鋸的無(wú)人工作面巷道布置系統(tǒng)

偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法通過(guò)增加腰巷來(lái)提高區(qū)段高度[1]、巷道放頂煤采煤法時(shí)通過(guò)“兩段三平巷”等方式來(lái)增加區(qū)段高度[8]，其目的都是通過(guò)上下區(qū)段錯(cuò)茬推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)2 個(gè)工作面同時(shí)開(kāi)采，以達(dá)到增加同時(shí)開(kāi)采的區(qū)段高度的方式來(lái)提高工作面產(chǎn)量。而基于串珠繩鋸的無(wú)人工作面采煤方法，采用串珠繩鋸可以切割的區(qū)段高度達(dá)120 m 以上，已經(jīng)超過(guò)布置腰巷的偽傾斜柔性掩護(hù)支架工作面的區(qū)段高度，也大于采用松動(dòng)爆破輔助破煤的“兩段三平巷”式巷道放頂煤采煤法的區(qū)段高度，從而節(jié)約巷道掘進(jìn)工程量。

基于串珠繩鋸的急傾斜薄及中厚煤層無(wú)人工作面采煤法可以采用傳統(tǒng)的U 型通風(fēng)方式。該采煤方法的巷道布置系統(tǒng)類似于走向長(zhǎng)壁工作面巷道布置系統(tǒng)，如圖1 所示，工作面巷道主要包括：工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷、開(kāi)切眼、通風(fēng)眼。

圖1 工作面布置Fig.1 Layout of working face

回采巷道掘進(jìn)順序?yàn)椋合染蜻M(jìn)工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷至采區(qū)邊界、然后掘進(jìn)工作面開(kāi)切眼。在工作面運(yùn)輸巷安裝巷道放頂煤支架、串珠繩鋸主機(jī)，在工作面回風(fēng)巷安裝串珠繩鋸輔機(jī)及串珠繩后，利用串珠繩鋸將煤體從頂?shù)装宸蛛x切割，以及必要時(shí)在煤體中部再分層切割形成條帶塊狀結(jié)構(gòu)后，進(jìn)行巷道放頂煤開(kāi)采。

1.3 基于金剛石串珠繩鋸的無(wú)人工作面通風(fēng)系統(tǒng)

采用U 型通風(fēng)系統(tǒng)，即利用放頂煤工作面及工作面運(yùn)輸巷、工作面回風(fēng)巷形成通風(fēng)系統(tǒng)。

在工作面推進(jìn)過(guò)程中，由于工作面后方的采空區(qū)矸石涌向工作面，導(dǎo)致工作面通風(fēng)斷面較小，此時(shí)，即必要時(shí)在工作面前方每隔5 m 采用潛孔鉆機(jī)掘進(jìn)1～2 個(gè)通風(fēng)眼，根據(jù)工作面推進(jìn)度，確定通風(fēng)眼上部眼蓋即風(fēng)門的開(kāi)閉，以確保工作面風(fēng)量。

2 基于金剛石串珠繩鋸的煤體切割技術(shù)

在開(kāi)采60°以上急傾斜薄及中厚煤層的過(guò)程中，因工作面煤層傾角大，導(dǎo)致在工作面安裝常規(guī)的開(kāi)采及運(yùn)輸設(shè)備困難，工作面支護(hù)難度大，工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，工作環(huán)境惡劣，產(chǎn)量低，煤炭生產(chǎn)成本高，事故隱患多等問(wèn)題。為解決急傾斜薄及中厚煤層開(kāi)采過(guò)程中的這些問(wèn)題，將地面采石場(chǎng)廣泛應(yīng)用的串珠繩鋸改造為液壓動(dòng)力后用于將工作面煤體沿走向進(jìn)行分層切割成條形塊狀，然后利用煤炭自重沿工作面傾斜方向自溜至工作面運(yùn)輸巷液壓支架上方，通過(guò)放煤窗口放入工作面運(yùn)輸巷的刮板輸送機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)急傾斜薄及中厚煤層開(kāi)采工作面不需要安裝開(kāi)采設(shè)備、不需要支護(hù)、也不需要人員進(jìn)入工作面，從而減少安全事故的發(fā)生，改變傳統(tǒng)模式下急傾斜薄及中厚煤層開(kāi)采產(chǎn)量低，煤炭生產(chǎn)成本高，事故隱患多的現(xiàn)狀。

2.1 串珠繩的結(jié)構(gòu)

串珠繩通常采用在鋼絲繩的外周沿軸向一定間隔固定環(huán)狀串珠切削體或者在鋼絲繩上沿軸向連續(xù)配列螺旋狀切削體，并將鋼絲繩的兩端焊接起來(lái)成為繩鋸，由驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)繩鋸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，使串珠切割石材或煤層。在鋼絲繩上沿軸向連續(xù)配列螺旋狀切削體，由于切削體的突出部分呈螺旋狀，在徑向，相鄰的裸線上的切削體形成連續(xù)移動(dòng)切割，易于排屑等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用更廣泛。

沿軸向連續(xù)配列螺旋狀切削體的鋼絲繩的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：切削體在帶狀的表面制成一體，切削體以螺旋狀纏在鋼絲繩外周，鋼絲繩由構(gòu)成芯材的芯線與卷纏在芯線周圍的若干根裸線構(gòu)成，切削體與一根以上的裸線外表面制成一體。

常用的連續(xù)配列螺旋狀切削體的鋼絲繩是在繩芯上螺旋狀卷纏6 根裸線，并在裸線外周固定切削體，具體如圖2、圖3 所示。

圖2 串珠繩表面示意Fig.2 Layout of beaded wire

圖3 串珠繩斷面示意Fig.3 Section of beaded wire

切削體用微細(xì)金剛石磨料復(fù)合電鍍而成，磨料用金屬鎳固定在裸線表面。由于這種串珠繩的整個(gè)表面都有切削體，因而不論在鋸的軸向還是徑向均可切割；又由于這種鋼絲繩沒(méi)有使用絞合線，因而柔軟性小，剛性大。

采用微細(xì)金剛石磨料復(fù)合電鍍而成的串珠繩最高切割硬度可達(dá)普氏硬度系數(shù)8 以上，可輕松切割煤層頂、底板，可以輕松過(guò)斷層等地質(zhì)構(gòu)造。

2.2 串珠繩鋸切割工藝

2.2.1 串珠繩鋸的安裝

在工作面運(yùn)輸巷距離開(kāi)切眼10 m 處安裝串珠繩鋸主機(jī)，在開(kāi)切眼下端靠近煤壁處的煤層頂板及底板附近分別安裝串珠繩鋸導(dǎo)向輪1、導(dǎo)向輪2，在工作面回風(fēng)巷距離開(kāi)切眼10 m 處安裝串珠繩鋸輔機(jī)，在開(kāi)切眼上端靠近煤壁處的煤層頂板及底板附近分別安裝導(dǎo)向輪3、導(dǎo)向輪4，通過(guò)串珠繩鋸的切割作用將煤層從頂?shù)装宸蛛x開(kāi)來(lái)，以便于實(shí)現(xiàn)巷道放頂煤開(kāi)采并提高開(kāi)采效率，如圖4 所示。對(duì)于中厚煤層，可以增加導(dǎo)向輪數(shù)量，增加在煤層中間的切槽，可以將煤體切割成條帶狀，以利于煤層垮落并順利采出。

圖4 工作面運(yùn)輸及回風(fēng)巷串珠繩鋸布置Fig.4 Layout of beaded wire saw in entrance of mining face

2.2.2 串珠繩的安裝

將串珠繩繞過(guò)工作面回風(fēng)巷的串珠繩鋸輔機(jī)的從動(dòng)輪，兩端頭分別繞過(guò)工作面回風(fēng)巷靠近開(kāi)切眼煤壁處的煤層頂板及底板附近的導(dǎo)向輪3、導(dǎo)向輪4，再由工作面開(kāi)切眼分別牽引并繞過(guò)工作面運(yùn)輸巷靠近開(kāi)切眼煤壁處的煤層頂板及底板附近的導(dǎo)向輪1、導(dǎo)向輪2，然后將串珠繩牽引至工作面運(yùn)輸巷的串珠繩鋸主機(jī)的主動(dòng)輪處，繞過(guò)主動(dòng)輪后將串珠繩首端和末端連接套入并拉緊后安裝完成，如圖4 所示。

2.2.3 回采工藝特點(diǎn)

開(kāi)動(dòng)串珠繩鋸主機(jī)，主動(dòng)輪帶動(dòng)串珠繩順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，串珠繩鋸主機(jī)、輔機(jī)同時(shí)在機(jī)座上行走實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面煤層的切割，切割后的煤炭產(chǎn)品沿工作面自溜至工作面運(yùn)輸巷的放頂煤支架上方，由放頂煤支架的放煤窗口自溜入工作面運(yùn)輸巷的刮板運(yùn)輸機(jī)，由刮板運(yùn)輸機(jī)將煤炭產(chǎn)品運(yùn)至其他煤炭運(yùn)輸設(shè)備后運(yùn)至煤倉(cāng)?；夭蛇^(guò)程中，采煤工人不必進(jìn)入工作面，只需要在巷道內(nèi)開(kāi)動(dòng)繩鋸及調(diào)整導(dǎo)向輪位置。

工作面運(yùn)輸巷及回風(fēng)巷應(yīng)采用聲光信號(hào)及防爆電話聯(lián)系，使串珠繩鋸的主機(jī)、輔機(jī)同步運(yùn)行，以避免造成機(jī)械故障。主動(dòng)輪、導(dǎo)向輪數(shù)量及串珠繩條數(shù)根據(jù)煤層厚度、硬度等參數(shù)確定，以保證煤體正常下落，必要時(shí)根據(jù)煤層厚度等可增加主動(dòng)輪、導(dǎo)向輪數(shù)量及串珠條數(shù)，在煤體中間增加切槽，將煤體分割成易于垮落的薄條帶狀。

2.2.4 串珠繩鋸的液壓動(dòng)力系統(tǒng)

液壓繩鋸機(jī)是液壓泵站的油壓力驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)帶動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)輪帶動(dòng)繩子轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)繩子靠從動(dòng)輪導(dǎo)向控制繩子的方向高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤體及頂?shù)装宓姆蛛x切割。液壓動(dòng)力站由電機(jī)、油泵、油箱、過(guò)濾器、液壓膠管、水冷器、高壓閥等構(gòu)成。采用多級(jí)液壓齒輪裝置，液壓推進(jìn)，鏈繩速度0～40 m/s，可帶繩長(zhǎng)20～150 m，輸出功率25～80 kW。

2.3 改造后的串珠繩鋸的特點(diǎn)

1）改造后的串珠繩鋸的動(dòng)力系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)，不存在機(jī)電設(shè)備失爆的風(fēng)險(xiǎn)，適用于煤礦井下作業(yè)環(huán)境。

2）改造后的串珠繩帶水切割煤層，切割作業(yè)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生火源，粉塵產(chǎn)生量小，噪音小，且自動(dòng)化程度高，分離式操控，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、安全性高，有效地改善了工作面的作業(yè)環(huán)境。

3）適應(yīng)性強(qiáng)，串珠繩鋸適用于所有類型礦山。功能強(qiáng)、效率高，繩鋸能進(jìn)行垂直、水平、斜面等多個(gè)方向的切割，還能進(jìn)行盲切；其次切割速度快，用于煤體切割時(shí)，一般能達(dá)到60～80 m2/h。

4）次鋸縫小，只有約11 mm，不會(huì)造成放頂煤條帶內(nèi)的煤體破碎，導(dǎo)致與采空區(qū)滑落的矸石混合，降低煤質(zhì)。

3 巷道放頂煤工藝

3.1 巷道放頂煤液壓支架布置方式

由于急傾斜薄及中厚煤層巷道放頂煤開(kāi)采的特點(diǎn)，工作面沿煤層走向推進(jìn)，但工作面的主要設(shè)備均位于工作面運(yùn)輸巷及回風(fēng)巷，尤其巷道放頂煤液壓支架安裝于工作面運(yùn)輸巷靠近工作面處，且沿煤層厚度方向布置。由于煤層厚度的影響，對(duì)于薄及中厚煤層，只能布置2～3 臺(tái)液壓支架。

由于急傾斜薄及中厚煤層巷道放頂煤開(kāi)采時(shí)，液壓支架移動(dòng)頻繁，為提高液壓支架的移動(dòng)速度，可采用以放煤為主的后架，以驅(qū)動(dòng)為主的前架相結(jié)合的巷道放頂煤組合型自移式液壓支架。

近年很多科研及生產(chǎn)單位在急傾斜煤層開(kāi)采方面進(jìn)行了有益的嘗試，已經(jīng)形成了一系列適應(yīng)于急傾斜煤層巷道放頂煤的液壓支架。圖5 所示為中平能化集團(tuán)機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的巷道放頂煤液壓支架的平、立面圖。液壓支架的前架采用同降同移，后架采用邁步式移動(dòng)，移后架時(shí)始終有3 個(gè)面支護(hù)頂板，頂板支護(hù)面積大，可有效管理頂板。也可根據(jù)頂板的情況將后架調(diào)整為整體移動(dòng)。

圖5 巷道放頂煤液壓支架平、立面圖Fig.5 Plane and vertical view of top coal caving hydraulic support in roadway

急傾斜煤層巷道放頂煤組合式自移液壓支架，包括自前向后依次連接設(shè)置的前架、過(guò)渡梁和后架，至少由2 組并排組合設(shè)置。適用于急傾斜水平分段巷道放頂煤開(kāi)采工作面，特別適用于煤層傾角大于55°的急傾斜煤層?？蓪?shí)現(xiàn)放頂煤、運(yùn)輸、支護(hù)、移架的全部機(jī)械化作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，安全可靠、機(jī)械化程度高，可有效減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，提高生產(chǎn)效率。

3.2 巷道放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)

每組前架均包括前底座、伸縮桿、兩根前立柱、前頂梁、挑梁、挑梁千斤頂、翻轉(zhuǎn)梁和翻轉(zhuǎn)梁千斤頂。每組后架均包括后底座、2 根后立柱、后頂梁、四連桿機(jī)構(gòu)、外側(cè)護(hù)板、外側(cè)護(hù)板導(dǎo)桿、外側(cè)護(hù)千斤頂、內(nèi)側(cè)護(hù)板、內(nèi)側(cè)護(hù)板導(dǎo)桿、內(nèi)側(cè)護(hù)千斤頂、尾梁、尾梁千斤頂、插板和插板千斤頂。每組過(guò)渡梁均包括外過(guò)渡梁、內(nèi)過(guò)渡梁和過(guò)渡梁千斤頂。

并排設(shè)置的2 組前架通過(guò)中擔(dān)梁和前橫拉千斤頂連接，中擔(dān)梁兩側(cè)分別通過(guò)兩根長(zhǎng)銷與兩前頂梁鉸接，前橫拉千斤頂兩端分別與兩伸縮體鉸接。并排設(shè)置的2 組后架通過(guò)后橫拉千斤頂連接，后橫拉千斤頂兩端分別與兩后頂梁鉸接。每組前架與該前架正后方的后架之間通過(guò)拉架千斤頂連接，拉架千斤頂兩端分別與前底座后端和后底座前端鉸接。

對(duì)于急傾斜薄煤層，由于通風(fēng)及材料運(yùn)輸需要，工作面運(yùn)輸巷的寬度范圍內(nèi)可由2 組液壓支架組合一起使用；對(duì)于急傾斜中厚煤層，可根據(jù)煤層厚度采用多組液壓支架組合在一起使用。液壓支架的中心距可調(diào)，以適應(yīng)不同組數(shù)的液壓支架組合以及適應(yīng)不同巷道寬度的需求。

3.3 串珠繩鋸等與液壓支架的配合

在進(jìn)行串珠繩鋸預(yù)切割工作面的煤體前，將前架的前立柱和后立柱升起，前頂梁和后立柱升起支護(hù)頂板，翻轉(zhuǎn)梁千斤頂將翻轉(zhuǎn)梁左右展開(kāi)輔助支護(hù)頂板，在下方形成人行通道及串珠繩道；后架的內(nèi)側(cè)護(hù)千斤頂和外側(cè)護(hù)千斤頂伸長(zhǎng)，使內(nèi)側(cè)護(hù)板和外側(cè)護(hù)板伸出支護(hù)巷道煤壁，前橫拉千斤頂和后橫拉千斤頂拉緊，使兩組前架和后架間及外側(cè)護(hù)板與巷道煤壁緊密貼合，提高液壓支架的穩(wěn)定性。

在進(jìn)行串珠繩鋸預(yù)切割工作面的煤體時(shí)，可通過(guò)調(diào)整尾梁的角度、串珠繩鋸的從動(dòng)輪的位置及角度，保護(hù)后架的后立柱和尾梁千斤頂，同時(shí)人員撤至串珠繩后方。

通過(guò)操縱尾梁千斤頂使尾梁動(dòng)作，進(jìn)行放頂煤作業(yè)，插板千斤頂控制插板伸縮以控制放煤量，并切碎大塊煤。放頂煤經(jīng)布置在兩組液壓支架中間的刮板輸送機(jī)直接輸送，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

4 基于金剛石串珠繩鋸的無(wú)人工作面主要優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.1 與其他急傾斜煤層采煤法的比較

基于串珠繩鋸的急傾斜薄及中厚煤層巷道放頂煤工作面帶水預(yù)切割工作面煤體，切割速度可以達(dá)到15 m/s，切割效率60～80 m2/h，切割長(zhǎng)度可達(dá)到120 m，與傳統(tǒng)的巷道放頂煤開(kāi)采法、偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法相比較，主要技術(shù)參數(shù)比較見(jiàn)表1。

表1 不同采礦方法主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of different mining methods

由表1 可以看出，基于串珠繩鋸的急傾斜薄及中厚煤層巷道放頂煤采煤法，相對(duì)于偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法、中深孔爆破巷道放頂煤采煤法等采煤方法，具有區(qū)段高度大，推進(jìn)速度快，采出率高，工作面需要的工人少等優(yōu)勢(shì)。

4.2 該無(wú)人工作面主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

1）實(shí)現(xiàn)了工作面無(wú)人作業(yè)，安全性高。采用串珠繩鋸作為輔助落煤措施，不需要中深孔爆破等其他輔助工藝，減少了爆破引發(fā)事故的可能性，減少了采煤工作面的安全風(fēng)險(xiǎn)，降低了工作面支護(hù)及爆破器材消耗，降低了開(kāi)采成本。

2）提高了區(qū)段高度及工作面產(chǎn)量，減少了巷道掘進(jìn)工程量。由于串珠繩鋸切割長(zhǎng)度大，從而可以實(shí)現(xiàn)區(qū)段高度120 m 以上而不需要布置腰巷，一方面減少了巷道掘進(jìn)工程量，另一方面通過(guò)增加工作面長(zhǎng)度提高了工作面單產(chǎn)。

3）提高了煤質(zhì)及采出率。采用將煤體切割成條帶狀并與頂?shù)装宸蛛x的措施，有助于煤體整體下滑并實(shí)現(xiàn)高效放頂煤，減少了采空區(qū)遺煤，減少了采空區(qū)矸石混入煤體的可能性，提高了煤質(zhì)及采出率。

4）對(duì)煤層厚度及傾角的適應(yīng)性強(qiáng)?？梢酝茝V到傾角35°及以上的煤層，解決了其他急傾斜薄及中厚煤層開(kāi)采方法對(duì)煤層傾角的局限性。

5）對(duì)工作面內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造及煤厚變化適應(yīng)性強(qiáng)。串珠繩鋸對(duì)煤層及頂?shù)装鍘r層的硬度的適應(yīng)性強(qiáng)，最高切割硬度可達(dá)到普氏硬度系數(shù)f8 以上，可輕松切割煤層頂、底板，可以輕松過(guò)斷層等地質(zhì)構(gòu)造。同時(shí)，由于可以切割煤層頂、底板，因而對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)性強(qiáng)。

6）實(shí)現(xiàn)了急傾斜薄及中厚煤層的機(jī)械化開(kāi)采，為后續(xù)智能化開(kāi)采提供了機(jī)械化技術(shù)基礎(chǔ)。

5 結(jié) 論

1）基于串珠繩鋸的急傾斜薄及中厚煤層工作面無(wú)人化的巷道放頂煤采煤法，解決了急傾斜薄及中厚煤層機(jī)械化開(kāi)采的難題，為急傾斜薄及中厚煤層的智能化開(kāi)采提供了機(jī)械化基礎(chǔ)。

2）基于串珠繩鋸的急傾斜薄及中厚煤層工作面無(wú)人化的巷道放頂煤采煤法，解決了急傾斜薄及中厚煤層開(kāi)采區(qū)段高度小，工作面產(chǎn)量低，含矸率高，回采率低的問(wèn)題，為急傾斜薄及中厚煤層的安全、高效開(kāi)采提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

3）基于串珠繩鋸的急傾斜薄及中厚煤層工作面無(wú)人化的巷道放頂煤采煤法，對(duì)工作面內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造、煤層厚度變化的適應(yīng)性強(qiáng)。對(duì)煤層傾角的適應(yīng)性強(qiáng)。可以推廣到傾角35°及以上的煤層，解決了其他急傾斜薄及中厚煤層開(kāi)采方法對(duì)煤層傾角的局限性。