煤矿无煤柱高效精准锯式切顶技术研究

刘诗杰

（大同煤矿集团大斗沟煤业公司，山西大同037000）

切顶卸压是无煤柱最核心的技术，在使用此技术之前必须确定各种参数，从而可以确定钻孔精度、炮孔加工工艺以及相应的钻具的选择等。通常导向孔往往增加钻孔量，同时对钻孔、定位、尺寸以及力学特性都做了严格的要求。在开采无煤柱的过程中不仅需要使用双向聚能拉伸爆破技术，而且对于特殊的部位还需要使用预裂爆破技术，这样可以有效的保证巷道的稳定性[1]。假如不对顶板采取相应的固定，那么将会导致离层出现下沉的现象，从而使得巷道发生变形。假如爆破预裂切顶效果不达标，同时遇到大面积悬顶未塌落的现象，那么必须采用重新钻孔放炮强制放顶。

为了能够有效地解决上述问题，为此研发一款矿用切顶机，同时需要制定相应的解析优化切顶工艺，从而可以满足智能精准地切顶的需要，其可以取代定向聚能爆破切顶与装药等工序，进一步优化切割成本，以及提高切割效率与切缝贯通率[2]。与此同时，当光滑切面塌落之后可以形成一道石墙，从而可以便于今后巷道支护以及相应的治理有毒气体。

1 主要研究内容

（1）矿用切顶机研制。经过探究确定了切顶机的性能与功能，主要涉及结构组成、工作原理、强力切割、稳定切割、精准切割以及对应的智能切割等，进而可以有效地提高切顶机在巷道中安全高效的工作[3]。

（2）工艺研究。通常矿用切顶机能够实现机械化快速切顶以及开槽预压，可是当前的切顶机已经远远不能满足工程需要，必须探究一套能够实现入井拆卸与调试、维护的设备，进一步优化切顶机的高效与精准切顶。

使用矿井提升机盘式制动器智能监测冗余液压制动系统，可以有效的明确故障，同时对故障进行预判，因此能够有效地避免因机器失灵而带来的重大事故[4]。

2 创新点

（1）主要涉及无煤柱精准切顶工艺以及对应的设备，其中设备包括如下几个单元：第一，链臂式切割部；第二，支顶支底机构；第三，闭式润滑系统；第四，自动调平系统等。其可以实现最大切深为6.5m，切缝宽度可以达到42mm，相应的链臂摆角180°。可以实现无煤柱切顶卸压的自动化，广泛的应用于岩石硬度7级以及软岩石。

（2）该切割技术主要借助金刚石刀具链臂式切割部、闭式润滑系统以及对应的专用喷雾降温除尘系统，有效地解决了岩巷强力切割难题，同时在强力切割过程中产生的高温、粉尘大以及刀具磨损大等问题得到了全面的控制。

对于切割部而言，选用聚晶金刚石，与传统刀具相比较其硬度高出10倍以上，使用周期大于1000h。所选用的闭式润滑系统可以有效地降低岩石与刀具之间的摩擦，进一步降低刀具的磨损。对于专用喷雾降温除尘系统而言，其可以有效地化解了喷嘴易堵塞导致喷雾失效难题，同时使用寿命比较长。

（3）开发了部分核心零件诸如复合联接找正油缸以及相应的复合定位连接法兰、自动调平系统以及相应的履带架等技术，从而可以有效地解决了受力复杂以及底板不平整等问题引发的设备不稳定问题[5]。

（4）开发出一种可以随着激光进行定位的装置，以及摆动伸缩组件等，从而可以有效地解决因粉尘过多、灯光比较暗等原因，致使不能精确地定位等问题。

（5）切顶工艺主要选用定点矩阵法以及相应的定点圆弧牛角法，为了有效地解决切顶时产生排屑问题，笔者选用链臂和链条同向转动的方式进行切割顶板。

3 主要达到的技术指标

（1）为了能够有效地实现精准切顶，选用智能化的机械设备进行切顶；

（2）链臂切割单元的摆角达到180°；

（3）相应的标准切割深度可以达到0.7m，而经过实践发现有效的深度可以达到6.45m，对应的切缝宽度设定为42mm；

（4）该矿用切顶机的核心技术如下所示：第一，强力切割；第二，精准切割；第三，稳定切割；第四，智能切割，从而可以有效地提高切顶机高效精准的工作；

（5）可以最大限度地提高切割效率，同时安全性得到了提升。有效地减轻工人的劳动强度以及优化经济投入;

（6）在进行切割时切缝比较平整，成巷比较好；

（7）该系统可以实现自动对刀以及实现自动检测，其可以适应于粉尘浓度比较大的环境，实现自动对刀以及实现对设备进行远程测控[6]；

（8）可以开发自动调平系统，从而可以满足井下工作面的复杂条件，这样当链臂在进行切出的过程中实现高效的工作;

（9）在刀具上面设置了喷嘴以及相应的喷雾系统，从而可以有效地降低切出时产生的粉尘以及实现冷却的效果。该刀具可以进行干洗，同时不容易产生火花[7]。

4 研究成果及应用效果

笔者将该系统应用于塔山和云冈煤矿，如图1所示，经过工程实践发现其切顶切割速度普遍保持在2m/h，24h内可以实现20m的超前切割，其中切割贯通率可以达到100%，图2表示经过切割之后切面的光滑情况[8]。来源于空侧侧向悬顶的巷内支护附加压力比较小，从而可以有效地优化巷道的顶板压力。该设备工艺简单、机械化程度高、每月切缝尺寸最大可以达到1200m。该设备已经申请了知识产权，能够对煤矿开采工艺产生革命性的改变，其可以有效地提高煤炭的回收效率，因此避免不必要的经济损失。