一种反向柔性切割顶板的沿空留巷方法及其切割装置

技术领域

本发明涉及煤矿领域，尤其涉及一种反向柔性切割顶板的沿空留巷方法及其切割装置。

背景技术

绿色开采是未来我国煤炭开采的一个方向，而无煤柱开采属于绿色开采。绿色开采的提出在于减小煤炭开采过程中的煤炭资源浪费和减小开采费用的支出。现行的无煤柱开采主要有沿空留巷和沿空掘巷两种，当今沿空留巷使用较为广泛。沿空留巷技术是在上区段开采后保留区段顺槽以供下区段继续服务，从而实现一条巷道两次使用，该技术不仅可以回收以往区段保护煤柱最大的提高资源的采出率减小了资源的浪费，而且减少了巷道开挖的距离降低了工作人员在进行巷道掘进时面临的安全风险。沿空留巷技术的关键在于控制围岩压力，减小巷道的围岩应力状态，降低巷道的变形，从而使留下的巷道达到使用要求。

巷道采用不同形式的巷旁支护来减小巷道变形保持巷道的稳定性，这属于被动支护并不是解决巷道稳定性的关键问题。巷道的变形与顶板压力的关系密不可分，顶板压力又与悬臂梁的长度有关，悬臂梁越长顶板压力越大，巷道受力越大越难支护。所以，要把长悬臂梁切断为短悬臂梁从而减小巷道的受力利于支护。我国现在切断悬臂梁的方法是在巷道内垂直于顶板打一排钻孔进行爆破切顶，因此需要大量的专业爆破人员、炸药，工期长，爆炸产生的应力扰动对巷旁支护也是不利因素，给采煤工作带来了一定的困扰。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，提供一种操作简单、安全快捷的反向柔性切割顶板的沿空留巷方法及其切割装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种反向柔性切割顶板的沿空留巷方法，包括以下步骤：

S1、用钻机在巷道顶端垂直向上钻取若干个钻孔，若干个钻孔沿巷道的长度方向设置，相邻钻孔之间间隔10～30；

S2、在采煤工作面的巷道里沿巷道的长度方向设置行走轨道，在行走轨道上设置绳锯切割机；

S3、将金刚石串珠绳中部挂在反切架管顶部的转轮上，在相邻的两个钻孔中分别放入反切架管，将反切架管顶端送入钻孔内部顶紧并固定牢固；

S4、在巷道侧壁上安装导向轮，令金刚石串珠绳的两端经过导向轮后与绳锯切割机相连接，令金刚石串珠绳形成反切环状封闭线，启动绳锯切割机，令金刚石串珠绳转动并对顶板进行切割，同时绳锯切割机根据金刚石串珠绳的张紧程度在行走轨道上移动；

S5、在相邻两个钻孔之间的顶板切割完成后；依据步骤S2至S4继续进行下一个相邻钻孔之间的切割操作，直至完成所有钻孔之间的顶板切割操作。

进一步的，所述步骤S3中，在反切架管上挂接有高压水胶管，高压水胶管与设置在巷道内的静压水管相连通。

进一步的，所述步骤S3中，将反切架管顶端送入钻孔内部时，将反切架管分为若干节，采用堆高车将第一节反切架管顶端送入钻孔后，将第二节反切架管顶端与第一节反切架管底端固定连接，通过堆高车继续对第二节反切架管进行举升，以此往复，直至第一节反切架管顶端与钻孔内部顶端顶紧。

一种切割装置，包括行走轨道、绳锯切割机、金刚石串珠绳、反切架管、导向轮；行走轨道沿巷道的长度方向铺设在地面上，绳锯切割机设置在行走轨道上且可沿行走轨道的长度方向移动；所述反切架管有两个，反切架管顶部连接有转轮，两个反切架管分别插入相邻的两个钻孔中，所述导向轮固定连接在巷道侧壁上，绳锯切割机上设置有金刚石串珠绳，金刚石串珠绳分别从转轮、导向轮的轮槽穿过形成一个反切环状封闭线。

进一步的，所述切割装置还包括高压水胶管、静压水管，静压水管沿道的长度方向设置在巷道内，静压水管与高压水胶管的一端相连通，高压水胶管的另一端固定连接在反切架管顶部。

进一步的，所述导向轮至少有两个且两个导向轮分别设置在钻孔下方。

进一步的，所述反切架管由若干节单架管首尾固定连接构成。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明使用绳锯切割机对顶板进行柔性切割，不需要采用爆破技术进行爆破切顶，从而不需要大量的专业爆破技术人员以及炸药的使用，同时其减少了钻孔的钻进距离和水的使用量，并且本发明可以直观的看到切顶的效果，其操作简单、方便快捷，提高了切顶工作的工作效率，减少了切顶操作的经济成本，给煤矿开采中的悬臂梁切顶操作带来了便利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的操作示意图A；

图2为本发明的操作示意图B。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1、图2所示，本实施例公开了一种反向柔性切割顶板的沿空留巷方法，包括以下步骤：

S1、在巷道的顺槽14前端采煤巷侧边,相距10～30米距离的两端处巷顶岩层13,用钻机钻Φ170mm直径、高度15米的两个垂直钻孔；

S2、在巷道地面适当位置上铺设临时行走轨道2，便于绳锯切割机4的张紧及自移，将绳锯切割机4安装固定在行走轨道2上；

S3、将转轮8与反切架管7用转轮螺栓连接在一起，穿好金刚石串珠绳6并将高压水胶管3出水端固定在反切架管7上部，高压水胶管3另一端与静压水管1相连通；然后用改制后的1吨手动液压堆高车9将反切架管垂直向上举升，举到一定的高度后，使用反切架管螺栓12连接好下一节反切架管7后并进行举升，直至安装完所有反切架管，然后地面用2吨液压千斤顶5通过钢管固定卡扣11将反切架管向上顶紧孔顶并固定牢固；

S4、用此循序及安装方法将另一端的反切架管7、金刚石串珠绳6及高压水胶管3安装好；在两个反切架管7下部及巷道中间适当位置安装导向轮10，然后将金刚石串珠绳经过转轮8、导向轮10、反切岩石面及绳锯切割机驱动轮连接好形成一条反切环装封闭线；

S5、利用绳锯切割机4将金刚石串珠绳6张紧，打开静压水阀门及绳锯切割机电源，启动绳锯切割机4，驱动轮带动金刚石串珠绳6经过导向轮10及岩石切割面按顺时针方向转动，串珠绳齿面慢慢反向切割岩石，静压水通过高压水胶管3沿着串珠绳切割岩石面缝隙进行注水降尘、降低切割线在切割过程中因摩擦而产生的热量和灰尘，绳锯切割机根据调整好的张力自动张紧多余的绳沿着行走轨道向前移动，直至反向将岩石面切割完。

所述切割装置包括行走轨道2、绳锯切割机4、金刚石串珠绳6、反切架管7、导向轮10；行走轨道2沿巷道的长度方向铺设在地面上，绳锯切割机4设置在行走轨道2上且可沿行走轨道2的长度方向移动；所述反切架管7有两个，反切架管7顶部连接有转轮8，两个反切架管7分别插入相邻的两个钻孔中，所述导向轮10固定连接在巷道侧壁上，导向轮10至少有两个且两个导向轮分别设置在钻孔下方；绳锯切割机4上设置有金刚石串珠绳6，金刚石串珠绳6分别从转轮8、导向轮10的轮槽穿过形成一个反切环状封闭线。

所述切割装置还包括高压水胶管3、静压水管1，静压水管1沿道的长度方向设置在巷道内，静压水管1与高压水胶管3的一端相连通，高压水胶管3的另一端固定连接在反切架管7顶部。

各个部件的特征如下：

绳锯切割机:起到驱动驱动轮旋转并带动串珠绳运行，绳锯机根据张力需要自动向前移动，自动调节串珠绳的张力并张紧；常用电机功率为22KW、30KW、37KW、45KW、55KW、75KW、90KW、110KW，均采用防爆型电机，电器及操作箱采用隔爆型的，避免煤矿井下使用时，电器元件产生的火花外泄；根据不同的工作环境及切割面积，选用不同的电机功率。

反切架管：反切架管由若干节单架管首尾固定连接构成；单架管采用Φ75×3.5（mm）、长度1.5(m)的钢管，距上端部20mm处钻一个Φ17的孔便于各钢管之间螺栓连接；将Φ86×5.5、长70mm的管子插进下端30mm并进行焊接，距下端部20mm中心处加工一个Φ17、长22（mm）的长孔便于与另一根单架管进行螺栓连接；Φ86×5.5、长70mm管子外面包一层宽66mm的胶皮，以免串珠绳与其硬性摩擦。

转轮：主要用于安装在反切架管上部，反切架管顶端顶紧孔顶后，串珠绳经转轮并起到导向和支撑其绳的作用，其顶部是半圆形球状，便于在孔内安装时减少阻力；中间部位安装一个Φ100mm直径的转轮，轮槽内表面镶有一层橡胶，避免串珠绳刚性接触摩擦；轮子中间安装有轴承及压盖，便于轮子转动灵活。

2吨液压千斤顶：用来支撑反切架管并与孔顶顶紧的作用；在普通2吨液压千斤顶上平面上焊接一个Φ100直径、深50mm的槽窝，便于放置反切架管。

导向轮：是将串珠绳改变方向，起到导向和支撑的作用；导向轮安装在反切架管（巷道内）下部或巷道内，反切架管下部的导向轮轮子直径为Φ180mm，轮轴与管座焊接在一起，有U型螺栓与反切架管连接在一起；巷道中部的导向轮对串珠绳起到支撑的作用，其安装在轮架上面。

1吨手动液压堆高车;安装反切架管时，踏动脚踏板，启动链条运行，托管架缓慢将放置在堆高车上的反切架管向上举升；举升到大于1.5米的空间时，再安装另一节反切架管，连接好后继续举升。利用现有的堆高车设备，在托盘上改制安装一个管子夹紧器，便于固定反切架管并安全向上运行。

高压水胶管：将管子出水端固定在反切架管顶部，下端安装有开闭阀门；绳锯机工作时，将静压水管内的水引致孔内上端岩石切割缝内，在串珠绳的带动下，沿着岩石缝向下流动，从而降低灰尘和降温的作用。

本发明在进行切顶操作时不需要爆破，避免了因爆破而产生的扰动；钻孔效率高，劳动人员需求量少，劳动强度低，减小了巷道的变形量，降低了巷道的维护难度，减少了巷道的支护、维护成本，减小了沿空留巷的成本，增加了施工的安全性稳定性、效果好，具有广泛的实用性。