煤礦井下機械化綜采技術(shù)方案的應(yīng)用研究

元樂義

（晉能集團山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 保德034000）

近年來，隨著綜采技術(shù)的不斷提升，以采煤機、液壓支架、刮板輸送機為核心的自動化綜采設(shè)備不斷投入應(yīng)用，極大的提升了煤礦井下的自動化水平和綜采效率，但由于缺乏統(tǒng)一的聯(lián)合控制技術(shù)，各類設(shè)備之間均為孤島式作業(yè)，需人工配合調(diào)整，效率低、可靠性差。而且由于井下支護技術(shù)方案落后，在巷道支護過程中支護流程繁瑣、支護穩(wěn)定性差，需要反復(fù)調(diào)整。因此井下各機械設(shè)備的聯(lián)合運行特性差、巷道支護方案落后，已經(jīng)成為限制煤礦井下綜采作業(yè)效率進一步提升的核心瓶頸。本文提出了機械化綜采技術(shù)方案，采用了聯(lián)動控制的思想實現(xiàn)了對井下采煤機、液壓支架、刮板輸送機工作過程中的聯(lián)動控制，不僅極大的提升了自動化綜采效率而且為實現(xiàn)井下綜采無人化作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。優(yōu)化了支護方式，降低了支護作業(yè)時間，實現(xiàn)了在確保支護作業(yè)安全情況下降低支護作業(yè)時間，根據(jù)實際應(yīng)用表明新額機械化綜采技術(shù)方案能夠?qū)⒕戮C采作業(yè)效率提升11.7%以上，具有極大的應(yīng)用推廣價值。

1 機械化聯(lián)動控制方案

為了提升井下采煤機、刮板輸送機、液壓支架的聯(lián)合運行效率和安全性，本文提出了一種機械化聯(lián)動控制方案，該聯(lián)合控制系統(tǒng)包括了地面監(jiān)控中心、井下監(jiān)控中心及聯(lián)合控制單元，地面監(jiān)控中心主要用于對進行各機械設(shè)備的運行情況進行遠程監(jiān)測和控制，井下監(jiān)控中心主要是用于對現(xiàn)場各設(shè)備運行情況參數(shù)的收集和處理，根據(jù)地面控制中心的指令發(fā)出聯(lián)動控制數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中還設(shè)置有不間斷電源，確保在緊急情況下的穩(wěn)定運行需求，聯(lián)合控制單元則主要是指井下采煤機、刮板輸送機、液壓支架接收到控制指令后完成相關(guān)的動作并返回完成信息，在各控制設(shè)備上設(shè)置有多種類型的監(jiān)控單元，用于實現(xiàn)對設(shè)備運行情況的實時監(jiān)測，該機械化聯(lián)動控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 機械化聯(lián)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在聯(lián)動控制過程中，采煤機利用自動截割控制技術(shù)實現(xiàn)自動截割作業(yè)，液壓支架則根據(jù)采煤機的截割作業(yè)狀態(tài)自動調(diào)整不同區(qū)域支架的收放護幫板、移架和推移，刮板輸送機則會根據(jù)采煤機的截割作業(yè)速度自動調(diào)整刮板輸送機的運行速度，滿足聯(lián)動運行控制。系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)在于對各機械設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測，根據(jù)聯(lián)動運行控制需求，設(shè)備運行過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)包括采煤機的位置、采煤機的行走速度、液壓支架的推移行程、支柱的工作壓力、刮板輸送機的運行負荷等。

對采煤機位置的監(jiān)測主要是通過在采煤機的減速箱上設(shè)置編碼器，根據(jù)采煤機運行過程中的轉(zhuǎn)過的圈數(shù)來確定采煤機的相對位置[2]。采煤機進給速度的監(jiān)測主要通過對牽引電機的轉(zhuǎn)速的監(jiān)測確定。液壓支架的推移行程則是通過設(shè)置在推移千斤頂上的行程傳感器進行監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果轉(zhuǎn)換為電子信號傳遞到控制中心。對液壓支柱工作壓力的監(jiān)測，主要利用安裝在支柱內(nèi)部的壓力傳感器進行連續(xù)不斷的壓力監(jiān)測。對刮板輸送機運行負荷的監(jiān)測則可以通過對刮板輸送機驅(qū)動電機的輸出電流進行。

通過對采煤機、刮板輸送機、液壓支架建立聯(lián)合運行控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對井下綜采過程中的自動化聯(lián)合控制，有效解決了人工調(diào)整液壓支架、刮板輸送機導(dǎo)致銜接失效問題，為實現(xiàn)綜采面無人化綜采作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

2 自動綜采技術(shù)優(yōu)化

傳統(tǒng)人工控制截割方案無法滿足聯(lián)動控制要求，因此提出了一種新的采煤機自動綜采技術(shù)方案，該割煤控制系統(tǒng)采用智能化自動截割作業(yè)，工作面回采時人工割煤一個循環(huán)智能化系統(tǒng)記憶割煤方式，之后系統(tǒng)根據(jù)記憶自行割煤[3]，如有頂?shù)装遄兓?、?gòu)造等特殊情況時人工進行干預(yù)；工作面正常后，人工割煤一個循環(huán)系統(tǒng)記憶割煤方式再恢復(fù)智能化系統(tǒng)。采煤機向機頭方向行駛，割通機頭煤壁，漏出半滾筒，停止行走，上滾筒下降，通過截割記憶功能實現(xiàn)機頭端滾筒下降后的臥底量，折返機尾方向行走，經(jīng)過彎曲段，至巷道尾部時架斜切進刀割煤，停止行走采煤機，再折返機頭方向行走，此時推溜動作已經(jīng)結(jié)束，采煤機開始割三角煤，再次割通機頭，停止行走，同樣機頭端滾筒下降到記憶位置，折返掃底刀向機尾方向正常割煤，直到割通機尾煤壁，此為一個循環(huán)即兩刀，循環(huán)進度0.8 m。機尾斜切進刀方式同機頭。該自動割煤技術(shù)能夠適應(yīng)性煤礦井下復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，綜采作業(yè)速度快、安全性好、穩(wěn)定性高，能夠滿足井下自動化綜采作業(yè)的技術(shù)要求。

3 頂板支護方案優(yōu)化

由于通常的井下巷道斷面寬度為6 m，導(dǎo)致實際綜采作業(yè)過程中礦壓波動時對頂板的壓力沖擊作用明顯，為了確保頂板支護安全性，需要增加大量輔助支護錨桿，從而限制了綜采作業(yè)效率的提升，因此在經(jīng)過合理的計算，同時結(jié)合各機械化綜采設(shè)備綜采作業(yè)需求，采用將巷道斷面寬度降低為5.2 m的窄面巷道結(jié)構(gòu)，該類型的斷面寬度能夠?qū)⒐靶蔚某袎盒Чl(fā)揮到最大[4]，從而達到優(yōu)化支護結(jié)構(gòu)，提升支護效率的目的，優(yōu)化后的支護結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由圖2可知，優(yōu)化后的巷道支護結(jié)構(gòu)，其支護錨桿由最初的6根降低到現(xiàn)在的5根，支護錨索的長度由最初的9 m降低到目前的6 m，同時綜采面之間的連接間距也由最初的60 m，提升為目前的180 m。優(yōu)化后的支護方案比優(yōu)化前降低了約1/6的工作量，而且支護結(jié)構(gòu)更為合理，能夠在確保對巷道支護安全的情況下降低支護作業(yè)時間，提升支護效率，為進一步提升綜采速度奠定基礎(chǔ)。

圖2 井下巷道支護結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

根據(jù)實際應(yīng)用，采用該綜合化綜采方案后井下綜采作業(yè)效率提升11.7%以上，而且綜采安全性和支護安全性得到了有效的提升，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)論

針對煤礦井下機械化綜采缺乏聯(lián)動控制，巷道支護結(jié)構(gòu)復(fù)雜，嚴重影響煤礦井下綜采作業(yè)效率提升的現(xiàn)狀，本文提出了一種新的煤礦井下機械化綜采技術(shù)，采用了聯(lián)動控制的思想實現(xiàn)了對井下關(guān)鍵機械化綜采設(shè)備工作過程中的聯(lián)動控制，優(yōu)化了支護方式，降低了支護作業(yè)時間，根據(jù)實際應(yīng)用表明：

1）通過對采煤機、刮板輸送機、液壓支架建立聯(lián)合運行控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對井下綜采過程中的自動化聯(lián)合控制，有效解決了人工調(diào)整液壓支架、刮板輸送機導(dǎo)致的銜接失效問題，為實現(xiàn)綜采面的無人化綜采作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

2）自動綜采技術(shù)方案能夠適應(yīng)性煤礦井下復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，綜采作業(yè)速度快、安全性好、穩(wěn)定性高，能夠滿足井下自動化綜采作業(yè)的技術(shù)要求。

3）優(yōu)化后的支護方案比優(yōu)化前降低了約1/6的工作量，而且支護結(jié)構(gòu)更為合理，能夠在確保對巷道支護安全的情況下降低支護作業(yè)時間，提升支護效率。

4）新的綜采技術(shù)方案能夠?qū)⒕戮C采作業(yè)效率提升11.7%以上，而且綜采安全性和支護安全性得到了有效的提升。