山腳樹礦井下自動化綜采技術(shù)方案的應(yīng)用研究

梁玉柱

（貴州盤江精煤股份有限公司，貴州 盤州 553534）

山腳樹礦1103 綜采面緊鄰已采空區(qū)，南側(cè)為軌道運(yùn)輸巷。綜采面的走向長度為751 m，綜采面的可開采面積約為927 394 m2，是一種典型的梯形結(jié)構(gòu)的綜采面。該綜采面主要用于采4#煤層，各個煤層賦存條件相對穩(wěn)定。煤層的平均厚度約3.11 m，煤層內(nèi)含有兩層夾矸，夾矸層的平均厚度約為0.24 m，煤層的平均傾角約為5.1°。該綜采面勘探的煤炭可采儲量約為27.6 萬t，煤層的硬度系數(shù)為2.5，整個綜采面上的地質(zhì)條件相對簡單，為典型的褶皺構(gòu)造截割，處于帶壓開采區(qū)域。采用傳統(tǒng)的人工作業(yè)方案時巷道布置效率低下、可靠性差，并且井下各機(jī)械設(shè)備的聯(lián)動運(yùn)行效果差，無法實現(xiàn)自動化綜采，因此本文提出了新的煤礦井下自動化綜采技術(shù)方案。

1 回采巷支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1103 綜采面和1101 綜采面為相互鄰近的綜采作業(yè)區(qū)域，1103 為正常綜采作業(yè)區(qū)域，1101 為回采采空區(qū)域。為了滿足自動化綜采作業(yè)的支護(hù)需求，根據(jù)井下的模擬實踐，決定當(dāng)1103 綜采面正常推進(jìn)到后側(cè)區(qū)域時，在1101 綜采面開始采用沿空留巷并在兩個綜采面之間設(shè)置一個寬度不小于17m 的煤柱支護(hù)體，在巷道內(nèi)采用5×5 的矩形錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)[1]。各排錨桿之間的距離為800 mm，輔助的錨索支護(hù)則采用2×2 的矩形錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)，錨索之間的距離為1200×3000 mm。井下錨固結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示。

在井下1103 巷道進(jìn)行超前支護(hù)時，用3200 mm型鋼配合單體液壓支架進(jìn)行支護(hù)。型鋼設(shè)置時需要設(shè)置到相鄰近的巷道的中間位置，架設(shè)型鋼時要確保型鋼的穩(wěn)定性，避免發(fā)生傾倒，布置時需要超前綜采面20 m，支護(hù)體的棚間距設(shè)置為800 mm，支護(hù)體的排距設(shè)置為1000 mm。支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1（b）所示[2]。

圖1 井下回采巷支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

2 井下自動化綜采實施方案

根據(jù)1103 綜采面實際情況，選擇了能夠適應(yīng)大傾角地形的采煤機(jī)。為了適應(yīng)井下大傾角的復(fù)雜環(huán)境，將采煤機(jī)的銷軌間距由最初的120 mm 增加到170 mm，同時增加采煤機(jī)行走輪的模數(shù)，增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滿足復(fù)雜地形環(huán)境下高可靠性的需求。

為了改變傳統(tǒng)采用人工監(jiān)測采煤機(jī)截割路徑和截割高度所帶來的位置控制精確性差、易出現(xiàn)接觸觸頂事故的現(xiàn)象，在該自動化綜采方案中采用了采煤機(jī)智能截割控制系統(tǒng)[3]，實現(xiàn)對采煤機(jī)截割路徑和軌跡的智能化控制。為了保證采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)之間的聯(lián)動運(yùn)行，在該井下自動綜采方案中引入了自動化綜采控制系統(tǒng)，將綜采面的各類機(jī)械設(shè)備構(gòu)成一個聯(lián)動運(yùn)行的控制整體[4]。系統(tǒng)首先控制采煤機(jī)進(jìn)行空轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后進(jìn)行噴霧降塵作業(yè)，然后控制采煤機(jī)安裝既定的截割控制邏輯進(jìn)行自動截割控制，將采煤機(jī)運(yùn)行時的進(jìn)給速度曲線等傳遞給綜合控制中心，控制中心根據(jù)采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號控制相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的液壓支架進(jìn)行收放護(hù)幫板、移架、推溜等作業(yè)，實現(xiàn)液壓支架的跟機(jī)自動化運(yùn)行控制。同時系統(tǒng)對刮板輸送機(jī)上的物料負(fù)載信息進(jìn)行不間斷監(jiān)測，當(dāng)負(fù)載過小時會將控制信號反饋給自動綜采控制系統(tǒng)，適當(dāng)加大采煤機(jī)的綜采作業(yè)速度，提高煤炭產(chǎn)量，當(dāng)負(fù)載過大時則會降低采煤機(jī)的綜采作業(yè)速度，降低煤炭的產(chǎn)量，確保刮板輸送機(jī)上的物料負(fù)載的一致性。該煤礦井下自動化綜采控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示[5]。

圖2 山腳樹礦井下自動化綜采控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 應(yīng)用效果分析

該自動化綜采技術(shù)方案開始應(yīng)用時存在一定的協(xié)調(diào)不順的問題，針對異常原因進(jìn)行排查后發(fā)現(xiàn)是由于傳統(tǒng)綜采技術(shù)方案不適應(yīng)自動化綜采技術(shù)的工藝流程導(dǎo)致的。因此技改小組對井下的綜采工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化，提出了三角割煤工藝方案，對綜采面端部采用三角割煤工藝法，實現(xiàn)了自動化綜采技術(shù)方案下巷道端部煤炭的截割完整性。截割時從頂板中線位置進(jìn)刀，每刀的進(jìn)刀深度約為0.4 m，每6刀一個循環(huán)。

自2019 年3 月完成平穩(wěn)聯(lián)動運(yùn)行后，該綜采面已投入了連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在該自動化綜采技術(shù)方案的支持下，綜采面的煤炭產(chǎn)量從最初的1.9 萬t/月，增加到了目前的2.82 萬t/月，比優(yōu)化前增加了48.4%，且綜采面上同時工作的人員數(shù)量比優(yōu)化前降低了約63%。自該項目投入應(yīng)用以來，未出現(xiàn)過因自動化設(shè)備聯(lián)動運(yùn)行或者巷道支護(hù)不穩(wěn)而導(dǎo)致的綜采停產(chǎn)或者其他安全事故，極大地提升了山腳樹礦1103 綜采面的綜采自動化程度和經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)論

為了提升山腳樹礦井下綜采作業(yè)的效率和經(jīng)濟(jì)性，組織對1103 綜采面進(jìn)行了自動化綜采改造，重點(diǎn)對綜采巷道布置方案、自動化綜采實施方案、自動化綜采效果等進(jìn)行了分析，根據(jù)實際應(yīng)用表明：

（1）在1103 綜采面采用井下巷道錨固支護(hù)結(jié)構(gòu)和井下超前支護(hù)結(jié)構(gòu)，具有支護(hù)穩(wěn)定性高、操作簡單、支護(hù)安全性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足自動化綜采所要求的快速、安全支護(hù)需求。

（2）自動化綜采控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對綜采面各自動化機(jī)械設(shè)備的聯(lián)動運(yùn)行控制，滿足在各種條件下的自動化綜采作業(yè)需求。

（3）該自動化綜采技術(shù)方案使1103 綜采面的煤炭產(chǎn)量從最初的1.9 萬t/月，增加到了目前的2.82萬t/月，比優(yōu)化前增加了48.4%，且綜采面上同時工作的人員數(shù)量比優(yōu)化前降低了約63%。