煤礦井下自動化綜采技術(shù)的應(yīng)用分析

陳 月

(鐵法煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司大平煤礦，遼寧 調(diào)兵山 112700)

引 言

煤礦井下綜采技術(shù)是煤礦安全生產(chǎn)的核心，綜采技術(shù)的先進(jìn)性直接決定了井下綜采作業(yè)的效率和安全性。當(dāng)前多半的煤礦在進(jìn)行綜采作業(yè)時通常選擇放頂煤綜采法、長臂綜采法等，但在復(fù)雜地形條件下傳統(tǒng)的綜采方案存在綜采流程復(fù)雜、支護(hù)效率低、人員多、安全性差等難題，無法滿足越來越高的綜采作業(yè)需求。

本文結(jié)合井下實(shí)際情況，提出了一個新的自動化綜采工藝，將矸石充填采煤法和垮落法采煤等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從配套設(shè)備選型、綜采面液壓支架布置、綜采工藝優(yōu)化等方面入手，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下綜采作業(yè)技術(shù)的提升。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，優(yōu)化后的綜采效率比優(yōu)化前提高了27.2%，作業(yè)人員數(shù)量降低了9.6%，對改善井下采煤作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的價值。

1 綜采面支架布置工藝

為了滿足煤礦井下自動綜采作業(yè)需求，對綜采設(shè)備選擇和綜采面布置提出了特殊的需求，具體包括以下幾個方面[1]：

1)液壓支架結(jié)構(gòu)布置。綜采作業(yè)中需要進(jìn)行采煤機(jī)截割狀態(tài)的調(diào)整，因此液壓支架在選擇時應(yīng)根據(jù)綜采方法靈活選用，但在綜采面上液壓支架的類型應(yīng)統(tǒng)一，保證在調(diào)節(jié)過程中支架運(yùn)行控制的一致性，支護(hù)范圍需要滿足井下設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)和人員通行需求。

2)支架推移步距。支架的移動步距一般分為0.6 m和0.8 m兩類，移動步距越大會導(dǎo)致支架尺寸增加、結(jié)構(gòu)重量增大、靈活性下降等，不利于井下復(fù)雜地形條件下的轉(zhuǎn)運(yùn)和調(diào)整，因此在選擇時應(yīng)根據(jù)井下實(shí)際情況選擇，一般推薦選用0.6 m推移步距的支架。

3)過渡支架布置結(jié)構(gòu)。由于在進(jìn)行充填作業(yè)和垮落法作業(yè)時的支架結(jié)構(gòu)不同，因此在兩種綜采面過渡結(jié)構(gòu)處需要設(shè)置過渡支架進(jìn)行過渡，過渡段的液壓支架的長度一般為3個～6個支架的寬度，滿足過渡區(qū)過渡安全性和效率的需求。

根據(jù)自動綜采工藝需求，井下過渡區(qū)液壓支架的布置結(jié)構(gòu)分為齊平布置和階梯式布置，如圖1所示。

圖1 過渡區(qū)液壓支架布置結(jié)構(gòu)簡圖

過渡區(qū)液壓支架采用齊平式布置時，能夠簡化過渡區(qū)支架的結(jié)構(gòu)，采用小尺寸的充填式液壓支架即可滿足過渡區(qū)布置需求，無需再增加支架類型。而當(dāng)選擇階梯式布置結(jié)構(gòu)時，雖然更有利于井下通風(fēng)，但需要設(shè)計(jì)專用的過渡區(qū)支架，既增加了支架結(jié)構(gòu)類型，又增加了支護(hù)成本，因此綜合分析后確定在綜采工作面過渡段使用齊平式支架布置結(jié)構(gòu)。

2 自動綜采工藝研究

根據(jù)綜采作業(yè)要求，綜采面的采煤工藝包括采煤機(jī)截割作業(yè)和煤矸石的填充作業(yè)兩個關(guān)鍵工序，為了滿足井下高速掘進(jìn)的需求，采用了雙向綜采的方式，利用采煤機(jī)的前側(cè)截割煤層頂板，利用采煤機(jī)的后側(cè)滾筒截割煤層的底部，各液壓支架的移架距離需和采煤機(jī)保持3組支架的寬度，刮板輸送機(jī)的推移需要和采煤機(jī)保持約20 m的距離。在截割作業(yè)時，采煤機(jī)的進(jìn)刀采用了斜切進(jìn)刀方式[2]，能夠保證采煤機(jī)在綜采作業(yè)過程中的割煤時間和回采率。

在綜采作業(yè)過程中，當(dāng)綜采設(shè)備處于綜采面的端部時，在綜采設(shè)備的機(jī)身位置還留有一段的煤炭，如圖2a)所示。此時采煤機(jī)前后截割機(jī)構(gòu)的位置，使前側(cè)截割機(jī)構(gòu)下降、后側(cè)截割機(jī)構(gòu)升起，使前側(cè)截割機(jī)構(gòu)沿著刮板輸送機(jī)的弧線段觸入煤層，采煤機(jī)后退，利用前側(cè)側(cè)截割機(jī)構(gòu)割機(jī)身處的煤炭，直到全部割完為止，如圖2b)所示。此時遺留一部分的三角煤，調(diào)整采煤機(jī)截割機(jī)構(gòu)位置，對三角煤進(jìn)行截割作業(yè)，如圖2c)所示。待完成三角煤截割后，再次調(diào)整采煤機(jī)前后側(cè)截割機(jī)構(gòu)位置，進(jìn)行正常截割作業(yè)，如圖2d)所示[3]。

圖2 截割作業(yè)流程

3 充填工藝研究

在綜采工藝中，煤矸石的回填工作主要是利用支架后側(cè)的多孔底卸式輸送機(jī)完成的，在充填作業(yè)時煤矸石通過輸送機(jī)傳輸?shù)蕉嗫盏仔妒捷斔蜋C(jī)上[4]，然后傳輸?shù)叫枰畛涞膮^(qū)域，當(dāng)采煤機(jī)綜采過20m后即可進(jìn)行充填作業(yè)。

充填的方向一般是從底卸式輸送機(jī)尾部向端部進(jìn)行，填充時要先根據(jù)底卸式輸送機(jī)的落料口的數(shù)量合理分組，一般每4個落料口為一組，當(dāng)達(dá)到卸料位置時，打開指定位置的落料口進(jìn)行卸料。當(dāng)?shù)谝唤M的首個落料口處完成填充后再打開第二組的第一個落料口，當(dāng)?shù)谝唤M的第二個落料口完成充填后再打開第二組的第二個落料口，如此循環(huán)進(jìn)行，直到完成整個區(qū)段的充填作業(yè)，充填速度快、效率高，循環(huán)式充填作業(yè)流程，如圖3所示。圖中1～80表示落料口的編號。

圖3 循環(huán)式充填作業(yè)流程

4 應(yīng)用效果分析

該自動綜采工藝已于2020年5月份投入應(yīng)用，根據(jù)對應(yīng)用情況進(jìn)行分析，在綜采作業(yè)時各支架的支護(hù)阻力顯著小于傳統(tǒng)支架的平均支護(hù)阻力，整個綜采作業(yè)過程中未出現(xiàn)過壓架情況，優(yōu)化后的綜采效率比優(yōu)化前提高了27.2%，作業(yè)人員數(shù)量降低了9.6%，對提升綜采面的綜采經(jīng)濟(jì)性和安全性具有十分重要的價值。

5 結(jié)論

針對復(fù)雜煤層地質(zhì)條件下采用傳統(tǒng)綜采技術(shù)方案所暴露的綜采速度慢、經(jīng)濟(jì)性差的缺點(diǎn)，本文采用了一個新的自動化綜采技術(shù)，以矸石充填和垮落法為核心，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地形條件下的快速綜采作業(yè)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

a)過渡區(qū)液壓支架應(yīng)采用齊平布置結(jié)構(gòu)，能夠提高支架通用化程度，降低支護(hù)成本；

b)在截割作業(yè)時，采煤機(jī)的進(jìn)刀采用了斜切進(jìn)刀方式，能夠保證采煤機(jī)在綜采作業(yè)過程中的割煤時間和回采率。

c)在進(jìn)行充填時，底卸式輸送機(jī)尾部向端部循環(huán)進(jìn)行，充填速度快效率高；

d)化后的綜采效率比優(yōu)化前提高了27.2%，作業(yè)人員數(shù)量降低了9.6%，對提升綜采面的綜采經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的價值。