毛玉龍

（同煤集團馬脊梁礦， 山西 大同 037001）

目前多數煤礦綜采作業(yè)過程中，均是通過大量的人工控制井下綜采面的采煤機、液壓支架、刮板輸送機的運行來滿足井下綜采作業(yè)需求。由于煤礦井下地質環(huán)境復雜，大量人員在綜采面作業(yè)不僅容易產生人員傷亡事故而且也容易使作業(yè)人員患“塵肺病”等職業(yè)疾病，給綜采作業(yè)安全帶來了嚴重的隱患。因此從提升綜采作業(yè)效率、綜采作業(yè)經濟性及人員健康方面，各煤炭生產企業(yè)均在無人化綜采作業(yè)方面進行了大量的努力。在前人研究的基礎上，本文結合煤礦井下實際情況，提出了一種新的礦井下無人綜采技術方案，通過采用大采高綜采面的防片幫自動化控制方案、綜采面底板的自動控制方案、煤礦井下高效自動化降塵技術等實現了綜采面的無人化作業(yè)，該無人化綜采技術方案的提出，為實現煤礦井下無人化智能綜采奠定了堅實的基礎，具有極大的應用推廣價值。

1 大采高綜采面的防片幫自動化控制方案

當在煤礦井下綜采面采用自動化綜采作業(yè)時，采煤機的整體工作效率較高而且沒有專門的人工進行修正處理，煤壁被切割時，由于存在著應力路徑效應，因此采煤機將煤炭從煤壁上分裂出來時，煤壁片幫會經過滑移失穩(wěn)和拉裂破壞兩個階段[1]。根據煤炭剝離時的力學模型，可得出截齒截割作業(yè)時煤炭的剝離深度、直徑與煤層強度之間的相互關系可以推斷出煤壁在發(fā)生片幫時可以分為三個不同的階段，根據每個階段的不同特點制定了不同的控制方案，第一個階段是煤體的拉裂階段，在該階段可利用對液壓支架的初撐力的監(jiān)測、間斷性的連續(xù)補壓的方案來實現降低頂板的下沉量。第二個階段是煤壁的滑移失穩(wěn)階段，在該階段可采用壓力傳感器對護幫板的壓力進行監(jiān)測，確保其保持持續(xù)的護幫力。第三個階段是煤壁的片幫階段，在該階段主要采用液壓支架自動跟進工藝確保生產的正常進行。

液壓支架的自動跟機工藝主要是利用位移傳感器、視頻監(jiān)控等實現對液壓支架和采煤機之間相對位置關系的確定，根據采煤機的運行狀態(tài)來控制不同區(qū)域液壓支架護幫板的收放，煤礦進行液壓支架自動跟機工藝流程如圖1 所示[2]。

圖1 液壓支架自動跟機工藝流程示意圖

該弱底板條件下的液壓支架自動跟機工藝流程主要是融合了人工記憶學習方案，同時在該控制系統(tǒng)中還增加了模擬人工操作控制系統(tǒng)，將液壓支架在不同硬度底板條件下的移架停頓時間、初撐力、降柱動作等進行編程固化，優(yōu)化了在跟機過程中液壓支架的移架、支護及與采煤機的配合工藝，有效地解決了液壓支架在弱底板條件下的自動支護可靠性問題。

2 綜采面底板的自動控制方案

由于煤礦井下綜采面底板的硬度不一，會對綜采面液壓支架的支護產生較大的影響，因此為了確保支護安全，需要在支護前對支護區(qū)域內的底板狀態(tài)進行分析，對不同底板硬度調節(jié)下的支護需求，可通過反復調整液壓支架的支護狀態(tài)來進行調和記錄[3]，在自動化跟機支護過程中根據記錄情況完成跟機工藝流程的處理，底板硬度較弱情況下的自動控制方案如圖2 所示。

圖2 弱底板條件下的液壓支架支護方案

3 煤礦井下高效自動化降塵技術

井下綜采面在作業(yè)過程中會產生極大的粉塵，給煤礦井下綜采作業(yè)效率和作業(yè)安全帶來較大的隱患，為了適應無人綜采作業(yè)情況下的降塵需求，提出了煤礦井下高效自動化降塵技術方案[4]。該方案中設置了一個高壓除塵裝置，能夠將液體轉換為10~15 MPa 的高壓水，通過設置在采煤機搖臂上的水管和旋流霧化噴嘴結構噴出水霧，水霧內水滴的顆粒直徑約為80 μm 的顆粒，有效的降塵半徑可達4.5 m，具有射程遠、抗強風能力強的特點，該新型的煤礦井下高效自動降塵裝置結構如圖3 所示。

圖3 煤礦井下自動降塵裝置結構示意圖

該自動降塵裝置在綜采作業(yè)過程中，噴霧通過設置在截割機構上的霧化噴嘴向截割區(qū)域噴射出降塵，形成一個濕式的截割，通過噴霧將顆粒粘合下來，形成有效的沉降，根據實際驗證表明采用該自動噴霧降塵裝置后對綜采作業(yè)過程中的呼吸性粉塵的沉降效率可達95%左右，而且能夠滿足高效自動化綜采作業(yè)過程中的需求，提升煤礦井下綜采作業(yè)安全。

4 結論

為了提升煤礦井下綜采作業(yè)效率和經濟性，提升綜采作業(yè)安全，提出了一種煤礦井下無人綜采技術方案，通過采用大采高綜采面的防片幫自動化控制方案、綜采面底板的自動控制方案、煤礦井下高效自動化降塵技術等實現了綜采面的無人化作業(yè)，極大的提升了煤礦井下綜采作業(yè)效率和經濟性，根據實際分析表明：

1）大采高綜采面的防片幫自動化控制方案，利用位移傳感器、視頻監(jiān)控等實現對液壓支架和采煤機之間相對位置關系的確定，根據采煤機的運行狀態(tài)來控制不同區(qū)域液壓支架護幫板的收放。

2）綜采面底板的自動控制技術，能夠根據底板硬度情況，自動調整液壓支架的支護狀態(tài)，滿足安全支護的需求。

3）煤礦井下高效自動降塵技術，能滿足高綜采率條件下的高效降塵需求，其對綜采作業(yè)過程中的呼吸性粉塵的沉降效率可達95%左右，極大地提升了井下綜采作業(yè)的安全性。