山腳樹礦井下自動化綜采技術方案的應用研究

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，南側為軌道運輸巷。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構的綜采面。該綜采面主要用于采4#煤層，各個煤層賦存條件相對穩定。煤層的平均厚度約3.11 m，煤層內含有兩層夾矸，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，煤層的硬度系數為2.5，整個綜采面上的地質條件相對簡單，為典型的褶皺構造截割，處于帶壓開采區域。采用傳統的人工作業方案時巷道布置效率低下、可靠性差，并且井下各機械設備的聯動運行效果差，無法實現自動化綜采，因此本文提出了新的煤礦井下自動化綜采技術方案。

1 回采巷支護結構設計

1103 綜采面和1101 綜采面為相互鄰近的綜采作業區域，1103 為正常綜采作業區域，1101 為回采采空區域。為了滿足自動化綜采作業的支護需求，根據井下的模擬實踐，決定當1103 綜采面正常推進到后側區域時，在1101 綜采面開始采用沿空留巷并在兩個綜采面之間設置一個寬度不小于17m 的煤柱支護體，在巷道內采用5×5 的矩形錨桿支護結構[1]。各排錨桿之間的距離為800 mm，輔助的錨索支護則采用2×2 的矩形錨索支護結構，錨索之間的距離為1200×3000 mm。井下錨固結構如圖1（a）所示。

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

圖1 井下回采巷支護結構示意圖

2 井下自動化綜采實施方案

根據1103 綜采面實際情況，選擇了能夠適應大傾角地形的采煤機。為了適應井下大傾角的復雜環境，將采煤機的銷軌間距由最初的120 mm 增加到170 mm，同時增加采煤機行走輪的模數，增強其結構強度，滿足復雜地形環境下高可靠性的需求。

為了改變傳統采用人工監測采煤機截割路徑和截割高度所帶來的位置控制精確性差、易出現接觸觸頂事故的現象，在該自動化綜采方案中采用了采煤機智能截割控制系統[3]，實現對采煤機截割路徑和軌跡的智能化控制。為了保證采煤機、液壓支架和刮板輸送機之間的聯動運行，在該井下自動綜采方案中引入了自動化綜采控制系統，將綜采面的各類機械設備構成一個聯動運行的控制整體[4]。系統首先控制采煤機進行空轉，當轉速穩定后進行噴霧降塵作業，然后控制采煤機安裝既定的截割控制邏輯進行自動截割控制，將采煤機運行時的進給速度曲線等傳遞給綜合控制中心，控制中心根據采煤機運行狀態信號控制相應區域內的液壓支架進行收放護幫板、移架、推溜等作業，實現液壓支架的跟機自動化運行控制。同時系統對刮板輸送機上的物料負載信息進行不間斷監測，當負載過小時會將控制信號反饋給自動綜采控制系統，適當加大采煤機的綜采作業速度，提高煤炭產量，當負載過大時則會降低采煤機的綜采作業速度，降低煤炭的產量，確保刮板輸送機上的物料負載的一致性。該煤礦井下自動化綜采控制系統結構如圖2 所示[5]。

圖2 山腳樹礦井下自動化綜采控制系統結構示意圖

3 應用效果分析

該自動化綜采技術方案開始應用時存在一定的協調不順的問題，針對異常原因進行排查后發現是由于傳統綜采技術方案不適應自動化綜采技術的工藝流程導致的。因此技改小組對井下的綜采工藝流程進行了優化，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，實現了自動化綜采技術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刀，每刀的進刀深度約為0.4 m，每6刀一個循環。

自2019 年3 月完成平穩聯動運行后，該綜采面已投入了連續正常運轉。在該自動化綜采技術方案的支持下，綜采面的煤炭產量從最初的1.9 萬t/月，增加到了目前的2.82 萬t/月，比優化前增加了48.4%，且綜采面上同時工作的人員數量比優化前降低了約63%。自該項目投入應用以來，未出現過因自動化設備聯動運行或者巷道支護不穩而導致的綜采停產或者其他安全事故，極大地提升了山腳樹礦1103 綜采面的綜采自動化程度和經濟性。

4 結論

為了提升山腳樹礦井下綜采作業的效率和經濟性，組織對1103 綜采面進行了自動化綜采改造，重點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行了分析，根據實際應用表明：

（1）在1103 綜采面采用井下巷道錨固支護結構和井下超前支護結構，具有支護穩定性高、操作簡單、支護安全性好的優點，能夠滿足自動化綜采所要求的快速、安全支護需求。

（2）自動化綜采控制系統能夠實現對綜采面各自動化機械設備的聯動運行控制，滿足在各種條件下的自動化綜采作業需求。

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