煤礦井下機械化綜采技術的應用研究

郭遠游

（山西省同煤集團云崗礦，山西 大同037017）

煤炭作為一種重要的能源，在國民經濟發展中占據著重要的位置，隨著科技水平的不斷發展，煤礦井下綜采作業技術不斷進步，綜采效率不斷提升，由于缺乏對聯動綜采技術的研究，雖然井下機械設備不斷增加，綜采作業效率取得了一定的提升，但是導致對機械設備拆除周期大幅增加，煤礦井下單位時間的煤炭綜采效率并未獲得顯著的提升，給煤礦井下的綜采作業經濟性和安全性造成了較大的影響[1]。本文提出了一種機械化綜采技術方案，通過合理配置井下綜采機械設備的聯動運行方式提升綜采作業的協調性，提升了綜采線體平衡率，通過合理選擇頂板支護方式實現在確保支護安全的前提下降低支護作業時間，通過合理設置各類機械設備的布局實現設備的快速拆除，根據在某礦的實際應用表明通過采用井下機械化綜采技術方案能夠將綜采面的綜采作業效率提升37.5%，對綜采設備的收撤速度提升了23.6%，極大地提升了煤礦井下作業的效率和安全性，具有較大的應用推廣價值。

1 綜采面機械設備選型

本文以某礦井下綜采面為基礎，結合井下綜采面實際地質條件和綜采作業需求進行綜采方案的制定和綜采設備的選型，工作面采用雙向割煤，從頭尾斜切進刀，往返一次割兩刀。機組最大截深0.63 m，采高2.5 m，考慮到放頂煤步距及頂煤回收率等因素，機組截深為0.5 m，采高2.5 m，放頂煤高度為3.0 m，采用邊割邊放工藝，每刀將所有頂煤全部放完（除過渡架）。

液壓支架選型，液壓支架選擇ZF4600/19/30型四柱支撐掩護式放頂煤液壓支架，其支護的最大高度為3 000 mm，液壓支架的支護寬度為1 500 mm，支護時的工作阻力約為4 500 kN，初撐力約為3 900 kN，支架工作時的支護強度約為0.8 MPa，對底板的比壓約為1.3 MPa，在井下能夠適應的最大綜采面傾角為45°，采用鄰架液壓先導操作控制方式。

采煤機選型，采煤機選擇MG170/410-WD型采煤機，其工作時的綜采高度在1 500~3 000 mm之間，采煤機的裝機功率約為410 kW，截割滾筒的直徑為1 600 mm，工作截深為620 mm，最大牽引速度為7 000 mm/min，工作時的牽引力約為400 kN。

刮板輸送機選型，刮板輸送機選擇SGZ-764/500型，其裝機總功率約為500 kW，采用了16GSA-200型減速器，其工作時的傳動比約為1∶28，鏈速為1.15 m/s，刮板輸送機中部槽的尺寸為1 470 mm×712 mm，采用了整體焊接式的封底結構，傳動鏈的最大破斷力可達1 528 kN，刮板之間的間距約為1 028 mm。

轉載機選型，轉載機采用SZZ-764/200型，工作時的額定輸送量為1 000 t/h，刮板鏈速為1.4 m/s，采用了伸縮機頭輔助緊鏈和閘盤緊鏈的雙重緊鏈方案，爬坡角度為10°，中部槽的規格為2 500 mm×700 mm，工作電壓為1 140 V。

對于井下綜采面的機械設備，為了提升協同作業的可靠性，對刮板輸送機、采煤機、液壓支架進行聯動運行控制[2]，在協調運行的過程中首先使刮板輸送機進行運行然后控制采煤機啟動綜采作業，在作業過程中自動對液壓支架的支護狀態進行調整，控制不同范圍內的液壓支架進行移架等，在聯合控制運行作用下井下綜采面的綜采作業效率可以提升37.5%以上，井下機械化綜采聯合控制原理如圖1所示。

圖1 煤礦井下機械化綜采聯動控制方案

2 綜采面機械設備的防滑方案

煤礦井下地質條件較為復雜，液壓支架在支護過程中易發生滑移或者傾斜，不僅影響煤礦井下綜采作業的安全性，而且還導致需要重新調整支護，給井下的綜采作業效率也造成了較大的影響，在該井下機械化綜采技術方案中對液壓支架的防滑支護進行了優化。液壓支架支護時在支架的底座的前側增加一個調節千斤頂，該千斤頂和刮板輸送機端部相連接，實現液壓支架的刮板輸送機之間的相對位置的固定，同時可以抵消刮板輸送機要下滑時的下滑力[3]。為了進一步增加對液壓支架的防滑效果，將1~3架作為一個固定的液壓支架，設置一個固定的千斤頂，使每組支架的下端頭保持穩固，能夠實現對液壓支架移位的一次性調節，確保支架工作時的初始的工作壓力大于25 MPa，在綜采作業過程中每前進100 m對液壓支架支護組進行一次加壓，嚴格控制支護高度和初撐力，該刮板輸送機和液壓支架的防滑移方案如圖2所示。

圖2 刮板輸送機和液壓支架的防滑移方案

3 綜采機械設備的快速收撤技術

煤礦井下綜采面的底板上分布著大量散落的煤炭顆粒和煤矸石，地面極為松散，因此在進行綜采機械設備的拆除時需要降低收撤的速度，防止出現設備松動、滑落、傾倒或者是飛煤傷人的現象。為了解決井下綜采面設備拆卸時的飛煤傷人的難題，在該機械化綜采技術方案中提出了在綜采面設置1層防飛煤的金屬護網，從液壓支架前側支柱開始到煤壁上結束，該金屬網的上側鋪設一層風筒布，且該風筒布的尺寸應保證能夠超出底板并利用阻燃編織袋壓到風筒布上，其設置方式如圖3所示[4]。

圖3 防飛煤金屬護網布置結構示意圖

針對在收撤作業過程中液壓支架易松動、滑落、傾倒，導致無法快速實施收撤的情況，提出了采用兩部絞車聯合作業對液壓支架進行收撤的工藝方案，將其中一部絞車作為主繩，把掛鉤的端部掛在液壓支架的站板上，另一部絞車則可以作為防止液壓支架松動、滑落的的機構，對收撤作業過程中液壓支架的的穩定性進行調整，防止出現滑落[5]，如圖4所示，圖中6、7表示絞車。

圖4 液壓支架防倒滑聯合控制方案

通過上述的防止飛煤傷人和防止液壓支架收撤過程中滑落的方案，在收撤作業過程中能夠快速的將對設備進行拆卸和轉移，收撤速度比優化前提升了約23.6%，同時收撤作業過程中設備的穩定性也得到了極大的提升。

4 結論

針對煤礦井下綜采作業分布混亂、無法充分提升綜采作業效率的現狀，本文提出了一種新的井下機械化綜采技術，合理的對各類綜采設備進行排布和聯動作業，通過煤礦井下機械化綜采聯動控制方案實行了對采煤機、刮板輸送機、液壓支架的聯合運行控制，將煤礦井下的綜采作業效率提升了37.5%以上，同時通過對液壓支架防滑方案和綜采機械設備快速收撤技術方案的研究將井下綜采設備的收撤速度比優化前提升了約23.6%。