煤礦井下自動化高速掘進(jìn)系統(tǒng)分析

王永軍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城煤炭事業(yè)部趙莊二號井，山西 長治 046000）

引言

煤礦井下的綜采作業(yè)是截割、臨時支護(hù)、永久支護(hù)、鏟運(yùn)的結(jié)合，涉及工序和設(shè)備較多。受井下復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境影響，現(xiàn)有綜采面的自動化綜采程度不高，井下作業(yè)人員多，已經(jīng)成為限制井下綜采作業(yè)效率進(jìn)一步提升的瓶頸。在對各個綜采作業(yè)工序現(xiàn)狀進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)目前臨時支護(hù)多采用錨桿支護(hù)，效率低，安全性差，無法實(shí)現(xiàn)隨掘進(jìn)機(jī)的自移式支護(hù)，成為對綜采效率影響最大的因素。本文結(jié)合煤礦井下的實(shí)際情況提出一種新的煤礦井下自動化高速掘進(jìn)工藝。

1 煤礦井下高速掘進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該煤礦井下高速掘進(jìn)系統(tǒng)，以自移式自動支護(hù)設(shè)備為核心，可實(shí)現(xiàn)與掘進(jìn)設(shè)備、運(yùn)錨設(shè)備的自動匹配作業(yè)，解決了傳統(tǒng)掘進(jìn)方案中影響掘進(jìn)效率提升的最關(guān)鍵瓶頸，該高速掘進(jìn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

由圖1可知，該高速掘進(jìn)系統(tǒng)主要包括掘進(jìn)設(shè)備、自移式支護(hù)設(shè)備、運(yùn)錨機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)等。在掘進(jìn)作業(yè)過程中，掘進(jìn)機(jī)在自主截割控制系統(tǒng)的作用下進(jìn)行巷道掘進(jìn)和落煤作業(yè)，掘進(jìn)過程中的落料通過轉(zhuǎn)載機(jī)傳輸?shù)綆佥斔蜋C(jī)上，完成落煤的自動傳輸。

隨著掘進(jìn)機(jī)的不斷前進(jìn)，自移式支護(hù)設(shè)備不斷調(diào)整自身的支護(hù)狀態(tài)，和掘進(jìn)機(jī)的進(jìn)給作業(yè)保持同步性，實(shí)現(xiàn)對新截割作業(yè)區(qū)域的臨時支護(hù)。隨著掘進(jìn)機(jī)的移動，在掘進(jìn)機(jī)后側(cè)的運(yùn)錨設(shè)備自動進(jìn)行打孔及錨桿固定，完成巷道井下的永久支護(hù)，礦井通風(fēng)系統(tǒng)則負(fù)責(zé)在巷道掘進(jìn)過程中不斷輸入新鮮的空氣，確保井下掘進(jìn)面上的通風(fēng)安全。

圖1 煤礦井下高速掘進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該井下高速掘進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，基本工藝流程和現(xiàn)行巷道掘進(jìn)工藝流程一致，只需對臨時支護(hù)段進(jìn)行優(yōu)化，以自移式支護(hù)設(shè)備取代傳統(tǒng)的人工支護(hù)，并對綜合控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化即可，改造成本低，可靠性好，便于大范圍推廣。

2 自移式支護(hù)設(shè)備整體結(jié)構(gòu)

結(jié)合巷道掘進(jìn)過程中臨時支護(hù)的需求，自移式支護(hù)設(shè)備需要能夠保證移動過程中的穩(wěn)定性，同時還要保證對支護(hù)區(qū)域支護(hù)的穩(wěn)定性，因此本文所提出的自移式支護(hù)裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由圖2可知，該支護(hù)裝置主要包括了支架、側(cè)支撐和頂梁三個部分[2]，各個支架（分奇數(shù)組支架和偶數(shù)組支架）通過串聯(lián)的形式進(jìn)行組合，每個支架呈“門”型結(jié)構(gòu)，以跨越的形式支護(hù)在掘進(jìn)機(jī)的上側(cè)，實(shí)現(xiàn)對新掘進(jìn)區(qū)域的保護(hù)。每個支架能夠獨(dú)立地調(diào)整支護(hù)高度和傾斜度，從而能夠適應(yīng)井下復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，提高使用的靈活性，支護(hù)裝置兩側(cè)設(shè)置的側(cè)支撐結(jié)構(gòu)主要用于對巷道兩側(cè)進(jìn)行支護(hù)，防止出現(xiàn)側(cè)幫垮落，在支護(hù)裝置的上側(cè)布置由頂梁，呈“X”狀布置結(jié)構(gòu)，具有較大的支護(hù)面積和支護(hù)穩(wěn)定性。整個自移式支護(hù)裝置通過電信號進(jìn)行控制，各個動作均通過執(zhí)行油缸驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高。

圖2 自移式支架整體結(jié)構(gòu)

3 支架組結(jié)構(gòu)

自移式支護(hù)裝置的支架組包括偶數(shù)組支架和奇數(shù)組支架，兩者相互配合，實(shí)現(xiàn)自移式支架組的靈活調(diào)整，具有模塊化程度高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。奇數(shù)組支架主要包括了前探梁、平移機(jī)構(gòu)、頂梁等，其整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 奇數(shù)組支架結(jié)構(gòu)示意圖

由圖3可知，在奇數(shù)組支架上設(shè)置有前探梁，主要是用于在支護(hù)時輔助設(shè)置鋼絲網(wǎng)、錨索等，奇數(shù)組上的頂梁均通過油缸獨(dú)立控制，能夠呈現(xiàn)較大的支護(hù)傾角，對巷道頂板的適應(yīng)力強(qiáng)，滿足不同頂板的支護(hù)需求。支架的立柱采用了套筒式結(jié)構(gòu)，支座和立柱通過球體鉸接，立柱通過油缸調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同高度的調(diào)整，從而適應(yīng)不同地質(zhì)條件下的巷道。平移機(jī)構(gòu)是一種類似剪刀型的裝置[3]，用于對奇數(shù)組支架和偶數(shù)組支架進(jìn)行連接，確保在移動過程中能夠靈活調(diào)整自移式支護(hù)裝置的支護(hù)狀態(tài)，具有柔性好、靈活性高的優(yōu)點(diǎn)。

偶數(shù)組液壓支架的整體結(jié)構(gòu)如圖4所示[4]。

圖4 奇數(shù)組支架結(jié)構(gòu)示意圖

由圖4可知，偶數(shù)組支架和奇數(shù)組支架最大的區(qū)別在于偶數(shù)組支架沒有前探梁，而且只要2個頂梁。主要目的是實(shí)現(xiàn)和奇數(shù)組支架的相互配合、交錯支撐，保證在移架時能夠盡可能地增加對頂板的支護(hù)面積。同時偶數(shù)組支架的側(cè)支撐結(jié)構(gòu)和奇數(shù)組支架的也不同，主要是和奇數(shù)組支架的側(cè)支撐形成交替，滿足在交替過程中盡量增大側(cè)幫支護(hù)面積的需求。

4 結(jié)論

1）煤礦井下高速掘進(jìn)系統(tǒng)，以自移式自動支護(hù)設(shè)備為核心，可實(shí)現(xiàn)與掘進(jìn)設(shè)備、運(yùn)錨設(shè)備的自動匹配作業(yè)，解決了傳統(tǒng)掘進(jìn)方案中影響掘進(jìn)效率提升的最關(guān)鍵瓶頸；

2）自移式支護(hù)裝置的支架組包括偶數(shù)組支架和奇數(shù)組支架，兩者相互配合，實(shí)現(xiàn)自移式支架組的靈活調(diào)整，具有模塊化程度高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。