煤礦井下自動化綜采技術的應用分析

張 帥

(中煤華晉集團有限公司王家嶺礦，山西 河津 043300)

引 言

煤礦井下綜采技術是煤礦安全生產的核心，綜采技術的先進性直接決定了井下綜采作業的效率和安全性。當前多半的煤礦在進行綜采作業時通常選擇放頂煤綜采法、長臂綜采法等，但在復雜地形條件下傳統的綜采方案存在綜采流程復雜、支護效率低、人員多、安全性差的難題，無法滿足越來越高的綜采作業需求。

本文結合井下實際情況，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行有機結合，從配套設備選型、綜采面液壓支架布置、綜采工藝優化等方面入手，實現了煤礦井下綜采作業技術的提升。根據實際應用表明，優化后的綜采效率比優化前提高了27.2%，作業人員數量降低了9.6%，對改善井下采煤作業的經濟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需求，對綜采設備選擇和綜采面布置提出了特殊的要求，具體包括以下幾個方面[1]：

1) 液壓支架結構布置：綜采作業中需要進行采煤機截割狀態的調整，因此液壓支架在選擇時應根據綜采方法靈活選用，但在綜采面上液壓支架的類型應統一，保證在調節過程中支架運行控制的一致性，支護范圍需要滿足井下設備轉運和人員通行要求。

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，移動步距越大會導致支架尺寸增加、結構重量增大、靈活性下降等，不利于井下復雜地形條件下的轉運和調整，因此在選擇時應根據井下實際情況選擇，一般推薦選用0.6 m推移步距的支架。

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

根據自動綜采工藝需求，井下過渡區液壓支架的布置結構分為齊平布置和階梯式布置，具體如圖1所示。

圖1 過渡區液壓支架布置結構簡圖

過渡區液壓支架采用齊平式布置時，能夠簡化過渡區支架的結構，采用小尺寸的充填式液壓支架即可滿足過渡區布置需求，無需再增加支架類型。而當選擇階梯式布置結構時，雖然更有利于井下通風，但需要設計專用的過渡區支架，既增加了支架結構類型，又增加了支護成本，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構。

2 自動綜采工藝研究

根據綜采作業要求，在綜采面的采煤工藝包括采煤機截割作業和煤矸石的填充作業兩個關鍵工序，為了滿足井下高速掘進的需求，采用了雙向綜采的方式，利用采煤機的前側截割煤層頂板，利用采煤機的后側滾筒截割煤層的底部，各液壓支架的移架距離需和采煤機保持3組支架的寬度，刮板輸送機的推移需要和采煤機保持約20 m的距離。在截割作業時，采煤機的進刀采用了斜切進刀方式[2]，能夠保證采煤機在綜采作業過程中的割煤時間和回采率。

在綜采作業過程中，當綜采設備處于綜采面的端部時，在綜采設備的機身位置還留有一段的煤炭[如圖2a)所示]，此時采煤機前后截割機構的位置，使前側截割機構下降、后側截割機構升起，使前側截割機構沿著刮板輸送機的弧線段觸入煤層，采煤機后退，利用前側側截割機構割機身處的煤炭，直到全部割完為止[如圖2b)所示]，此時遺留一部分的三角煤，調整采煤機截割機構位置，對三角煤進行截割作業[如圖2c)所示]，待完成三角煤截割后，再次調整采煤機前后側截割機構位置，進行正常截割作業[如圖2d)所示][3]。

圖2 截割作業流程

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的多孔底卸式輸送機完成的，在充填作業時煤矸石通過輸送機傳輸到多空底卸式輸送機上[4]，然后傳輸到需要填充的區域，當采煤機綜采過20 m后即可進行充填作業。

充填的方向一般是從底卸式輸送機尾部向端部進行，填充時要先根據底卸式輸送機的落料口的數量合理分組，一般每4個落料口為一組，當達到卸料位置時，打開指定位置的落料口進行卸料。當第一組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，當第一組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，如此循環進行，直到完成整個區段的充填作業，充填速度快、效率高，循環式充填作業流程如圖3所示，圖3中1～80表示落料口的編號。

圖3 循環式充填作業流程

4 應用效果分析

該自動綜采工藝已于2020年5月份投入應用，根據對應用情況進行分析，在綜采作業時各支架的支護阻力顯著小于傳統支架的平均支護阻力，整個綜采作業過程中未出現過壓架情況，優化后的綜采效率比優化前提高了27.2%，作業人員數量降低了9.6%，對提升綜采面的綜采經濟性和安全性具有十分重要的價值。

5 結論

針對復雜煤層地質條件下采用傳統綜采技術方案所暴露的綜采速度慢、經濟性差的缺點，本文采用了一個新的自動化綜采技術，以矸石充填和垮落法為核心，實現了復雜地形條件下的快速綜采作業，根據實際應用表明：

1) 過渡區液壓支架應采用齊平布置結構，能夠提高支架通用化程度，降低支護成本；

2) 在截割作業時，采煤機的進刀采用了斜切進刀方式，能夠保證采煤機在綜采作業過程中的割煤時間和回采率。

3) 在進行充填時，底卸式輸送機尾部向端部循環進行，充填速度快效率高；

4) 優化后的綜采效率比優化前提高了27.2%，作業人員數量降低了9.6%，對提升綜采面的綜采經濟性具有十分重要的價值。