采煤機和液壓支架聯動的自動防護裝置的分析與應用

楊 濤

（晉能控股煤業集團機電管理部，山西 大同 037000）

1 燕子山礦工程現狀

綜采工作面在回采過程中，當采煤機割煤至距離工作面上下口一定距離時，為了防止采煤機和上下口端頭支架對工作面煤壁附近的人員造成機械傷害，通常都會在運輸巷和回風巷距離工作面煤壁30 m的范圍內設置警戒線來防止人員進入該危險區域。晉能控股煤業集團燕子山礦主要是通過上下口工作人員肉眼來判斷采煤機的具體位置，并以此為依據判斷是否需要設置警戒。但由于回采工作中粉塵量巨大，工作面上下口能見度差，肉眼觀察的手段準確性較低，同時工作人員為了觀察必須站在上下口位置處，而在能見度較差的工作環境中，常常因拉移支架人員未觀察到上下口處有人便拉移端頭支架，造成了多起傷害事件。針對通過人工肉眼觀察確立警戒線準確性較低的問題，必須進行進一步的優化改進。

2 采煤機和液壓支架聯動自動防護裝置的分析

2.1 結構分析

對于人工肉眼觀察確立警戒線準確性較低的問題，針對性地提出了一種基于采煤機和液壓支架聯動自動防護裝置，該裝置結構如圖1 所示，裝置主要包括紅外線傳感器、聲光報警器、無線傳感器等部件。

圖1 自動防護裝置結構示意圖

該采煤機和液壓支架聯動的自動防護裝置主要包括控制器、第一防護單元和第二防護單元連接三大結構。

第一防護單元包括：紅外線傳感器A、紅外線傳感器B、紅外線傳感器C、紅外線傳感器D 及第一聲光報警器、第二聲光報警器，均與控制器連接。紅外線傳感器A，設置于工作面液壓支架上，距離回風巷與工作面交接處30 m；紅外線傳感器B，設置于工作面液壓支架上，距離運輸巷與工作面交接處30 m；紅外線傳感器C，設置于回風巷的巷幫上，距離工作面上端頭液壓支架30 m；第一聲光報警器，設置于紅外線傳感器C 靠近上端頭液壓支架一側；紅外線傳感器D，設置于運輸巷的巷幫上，距離工作面下端頭液壓支架30 m；第二聲光報警器，設置于紅外線傳感器D 靠近下端頭液壓支架一側。

第二防護單元包括：紅外線傳感器E、紅外線傳感器F、第一無線傳感器、第二無線傳感器及第三無線傳感器，均與控制器連接；其中，紅外線傳感器E，設置于回風巷的巷幫上，距離工作面上端頭液壓支架15 m；紅外線傳感器F，設置于運輸巷的巷幫上，距離工作面下端頭液壓支架15 m；第一無線傳感器，設置于采煤機上并與其控制線路相連；第二無線傳感器，設置于上端頭液壓支架上并與其控制線路相連；第三無線傳感器，設置于下端頭液壓支架上并與其控制線路相連。

2.2 工作原理

通過設置第一防護單元，當采煤機上行被紅外線傳感器A 監測到時，發送信號給控制器，控制器控制距離工作面上端頭液壓支架30 m 處的紅外線傳感器C 打開紅外警戒線，當有人闖入回風巷內紅外線傳感器C 發出的警戒線時，控制器控制第一聲光報警器發出聲光警報。

當采煤機下行被紅外線傳感器B 監測到時，傳感器B 發送信號給控制器，控制器控制距離工作面下端頭液壓支架30 m 處的紅外線傳感器D 打開紅外警戒線，當有人闖入運輸巷內紅外線傳感器D 發出的警戒線時，控制器控制第二聲光報警器發出聲光警報。

通過設置第二防護單元，當闖入回風巷內紅外線傳感器C 發出的警戒線內的人不聽第一聲光報警器的勸阻，繼續前行，被距離工作面上端頭液壓支架15 m 處的紅外線傳感器E 監測到時，紅外線傳感器E 發送信號給控制器，控制器立刻發送信號給第一無線傳感器和第二無線傳感器，閉鎖采煤機和上端頭液壓支架，防止采煤機和上端頭液壓支架對闖入人員造成傷害。

當闖入運輸巷內紅外線傳感器D 發出的警戒線內的人不聽第二聲光報警器的勸阻，繼續前行，被距離工作面下端頭液壓支架15 m 處的紅外線傳感器F 監測到時，紅外線傳感器F 發送信號給控制器，控制器立刻發送信號給第一無線傳感器和第三無線傳感器，閉鎖采煤機和下端頭液壓支架，防止采煤機和下端頭液壓支架對闖入人員造成傷害。

2.3 特點分析

該基于采煤機和液壓支架聯動自動防護裝置通過設置第一防護單元，無需人工即可在采煤機上行或下行至需要警戒的范圍時，打開紅外警戒線，并對闖入風險區域的人進行報警提醒，當闖入人員忽視報警，繼續向前行進至更危險的區域時，通過第二防護單元主動關閉采煤機、上端頭液壓支架或下端頭液壓支架，以免對闖入人員造成傷害，減少了人員工作量，提高了作業準確度和安全性。

3 采煤機和液壓支架聯動自動防護裝置的工業性試驗

3.1 燕子山礦8901 工作面概況

晉能控股煤業集團燕子山礦位于山西省大同市云岡區高山鎮，井田東西長4.03 km，南北寬3.5 km，面積18.1 km2，工業儲量為12 617 萬，設計生產能力480 萬t/a。該煤礦開拓方式：主斜副立；井筒數量：10個；開采水平：+1 035 m，+885 m，+825 m；現采煤層：山4 號層，C3 號層，C5 號層；采煤工藝：綜采放頂煤；瓦斯等級：低瓦斯；水文地質類型：中等；自燃傾向性：自燃。燕子山礦8901 綜采工作面回采設備主要為MG650 1630—WD 型雙滾筒采煤機割煤，SGZ-1000/2×855 型前、后部刮板輸送運煤，ZF-13000/25/38 型液壓支架、ZFG-13000/27.5/42 型過渡支架和ZTZ-20000/27.5/42 型端頭支架管理頂板。該面采高為3.5 m，放煤厚度7.13 m，采放比為1∶2.04，按一刀一放三輪間隔順序放煤的正規循環進行作業，循環進度、放煤步距均為0.8 m，直到工作面停采線前56 m。停采線前56 m 到停采線，只割煤不放煤。頂板管理采用自然跨落法。

3.2 工業性試驗及效果分析

將采煤機和液壓支架聯動的自動防護裝置安裝在燕子山礦8901 綜采工作面MG650 1630—WD 型雙滾筒采煤機和ZF-13000/25/38 型液壓支架上并進行了調試應用。從實際應用效果來看，自動防護裝置工作穩定，能對進入采煤機需要警戒區域的人員進行報警提醒，當闖入人員進到更危險區域內后，系統會關閉采煤機及液壓支架，自動保護裝置效果理想。保護裝置應用后，8901 綜采工作面井口附近回采期間無一起因人員闖入導致安全事故發生，安全性能較好。減少了人工作業環節，預警準確度和安全性得到了有效提高，為企業創造了較好的經濟效益。