煤礦井下旋采工藝的應(yīng)用分析

宮利峰

（山西寧武德盛煤業(yè)有限公司，山西 寧武 036700）

煤礦井下地質(zhì)條件較為復(fù)雜，煤炭的綜采成本較高，因此煤炭生產(chǎn)企業(yè)在不斷提升煤礦井下自動(dòng)化綜采率的同時(shí)，不斷的優(yōu)化綜采工藝，提升煤礦井下綜采作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。目前煤炭開采過程中主要采用走向長(zhǎng)壁布置以及傾斜長(zhǎng)壁布置的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)增加綜采面綜采長(zhǎng)度、提高邊角煤的回采率，但在“刀把”狀的綜采面處受地形條件限制，導(dǎo)致煤炭綜采效率和回采率低下、綜采作業(yè)時(shí)的安全性差，給井下綜采作業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。

本文針對(duì)“刀把”狀的特殊綜采面，提出了一種新型的煤礦井下旋轉(zhuǎn)開采工藝，對(duì)旋轉(zhuǎn)開采時(shí)的設(shè)備布置方案等進(jìn)行了分析，通過在井下設(shè)置可視化監(jiān)控系統(tǒng)和液壓支架智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下綜采面旋采過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、對(duì)液壓支架支護(hù)狀態(tài)的靈活調(diào)整，確保了井下支護(hù)的安全性。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明采用新的旋采工藝后，能夠?qū)⒕隆暗栋选睜罹C采面的綜采效率提升了41.7%，將煤炭回采率提升了29.4%，對(duì)提升特殊綜采面上的綜采效率和安全性具有十分重要的意義。

1 現(xiàn)有綜采方案不足

以煤礦井下典型地質(zhì)條件為例，煤層的綜采面延伸長(zhǎng)度約為570 m，綜采面傾斜段的平均長(zhǎng)度約為134 m煤層的平均傾角約為16.1°，綜采面上煤層的平均厚度約為5.7 m，在綜采時(shí)采用了放頂煤綜采方案。由于井下綜采面處在較復(fù)雜的地質(zhì)條件下，巷道呈不規(guī)則的“刀把”狀，因此在該區(qū)域內(nèi)采煤機(jī)無(wú)法井下正常的綜采作業(yè)，需要人工進(jìn)行輔助進(jìn)行巷道支護(hù)和支架移動(dòng)。

在綜采時(shí)，首先進(jìn)行220 m的開切眼，然后推采110 m以后后再縮短到上側(cè)約110 m，最后連續(xù)進(jìn)行綜采，直到將“刀把”區(qū)域綜采完成，雖然該方案能夠一次進(jìn)行220 m的長(zhǎng)距離綜采，但是對(duì)綜采面設(shè)備需求大、設(shè)備占地多，中間進(jìn)行設(shè)備的調(diào)換時(shí)對(duì)綜采效率影響極大。而且該地形條件下的開切眼只能設(shè)置到綜采面的背斜軸位置，導(dǎo)致中間區(qū)域的頂板管理困難，經(jīng)常出現(xiàn)支架的傾倒和咬架，給井下綜采安全帶來(lái)了極大的隱患，該綜采方案如圖1所示[1]。

圖1 井下“刀把”綜采面綜采方案

2 旋轉(zhuǎn)開采工藝

根據(jù)“刀把”狀綜采面的實(shí)際地形結(jié)構(gòu)，本文提出了一種新的旋轉(zhuǎn)綜采工藝[2]。由于刮板輸送機(jī)在井下工作時(shí)的最大允許彎曲角度為3°，因此結(jié)合采煤機(jī)（MG 250/600—WD）綜采時(shí)的最大截割深度，假設(shè)最大彎曲段長(zhǎng)度為21 m，由于在綜采時(shí)的一次綜采長(zhǎng)度為110 m，因此理論上可分為6段調(diào)斜，其調(diào)斜的比例約為1:6，但結(jié)合井下的實(shí)際情況，調(diào)斜比例越高，在綜采時(shí)的可調(diào)節(jié)性越差，因此在對(duì)多種調(diào)斜比例分析后，最終選擇1∶4的調(diào)斜比例。

以井下回風(fēng)巷內(nèi)側(cè)約10 m處設(shè)置一個(gè)旋轉(zhuǎn)拐點(diǎn)，當(dāng)綜采面刮板輸送機(jī)的尾部逐漸移動(dòng)到該位置時(shí)，綜采面開始按1∶4的調(diào)斜比例進(jìn)行旋采，直到在回風(fēng)巷的第二個(gè)旋轉(zhuǎn)拐點(diǎn)處結(jié)束，井下旋采工藝如圖2所示。

圖2 井下旋采工藝流程（m）

3 旋采面可視化監(jiān)控

由于旋采面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜而且空間較為狹小，傳統(tǒng)上完全依靠人工對(duì)旋采過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方案不僅效率低而且危險(xiǎn)性較大，因此在旋采面引入了可視化監(jiān)控系統(tǒng)，利用高清防爆攝像機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)井下綜采過程的連續(xù)性監(jiān)控，同時(shí)為了滿足在低可視條件下的監(jiān)測(cè)需求，在可視化監(jiān)控系統(tǒng)中配備了紅外線補(bǔ)光設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采面作業(yè)狀態(tài)的全面監(jiān)控，該旋采面可視化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示[3]。

圖3 旋采面可視化監(jiān)控結(jié)構(gòu)示意圖

由圖3可知，該系統(tǒng)主要是根據(jù)井下綜采面的布置結(jié)構(gòu)，在核心位置設(shè)置云臺(tái)攝像機(jī)，對(duì)旋采過程進(jìn)行監(jiān)控。攝像機(jī)將監(jiān)測(cè)信號(hào)通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)傳輸給交換機(jī)，在交換機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和轉(zhuǎn)換，最終傳輸給以太網(wǎng)交換機(jī)，經(jīng)過數(shù)據(jù)解析后顯示在視頻顯示系統(tǒng)上，便于監(jiān)控人員實(shí)時(shí)對(duì)井下綜采狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

由于煤礦井下開切眼只能設(shè)置到綜采面的背斜軸位置，導(dǎo)致中間區(qū)域的頂板管理困難，經(jīng)常出現(xiàn)支架的傾倒和咬架，針對(duì)這種情況，提出了一種新的井下支架姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[4]，在井下支架上設(shè)置了各類傳感器設(shè)備，對(duì)支架在支護(hù)過程中的狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，當(dāng)支架傾斜超過設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)后，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，將偏移信號(hào)傳遞給支架控制器，支架控制器通過對(duì)偏移量的分析，確定修正量，并將修正控制信號(hào)傳遞給液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)支架支護(hù)狀態(tài)的靈活調(diào)整，滿足在旋采過程中的支護(hù)穩(wěn)定性需求，從而有效解決了傳統(tǒng)旋采過程中支架易傾倒和咬架的異常。

根據(jù)在井下的實(shí)際應(yīng)用，采用新的可視化監(jiān)控系統(tǒng)及支架姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，能夠?qū)⑿擅嫔系谋O(jiān)控人員數(shù)量由17人減少至7人，降低了41.2%，支架在支護(hù)過程中的支護(hù)異常率由最初的23.7%降低到了目前的0.74%，降低了96.9%，有效的提升了煤礦井下旋采面的支護(hù)安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)通過綜采工藝的優(yōu)化、降低井下異常率等措施，將井下“刀把”狀綜采面的綜采效率提升了41.7%，將煤炭回采率提升了29.4%，對(duì)提升煤礦井下的綜采安全性和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

4 結(jié)論

針對(duì)煤礦井下“刀把”狀綜采面綜采效率低、煤炭回采率低、安全性差的不足，提出了一種新的煤礦井下旋轉(zhuǎn)開采工藝，結(jié)合井下可視化監(jiān)測(cè)和支架自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)“刀把”狀作業(yè)面的可靠綜采，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）按1∶4的調(diào)斜比例進(jìn)行井下綜采面旋轉(zhuǎn)開采，能夠在確保綜采效率的情況下，有效提升井下的旋采作業(yè)安全性。

2）井下可視化監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下綜采面旋采過程的可靠監(jiān)控，將監(jiān)控人員數(shù)量降低41.2%。

3）液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)支架支護(hù)狀態(tài)的有效監(jiān)測(cè)和調(diào)整，將支架在支護(hù)過程中的異常率降低96.9%。

4）通過綜采工藝優(yōu)化、降低井下異常率等措施，能夠?qū)⒕隆暗栋选睜罹C采面的綜采效率提升41.7%，將煤炭回采率提升29.4%。