毛玉龍

（同煤集團(tuán)馬脊梁礦， 山西 大同 037001）

目前多數(shù)煤礦綜采作業(yè)過程中，均是通過大量的人工控制井下綜采面的采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)的運行來滿足井下綜采作業(yè)需求。由于煤礦井下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，大量人員在綜采面作業(yè)不僅容易產(chǎn)生人員傷亡事故而且也容易使作業(yè)人員患“塵肺病”等職業(yè)疾病，給綜采作業(yè)安全帶來了嚴(yán)重的隱患。因此從提升綜采作業(yè)效率、綜采作業(yè)經(jīng)濟(jì)性及人員健康方面，各煤炭生產(chǎn)企業(yè)均在無人化綜采作業(yè)方面進(jìn)行了大量的努力。在前人研究的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合煤礦井下實際情況，提出了一種新的礦井下無人綜采技術(shù)方案，通過采用大采高綜采面的防片幫自動化控制方案、綜采面底板的自動控制方案、煤礦井下高效自動化降塵技術(shù)等實現(xiàn)了綜采面的無人化作業(yè)，該無人化綜采技術(shù)方案的提出，為實現(xiàn)煤礦井下無人化智能綜采奠定了堅實的基礎(chǔ)，具有極大的應(yīng)用推廣價值。

1 大采高綜采面的防片幫自動化控制方案

當(dāng)在煤礦井下綜采面采用自動化綜采作業(yè)時，采煤機(jī)的整體工作效率較高而且沒有專門的人工進(jìn)行修正處理，煤壁被切割時，由于存在著應(yīng)力路徑效應(yīng)，因此采煤機(jī)將煤炭從煤壁上分裂出來時，煤壁片幫會經(jīng)過滑移失穩(wěn)和拉裂破壞兩個階段[1]。根據(jù)煤炭剝離時的力學(xué)模型，可得出截齒截割作業(yè)時煤炭的剝離深度、直徑與煤層強(qiáng)度之間的相互關(guān)系可以推斷出煤壁在發(fā)生片幫時可以分為三個不同的階段，根據(jù)每個階段的不同特點制定了不同的控制方案，第一個階段是煤體的拉裂階段，在該階段可利用對液壓支架的初撐力的監(jiān)測、間斷性的連續(xù)補(bǔ)壓的方案來實現(xiàn)降低頂板的下沉量。第二個階段是煤壁的滑移失穩(wěn)階段，在該階段可采用壓力傳感器對護(hù)幫板的壓力進(jìn)行監(jiān)測，確保其保持持續(xù)的護(hù)幫力。第三個階段是煤壁的片幫階段，在該階段主要采用液壓支架自動跟進(jìn)工藝確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

液壓支架的自動跟機(jī)工藝主要是利用位移傳感器、視頻監(jiān)控等實現(xiàn)對液壓支架和采煤機(jī)之間相對位置關(guān)系的確定，根據(jù)采煤機(jī)的運行狀態(tài)來控制不同區(qū)域液壓支架護(hù)幫板的收放，煤礦進(jìn)行液壓支架自動跟機(jī)工藝流程如圖1 所示[2]。

圖1 液壓支架自動跟機(jī)工藝流程示意圖

該弱底板條件下的液壓支架自動跟機(jī)工藝流程主要是融合了人工記憶學(xué)習(xí)方案，同時在該控制系統(tǒng)中還增加了模擬人工操作控制系統(tǒng)，將液壓支架在不同硬度底板條件下的移架停頓時間、初撐力、降柱動作等進(jìn)行編程固化，優(yōu)化了在跟機(jī)過程中液壓支架的移架、支護(hù)及與采煤機(jī)的配合工藝，有效地解決了液壓支架在弱底板條件下的自動支護(hù)可靠性問題。

2 綜采面底板的自動控制方案

由于煤礦井下綜采面底板的硬度不一，會對綜采面液壓支架的支護(hù)產(chǎn)生較大的影響，因此為了確保支護(hù)安全，需要在支護(hù)前對支護(hù)區(qū)域內(nèi)的底板狀態(tài)進(jìn)行分析，對不同底板硬度調(diào)節(jié)下的支護(hù)需求，可通過反復(fù)調(diào)整液壓支架的支護(hù)狀態(tài)來進(jìn)行調(diào)和記錄[3]，在自動化跟機(jī)支護(hù)過程中根據(jù)記錄情況完成跟機(jī)工藝流程的處理，底板硬度較弱情況下的自動控制方案如圖2 所示。

圖2 弱底板條件下的液壓支架支護(hù)方案

3 煤礦井下高效自動化降塵技術(shù)

井下綜采面在作業(yè)過程中會產(chǎn)生極大的粉塵，給煤礦井下綜采作業(yè)效率和作業(yè)安全帶來較大的隱患，為了適應(yīng)無人綜采作業(yè)情況下的降塵需求，提出了煤礦井下高效自動化降塵技術(shù)方案[4]。該方案中設(shè)置了一個高壓除塵裝置，能夠?qū)⒁后w轉(zhuǎn)換為10~15 MPa 的高壓水，通過設(shè)置在采煤機(jī)搖臂上的水管和旋流霧化噴嘴結(jié)構(gòu)噴出水霧，水霧內(nèi)水滴的顆粒直徑約為80 μm 的顆粒，有效的降塵半徑可達(dá)4.5 m，具有射程遠(yuǎn)、抗強(qiáng)風(fēng)能力強(qiáng)的特點，該新型的煤礦井下高效自動降塵裝置結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 煤礦井下自動降塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

該自動降塵裝置在綜采作業(yè)過程中，噴霧通過設(shè)置在截割機(jī)構(gòu)上的霧化噴嘴向截割區(qū)域噴射出降塵，形成一個濕式的截割，通過噴霧將顆粒粘合下來，形成有效的沉降，根據(jù)實際驗證表明采用該自動噴霧降塵裝置后對綜采作業(yè)過程中的呼吸性粉塵的沉降效率可達(dá)95%左右，而且能夠滿足高效自動化綜采作業(yè)過程中的需求，提升煤礦井下綜采作業(yè)安全。

4 結(jié)論

為了提升煤礦井下綜采作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)性，提升綜采作業(yè)安全，提出了一種煤礦井下無人綜采技術(shù)方案，通過采用大采高綜采面的防片幫自動化控制方案、綜采面底板的自動控制方案、煤礦井下高效自動化降塵技術(shù)等實現(xiàn)了綜采面的無人化作業(yè)，極大的提升了煤礦井下綜采作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)實際分析表明：

1）大采高綜采面的防片幫自動化控制方案，利用位移傳感器、視頻監(jiān)控等實現(xiàn)對液壓支架和采煤機(jī)之間相對位置關(guān)系的確定，根據(jù)采煤機(jī)的運行狀態(tài)來控制不同區(qū)域液壓支架護(hù)幫板的收放。

2）綜采面底板的自動控制技術(shù)，能夠根據(jù)底板硬度情況，自動調(diào)整液壓支架的支護(hù)狀態(tài)，滿足安全支護(hù)的需求。

3）煤礦井下高效自動降塵技術(shù)，能滿足高綜采率條件下的高效降塵需求，其對綜采作業(yè)過程中的呼吸性粉塵的沉降效率可達(dá)95%左右，極大地提升了井下綜采作業(yè)的安全性。