梁玉柱

（貴州盤江精煤股份有限公司，貴州 盤州 553534）

山腳樹礦1103 綜采面緊鄰已采空區(qū)，南側為軌道運輸巷。綜采面的走向長度為751 m，綜采面的可開采面積約為927 394 m2，是一種典型的梯形結構的綜采面。該綜采面主要用于采4#煤層，各個煤層賦存條件相對穩(wěn)定。煤層的平均厚度約3.11 m，煤層內含有兩層夾矸，夾矸層的平均厚度約為0.24 m，煤層的平均傾角約為5.1°。該綜采面勘探的煤炭可采儲量約為27.6 萬t，煤層的硬度系數(shù)為2.5，整個綜采面上的地質條件相對簡單，為典型的褶皺構造截割，處于帶壓開采區(qū)域。采用傳統(tǒng)的人工作業(yè)方案時巷道布置效率低下、可靠性差，并且井下各機械設備的聯(lián)動運行效果差，無法實現(xiàn)自動化綜采，因此本文提出了新的煤礦井下自動化綜采技術方案。

1 回采巷支護結構設計

1103 綜采面和1101 綜采面為相互鄰近的綜采作業(yè)區(qū)域，1103 為正常綜采作業(yè)區(qū)域，1101 為回采采空區(qū)域。為了滿足自動化綜采作業(yè)的支護需求，根據井下的模擬實踐，決定當1103 綜采面正常推進到后側區(qū)域時，在1101 綜采面開始采用沿空留巷并在兩個綜采面之間設置一個寬度不小于17m 的煤柱支護體，在巷道內采用5×5 的矩形錨桿支護結構[1]。各排錨桿之間的距離為800 mm，輔助的錨索支護則采用2×2 的矩形錨索支護結構，錨索之間的距離為1200×3000 mm。井下錨固結構如圖1（a）所示。

在井下1103 巷道進行超前支護時，用3200 mm型鋼配合單體液壓支架進行支護。型鋼設置時需要設置到相鄰近的巷道的中間位置，架設型鋼時要確保型鋼的穩(wěn)定性，避免發(fā)生傾倒，布置時需要超前綜采面20 m，支護體的棚間距設置為800 mm，支護體的排距設置為1000 mm。支護結構如圖1（b）所示[2]。

圖1 井下回采巷支護結構示意圖

2 井下自動化綜采實施方案

根據1103 綜采面實際情況，選擇了能夠適應大傾角地形的采煤機。為了適應井下大傾角的復雜環(huán)境，將采煤機的銷軌間距由最初的120 mm 增加到170 mm，同時增加采煤機行走輪的模數(shù)，增強其結構強度，滿足復雜地形環(huán)境下高可靠性的需求。

為了改變傳統(tǒng)采用人工監(jiān)測采煤機截割路徑和截割高度所帶來的位置控制精確性差、易出現(xiàn)接觸觸頂事故的現(xiàn)象，在該自動化綜采方案中采用了采煤機智能截割控制系統(tǒng)[3]，實現(xiàn)對采煤機截割路徑和軌跡的智能化控制。為了保證采煤機、液壓支架和刮板輸送機之間的聯(lián)動運行，在該井下自動綜采方案中引入了自動化綜采控制系統(tǒng)，將綜采面的各類機械設備構成一個聯(lián)動運行的控制整體[4]。系統(tǒng)首先控制采煤機進行空轉，當轉速穩(wěn)定后進行噴霧降塵作業(yè)，然后控制采煤機安裝既定的截割控制邏輯進行自動截割控制，將采煤機運行時的進給速度曲線等傳遞給綜合控制中心，控制中心根據采煤機運行狀態(tài)信號控制相應區(qū)域內的液壓支架進行收放護幫板、移架、推溜等作業(yè)，實現(xiàn)液壓支架的跟機自動化運行控制。同時系統(tǒng)對刮板輸送機上的物料負載信息進行不間斷監(jiān)測，當負載過小時會將控制信號反饋給自動綜采控制系統(tǒng)，適當加大采煤機的綜采作業(yè)速度，提高煤炭產量，當負載過大時則會降低采煤機的綜采作業(yè)速度，降低煤炭的產量，確保刮板輸送機上的物料負載的一致性。該煤礦井下自動化綜采控制系統(tǒng)結構如圖2 所示[5]。

圖2 山腳樹礦井下自動化綜采控制系統(tǒng)結構示意圖

3 應用效果分析

該自動化綜采技術方案開始應用時存在一定的協(xié)調不順的問題，針對異常原因進行排查后發(fā)現(xiàn)是由于傳統(tǒng)綜采技術方案不適應自動化綜采技術的工藝流程導致的。因此技改小組對井下的綜采工藝流程進行了優(yōu)化，提出了三角割煤工藝方案，對綜采面端部采用三角割煤工藝法，實現(xiàn)了自動化綜采技術方案下巷道端部煤炭的截割完整性。截割時從頂板中線位置進刀，每刀的進刀深度約為0.4 m，每6刀一個循環(huán)。

自2019 年3 月完成平穩(wěn)聯(lián)動運行后，該綜采面已投入了連續(xù)正常運轉。在該自動化綜采技術方案的支持下，綜采面的煤炭產量從最初的1.9 萬t/月，增加到了目前的2.82 萬t/月，比優(yōu)化前增加了48.4%，且綜采面上同時工作的人員數(shù)量比優(yōu)化前降低了約63%。自該項目投入應用以來，未出現(xiàn)過因自動化設備聯(lián)動運行或者巷道支護不穩(wěn)而導致的綜采停產或者其他安全事故，極大地提升了山腳樹礦1103 綜采面的綜采自動化程度和經濟性。

4 結論

為了提升山腳樹礦井下綜采作業(yè)的效率和經濟性，組織對1103 綜采面進行了自動化綜采改造，重點對綜采巷道布置方案、自動化綜采實施方案、自動化綜采效果等進行了分析，根據實際應用表明：

（1）在1103 綜采面采用井下巷道錨固支護結構和井下超前支護結構，具有支護穩(wěn)定性高、操作簡單、支護安全性好的優(yōu)點，能夠滿足自動化綜采所要求的快速、安全支護需求。

（2）自動化綜采控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對綜采面各自動化機械設備的聯(lián)動運行控制，滿足在各種條件下的自動化綜采作業(yè)需求。

（3）該自動化綜采技術方案使1103 綜采面的煤炭產量從最初的1.9 萬t/月，增加到了目前的2.82萬t/月，比優(yōu)化前增加了48.4%，且綜采面上同時工作的人員數(shù)量比優(yōu)化前降低了約63%。