煤矿井下机械化综采技术的应用研究

郭远游

（山西省同煤集团云岗矿，山西 大同037017）

煤炭作为一种重要的能源，在国民经济发展中占据着重要的位置，随着科技水平的不断发展，煤矿井下综采作业技术不断进步，综采效率不断提升，由于缺乏对联动综采技术的研究，虽然井下机械设备不断增加，综采作业效率取得了一定的提升，但是导致对机械设备拆除周期大幅增加，煤矿井下单位时间的煤炭综采效率并未获得显著的提升，给煤矿井下的综采作业经济性和安全性造成了较大的影响[1]。本文提出了一种机械化综采技术方案，通过合理配置井下综采机械设备的联动运行方式提升综采作业的协调性，提升了综采线体平衡率，通过合理选择顶板支护方式实现在确保支护安全的前提下降低支护作业时间，通过合理设置各类机械设备的布局实现设备的快速拆除，根据在某矿的实际应用表明通过采用井下机械化综采技术方案能够将综采面的综采作业效率提升37.5%，对综采设备的收撤速度提升了23.6%，极大地提升了煤矿井下作业的效率和安全性，具有较大的应用推广价值。

1 综采面机械设备选型

本文以某矿井下综采面为基础，结合井下综采面实际地质条件和综采作业需求进行综采方案的制定和综采设备的选型，工作面采用双向割煤，从头尾斜切进刀，往返一次割两刀。机组最大截深0.63 m，采高2.5 m，考虑到放顶煤步距及顶煤回收率等因素，机组截深为0.5 m，采高2.5 m，放顶煤高度为3.0 m，采用边割边放工艺，每刀将所有顶煤全部放完（除过渡架）。

液压支架选型，液压支架选择ZF4600/19/30型四柱支撑掩护式放顶煤液压支架，其支护的最大高度为3 000 mm，液压支架的支护宽度为1 500 mm，支护时的工作阻力约为4 500 kN，初撑力约为3 900 kN，支架工作时的支护强度约为0.8 MPa，对底板的比压约为1.3 MPa，在井下能够适应的最大综采面倾角为45°，采用邻架液压先导操作控制方式。

采煤机选型，采煤机选择MG170/410-WD型采煤机，其工作时的综采高度在1 500~3 000 mm之间，采煤机的装机功率约为410 kW，截割滚筒的直径为1 600 mm，工作截深为620 mm，最大牵引速度为7 000 mm/min，工作时的牵引力约为400 kN。

刮板输送机选型，刮板输送机选择SGZ-764/500型，其装机总功率约为500 kW，采用了16GSA-200型减速器，其工作时的传动比约为1∶28，链速为1.15 m/s，刮板输送机中部槽的尺寸为1 470 mm×712 mm，采用了整体焊接式的封底结构，传动链的最大破断力可达1 528 kN，刮板之间的间距约为1 028 mm。

转载机选型，转载机采用SZZ-764/200型，工作时的额定输送量为1 000 t/h，刮板链速为1.4 m/s，采用了伸缩机头辅助紧链和闸盘紧链的双重紧链方案，爬坡角度为10°，中部槽的规格为2 500 mm×700 mm，工作电压为1 140 V。

对于井下综采面的机械设备，为了提升协同作业的可靠性，对刮板输送机、采煤机、液压支架进行联动运行控制[2]，在协调运行的过程中首先使刮板输送机进行运行然后控制采煤机启动综采作业，在作业过程中自动对液压支架的支护状态进行调整，控制不同范围内的液压支架进行移架等，在联合控制运行作用下井下综采面的综采作业效率可以提升37.5%以上，井下机械化综采联合控制原理如图1所示。

图1 煤矿井下机械化综采联动控制方案

2 综采面机械设备的防滑方案

煤矿井下地质条件较为复杂，液压支架在支护过程中易发生滑移或者倾斜，不仅影响煤矿井下综采作业的安全性，而且还导致需要重新调整支护，给井下的综采作业效率也造成了较大的影响，在该井下机械化综采技术方案中对液压支架的防滑支护进行了优化。液压支架支护时在支架的底座的前侧增加一个调节千斤顶，该千斤顶和刮板输送机端部相连接，实现液压支架的刮板输送机之间的相对位置的固定，同时可以抵消刮板输送机要下滑时的下滑力[3]。为了进一步增加对液压支架的防滑效果，将1~3架作为一个固定的液压支架，设置一个固定的千斤顶，使每组支架的下端头保持稳固，能够实现对液压支架移位的一次性调节，确保支架工作时的初始的工作压力大于25 MPa，在综采作业过程中每前进100 m对液压支架支护组进行一次加压，严格控制支护高度和初撑力，该刮板输送机和液压支架的防滑移方案如图2所示。

图2 刮板输送机和液压支架的防滑移方案

3 综采机械设备的快速收撤技术

煤矿井下综采面的底板上分布着大量散落的煤炭颗粒和煤矸石，地面极为松散，因此在进行综采机械设备的拆除时需要降低收撤的速度，防止出现设备松动、滑落、倾倒或者是飞煤伤人的现象。为了解决井下综采面设备拆卸时的飞煤伤人的难题，在该机械化综采技术方案中提出了在综采面设置1层防飞煤的金属护网，从液压支架前侧支柱开始到煤壁上结束，该金属网的上侧铺设一层风筒布，且该风筒布的尺寸应保证能够超出底板并利用阻燃编织袋压到风筒布上，其设置方式如图3所示[4]。

图3 防飞煤金属护网布置结构示意图

针对在收撤作业过程中液压支架易松动、滑落、倾倒，导致无法快速实施收撤的情况，提出了采用两部绞车联合作业对液压支架进行收撤的工艺方案，将其中一部绞车作为主绳，把挂钩的端部挂在液压支架的站板上，另一部绞车则可以作为防止液压支架松动、滑落的的机构，对收撤作业过程中液压支架的的稳定性进行调整，防止出现滑落[5]，如图4所示，图中6、7表示绞车。

图4 液压支架防倒滑联合控制方案

通过上述的防止飞煤伤人和防止液压支架收撤过程中滑落的方案，在收撤作业过程中能够快速的将对设备进行拆卸和转移，收撤速度比优化前提升了约23.6%，同时收撤作业过程中设备的稳定性也得到了极大的提升。

4 结论

针对煤矿井下综采作业分布混乱、无法充分提升综采作业效率的现状，本文提出了一种新的井下机械化综采技术，合理的对各类综采设备进行排布和联动作业，通过煤矿井下机械化综采联动控制方案实行了对采煤机、刮板输送机、液压支架的联合运行控制，将煤矿井下的综采作业效率提升了37.5%以上，同时通过对液压支架防滑方案和综采机械设备快速收撤技术方案的研究将井下综采设备的收撤速度比优化前提升了约23.6%。