采煤机和液压支架联动的自动防护装置的分析与应用

杨 涛

（晋能控股煤业集团机电管理部，山西 大同 037000）

1 燕子山矿工程现状

综采工作面在回采过程中，当采煤机割煤至距离工作面上下口一定距离时，为了防止采煤机和上下口端头支架对工作面煤壁附近的人员造成机械伤害，通常都会在运输巷和回风巷距离工作面煤壁30 m的范围内设置警戒线来防止人员进入该危险区域。晋能控股煤业集团燕子山矿主要是通过上下口工作人员肉眼来判断采煤机的具体位置，并以此为依据判断是否需要设置警戒。但由于回采工作中粉尘量巨大，工作面上下口能见度差，肉眼观察的手段准确性较低，同时工作人员为了观察必须站在上下口位置处，而在能见度较差的工作环境中，常常因拉移支架人员未观察到上下口处有人便拉移端头支架，造成了多起伤害事件。针对通过人工肉眼观察确立警戒线准确性较低的问题，必须进行进一步的优化改进。

2 采煤机和液压支架联动自动防护装置的分析

2.1 结构分析

对于人工肉眼观察确立警戒线准确性较低的问题，针对性地提出了一种基于采煤机和液压支架联动自动防护装置，该装置结构如图1 所示，装置主要包括红外线传感器、声光报警器、无线传感器等部件。

图1 自动防护装置结构示意图

该采煤机和液压支架联动的自动防护装置主要包括控制器、第一防护单元和第二防护单元连接三大结构。

第一防护单元包括：红外线传感器A、红外线传感器B、红外线传感器C、红外线传感器D 及第一声光报警器、第二声光报警器，均与控制器连接。红外线传感器A，设置于工作面液压支架上，距离回风巷与工作面交接处30 m；红外线传感器B，设置于工作面液压支架上，距离运输巷与工作面交接处30 m；红外线传感器C，设置于回风巷的巷帮上，距离工作面上端头液压支架30 m；第一声光报警器，设置于红外线传感器C 靠近上端头液压支架一侧；红外线传感器D，设置于运输巷的巷帮上，距离工作面下端头液压支架30 m；第二声光报警器，设置于红外线传感器D 靠近下端头液压支架一侧。

第二防护单元包括：红外线传感器E、红外线传感器F、第一无线传感器、第二无线传感器及第三无线传感器，均与控制器连接；其中，红外线传感器E，设置于回风巷的巷帮上，距离工作面上端头液压支架15 m；红外线传感器F，设置于运输巷的巷帮上，距离工作面下端头液压支架15 m；第一无线传感器，设置于采煤机上并与其控制线路相连；第二无线传感器，设置于上端头液压支架上并与其控制线路相连；第三无线传感器，设置于下端头液压支架上并与其控制线路相连。

2.2 工作原理

通过设置第一防护单元，当采煤机上行被红外线传感器A 监测到时，发送信号给控制器，控制器控制距离工作面上端头液压支架30 m 处的红外线传感器C 打开红外警戒线，当有人闯入回风巷内红外线传感器C 发出的警戒线时，控制器控制第一声光报警器发出声光警报。

当采煤机下行被红外线传感器B 监测到时，传感器B 发送信号给控制器，控制器控制距离工作面下端头液压支架30 m 处的红外线传感器D 打开红外警戒线，当有人闯入运输巷内红外线传感器D 发出的警戒线时，控制器控制第二声光报警器发出声光警报。

通过设置第二防护单元，当闯入回风巷内红外线传感器C 发出的警戒线内的人不听第一声光报警器的劝阻，继续前行，被距离工作面上端头液压支架15 m 处的红外线传感器E 监测到时，红外线传感器E 发送信号给控制器，控制器立刻发送信号给第一无线传感器和第二无线传感器，闭锁采煤机和上端头液压支架，防止采煤机和上端头液压支架对闯入人员造成伤害。

当闯入运输巷内红外线传感器D 发出的警戒线内的人不听第二声光报警器的劝阻，继续前行，被距离工作面下端头液压支架15 m 处的红外线传感器F 监测到时，红外线传感器F 发送信号给控制器，控制器立刻发送信号给第一无线传感器和第三无线传感器，闭锁采煤机和下端头液压支架，防止采煤机和下端头液压支架对闯入人员造成伤害。

2.3 特点分析

该基于采煤机和液压支架联动自动防护装置通过设置第一防护单元，无需人工即可在采煤机上行或下行至需要警戒的范围时，打开红外警戒线，并对闯入风险区域的人进行报警提醒，当闯入人员忽视报警，继续向前行进至更危险的区域时，通过第二防护单元主动关闭采煤机、上端头液压支架或下端头液压支架，以免对闯入人员造成伤害，减少了人员工作量，提高了作业准确度和安全性。

3 采煤机和液压支架联动自动防护装置的工业性试验

3.1 燕子山矿8901 工作面概况

晋能控股煤业集团燕子山矿位于山西省大同市云冈区高山镇，井田东西长4.03 km，南北宽3.5 km，面积18.1 km2，工业储量为12 617 万，设计生产能力480 万t/a。该煤矿开拓方式：主斜副立；井筒数量：10个；开采水平：+1 035 m，+885 m，+825 m；现采煤层：山4 号层，C3 号层，C5 号层；采煤工艺：综采放顶煤；瓦斯等级：低瓦斯；水文地质类型：中等；自燃倾向性：自燃。燕子山矿8901 综采工作面回采设备主要为MG650 1630—WD 型双滚筒采煤机割煤，SGZ-1000/2×855 型前、后部刮板输送运煤，ZF-13000/25/38 型液压支架、ZFG-13000/27.5/42 型过渡支架和ZTZ-20000/27.5/42 型端头支架管理顶板。该面采高为3.5 m，放煤厚度7.13 m，采放比为1∶2.04，按一刀一放三轮间隔顺序放煤的正规循环进行作业，循环进度、放煤步距均为0.8 m，直到工作面停采线前56 m。停采线前56 m 到停采线，只割煤不放煤。顶板管理采用自然跨落法。

3.2 工业性试验及效果分析

将采煤机和液压支架联动的自动防护装置安装在燕子山矿8901 综采工作面MG650 1630—WD 型双滚筒采煤机和ZF-13000/25/38 型液压支架上并进行了调试应用。从实际应用效果来看，自动防护装置工作稳定，能对进入采煤机需要警戒区域的人员进行报警提醒，当闯入人员进到更危险区域内后，系统会关闭采煤机及液压支架，自动保护装置效果理想。保护装置应用后，8901 综采工作面井口附近回采期间无一起因人员闯入导致安全事故发生，安全性能较好。减少了人工作业环节，预警准确度和安全性得到了有效提高，为企业创造了较好的经济效益。