煤礦井下機(jī)械化綜采技術(shù)的應(yīng)用研究

郭遠(yuǎn)游

（山西省同煤集團(tuán)云崗礦，山西 大同037017）

煤炭作為一種重要的能源，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著重要的位置，隨著科技水平的不斷發(fā)展，煤礦井下綜采作業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步，綜采效率不斷提升，由于缺乏對聯(lián)動綜采技術(shù)的研究，雖然井下機(jī)械設(shè)備不斷增加，綜采作業(yè)效率取得了一定的提升，但是導(dǎo)致對機(jī)械設(shè)備拆除周期大幅增加，煤礦井下單位時間的煤炭綜采效率并未獲得顯著的提升，給煤礦井下的綜采作業(yè)經(jīng)濟(jì)性和安全性造成了較大的影響[1]。本文提出了一種機(jī)械化綜采技術(shù)方案，通過合理配置井下綜采機(jī)械設(shè)備的聯(lián)動運(yùn)行方式提升綜采作業(yè)的協(xié)調(diào)性，提升了綜采線體平衡率，通過合理選擇頂板支護(hù)方式實(shí)現(xiàn)在確保支護(hù)安全的前提下降低支護(hù)作業(yè)時間，通過合理設(shè)置各類機(jī)械設(shè)備的布局實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速拆除，根據(jù)在某礦的實(shí)際應(yīng)用表明通過采用井下機(jī)械化綜采技術(shù)方案能夠?qū)⒕C采面的綜采作業(yè)效率提升37.5%，對綜采設(shè)備的收撤速度提升了23.6%，極大地提升了煤礦井下作業(yè)的效率和安全性，具有較大的應(yīng)用推廣價值。

1 綜采面機(jī)械設(shè)備選型

本文以某礦井下綜采面為基礎(chǔ)，結(jié)合井下綜采面實(shí)際地質(zhì)條件和綜采作業(yè)需求進(jìn)行綜采方案的制定和綜采設(shè)備的選型，工作面采用雙向割煤，從頭尾斜切進(jìn)刀，往返一次割兩刀。機(jī)組最大截深0.63 m，采高2.5 m，考慮到放頂煤步距及頂煤回收率等因素，機(jī)組截深為0.5 m，采高2.5 m，放頂煤高度為3.0 m，采用邊割邊放工藝，每刀將所有頂煤全部放完（除過渡架）。

液壓支架選型，液壓支架選擇ZF4600/19/30型四柱支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架，其支護(hù)的最大高度為3 000 mm，液壓支架的支護(hù)寬度為1 500 mm，支護(hù)時的工作阻力約為4 500 kN，初撐力約為3 900 kN，支架工作時的支護(hù)強(qiáng)度約為0.8 MPa，對底板的比壓約為1.3 MPa，在井下能夠適應(yīng)的最大綜采面傾角為45°，采用鄰架液壓先導(dǎo)操作控制方式。

采煤機(jī)選型，采煤機(jī)選擇MG170/410-WD型采煤機(jī)，其工作時的綜采高度在1 500~3 000 mm之間，采煤機(jī)的裝機(jī)功率約為410 kW，截割滾筒的直徑為1 600 mm，工作截深為620 mm，最大牽引速度為7 000 mm/min，工作時的牽引力約為400 kN。

刮板輸送機(jī)選型，刮板輸送機(jī)選擇SGZ-764/500型，其裝機(jī)總功率約為500 kW，采用了16GSA-200型減速器，其工作時的傳動比約為1∶28，鏈速為1.15 m/s，刮板輸送機(jī)中部槽的尺寸為1 470 mm×712 mm，采用了整體焊接式的封底結(jié)構(gòu)，傳動鏈的最大破斷力可達(dá)1 528 kN，刮板之間的間距約為1 028 mm。

轉(zhuǎn)載機(jī)選型，轉(zhuǎn)載機(jī)采用SZZ-764/200型，工作時的額定輸送量為1 000 t/h，刮板鏈速為1.4 m/s，采用了伸縮機(jī)頭輔助緊鏈和閘盤緊鏈的雙重緊鏈方案，爬坡角度為10°，中部槽的規(guī)格為2 500 mm×700 mm，工作電壓為1 140 V。

對于井下綜采面的機(jī)械設(shè)備，為了提升協(xié)同作業(yè)的可靠性，對刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架進(jìn)行聯(lián)動運(yùn)行控制[2]，在協(xié)調(diào)運(yùn)行的過程中首先使刮板輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)行然后控制采煤機(jī)啟動綜采作業(yè)，在作業(yè)過程中自動對液壓支架的支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，控制不同范圍內(nèi)的液壓支架進(jìn)行移架等，在聯(lián)合控制運(yùn)行作用下井下綜采面的綜采作業(yè)效率可以提升37.5%以上，井下機(jī)械化綜采聯(lián)合控制原理如圖1所示。

圖1 煤礦井下機(jī)械化綜采聯(lián)動控制方案

2 綜采面機(jī)械設(shè)備的防滑方案

煤礦井下地質(zhì)條件較為復(fù)雜，液壓支架在支護(hù)過程中易發(fā)生滑移或者傾斜，不僅影響煤礦井下綜采作業(yè)的安全性，而且還導(dǎo)致需要重新調(diào)整支護(hù)，給井下的綜采作業(yè)效率也造成了較大的影響，在該井下機(jī)械化綜采技術(shù)方案中對液壓支架的防滑支護(hù)進(jìn)行了優(yōu)化。液壓支架支護(hù)時在支架的底座的前側(cè)增加一個調(diào)節(jié)千斤頂，該千斤頂和刮板輸送機(jī)端部相連接，實(shí)現(xiàn)液壓支架的刮板輸送機(jī)之間的相對位置的固定，同時可以抵消刮板輸送機(jī)要下滑時的下滑力[3]。為了進(jìn)一步增加對液壓支架的防滑效果，將1~3架作為一個固定的液壓支架，設(shè)置一個固定的千斤頂，使每組支架的下端頭保持穩(wěn)固，能夠?qū)崿F(xiàn)對液壓支架移位的一次性調(diào)節(jié)，確保支架工作時的初始的工作壓力大于25 MPa，在綜采作業(yè)過程中每前進(jìn)100 m對液壓支架支護(hù)組進(jìn)行一次加壓，嚴(yán)格控制支護(hù)高度和初撐力，該刮板輸送機(jī)和液壓支架的防滑移方案如圖2所示。

圖2 刮板輸送機(jī)和液壓支架的防滑移方案

3 綜采機(jī)械設(shè)備的快速收撤技術(shù)

煤礦井下綜采面的底板上分布著大量散落的煤炭顆粒和煤矸石，地面極為松散，因此在進(jìn)行綜采機(jī)械設(shè)備的拆除時需要降低收撤的速度，防止出現(xiàn)設(shè)備松動、滑落、傾倒或者是飛煤傷人的現(xiàn)象。為了解決井下綜采面設(shè)備拆卸時的飛煤傷人的難題，在該機(jī)械化綜采技術(shù)方案中提出了在綜采面設(shè)置1層防飛煤的金屬護(hù)網(wǎng)，從液壓支架前側(cè)支柱開始到煤壁上結(jié)束，該金屬網(wǎng)的上側(cè)鋪設(shè)一層風(fēng)筒布，且該風(fēng)筒布的尺寸應(yīng)保證能夠超出底板并利用阻燃編織袋壓到風(fēng)筒布上，其設(shè)置方式如圖3所示[4]。

圖3 防飛煤金屬護(hù)網(wǎng)布置結(jié)構(gòu)示意圖

針對在收撤作業(yè)過程中液壓支架易松動、滑落、傾倒，導(dǎo)致無法快速實(shí)施收撤的情況，提出了采用兩部絞車聯(lián)合作業(yè)對液壓支架進(jìn)行收撤的工藝方案，將其中一部絞車作為主繩，把掛鉤的端部掛在液壓支架的站板上，另一部絞車則可以作為防止液壓支架松動、滑落的的機(jī)構(gòu)，對收撤作業(yè)過程中液壓支架的的穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)整，防止出現(xiàn)滑落[5]，如圖4所示，圖中6、7表示絞車。

圖4 液壓支架防倒滑聯(lián)合控制方案

通過上述的防止飛煤傷人和防止液壓支架收撤過程中滑落的方案，在收撤作業(yè)過程中能夠快速的將對設(shè)備進(jìn)行拆卸和轉(zhuǎn)移，收撤速度比優(yōu)化前提升了約23.6%，同時收撤作業(yè)過程中設(shè)備的穩(wěn)定性也得到了極大的提升。

4 結(jié)論

針對煤礦井下綜采作業(yè)分布混亂、無法充分提升綜采作業(yè)效率的現(xiàn)狀，本文提出了一種新的井下機(jī)械化綜采技術(shù)，合理的對各類綜采設(shè)備進(jìn)行排布和聯(lián)動作業(yè)，通過煤礦井下機(jī)械化綜采聯(lián)動控制方案實(shí)行了對采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架的聯(lián)合運(yùn)行控制，將煤礦井下的綜采作業(yè)效率提升了37.5%以上，同時通過對液壓支架防滑方案和綜采機(jī)械設(shè)備快速收撤技術(shù)方案的研究將井下綜采設(shè)備的收撤速度比優(yōu)化前提升了約23.6%。