煤矿井下自动化综采技术的应用分析

陈 月

(铁法煤业(集团)有限责任公司大平煤矿，辽宁 调兵山 112700)

引 言

煤矿井下综采技术是煤矿安全生产的核心，综采技术的先进性直接决定了井下综采作业的效率和安全性。当前多半的煤矿在进行综采作业时通常选择放顶煤综采法、长臂综采法等，但在复杂地形条件下传统的综采方案存在综采流程复杂、支护效率低、人员多、安全性差等难题，无法满足越来越高的综采作业需求。

本文结合井下实际情况，提出了一个新的自动化综采工艺，将矸石充填采煤法和垮落法采煤等进行有机结合，从配套设备选型、综采面液压支架布置、综采工艺优化等方面入手，实现了煤矿井下综采作业技术的提升。根据实际应用表明，优化后的综采效率比优化前提高了27.2%，作业人员数量降低了9.6%，对改善井下采煤作业的经济性具有十分重要的价值。

1 综采面支架布置工艺

为了满足煤矿井下自动综采作业需求，对综采设备选择和综采面布置提出了特殊的需求，具体包括以下几个方面[1]：

1)液压支架结构布置。综采作业中需要进行采煤机截割状态的调整，因此液压支架在选择时应根据综采方法灵活选用，但在综采面上液压支架的类型应统一，保证在调节过程中支架运行控制的一致性，支护范围需要满足井下设备转运和人员通行需求。

2)支架推移步距。支架的移动步距一般分为0.6 m和0.8 m两类，移动步距越大会导致支架尺寸增加、结构重量增大、灵活性下降等，不利于井下复杂地形条件下的转运和调整，因此在选择时应根据井下实际情况选择，一般推荐选用0.6 m推移步距的支架。

3)过渡支架布置结构。由于在进行充填作业和垮落法作业时的支架结构不同，因此在两种综采面过渡结构处需要设置过渡支架进行过渡，过渡段的液压支架的长度一般为3个～6个支架的宽度，满足过渡区过渡安全性和效率的需求。

根据自动综采工艺需求，井下过渡区液压支架的布置结构分为齐平布置和阶梯式布置，如图1所示。

图1 过渡区液压支架布置结构简图

过渡区液压支架采用齐平式布置时，能够简化过渡区支架的结构，采用小尺寸的充填式液压支架即可满足过渡区布置需求，无需再增加支架类型。而当选择阶梯式布置结构时，虽然更有利于井下通风，但需要设计专用的过渡区支架，既增加了支架结构类型，又增加了支护成本，因此综合分析后确定在综采工作面过渡段使用齐平式支架布置结构。

2 自动综采工艺研究

根据综采作业要求，综采面的采煤工艺包括采煤机截割作业和煤矸石的填充作业两个关键工序，为了满足井下高速掘进的需求，采用了双向综采的方式，利用采煤机的前侧截割煤层顶板，利用采煤机的后侧滚筒截割煤层的底部，各液压支架的移架距离需和采煤机保持3组支架的宽度，刮板输送机的推移需要和采煤机保持约20 m的距离。在截割作业时，采煤机的进刀采用了斜切进刀方式[2]，能够保证采煤机在综采作业过程中的割煤时间和回采率。

在综采作业过程中，当综采设备处于综采面的端部时，在综采设备的机身位置还留有一段的煤炭，如图2a)所示。此时采煤机前后截割机构的位置，使前侧截割机构下降、后侧截割机构升起，使前侧截割机构沿着刮板输送机的弧线段触入煤层，采煤机后退，利用前侧侧截割机构割机身处的煤炭，直到全部割完为止，如图2b)所示。此时遗留一部分的三角煤，调整采煤机截割机构位置，对三角煤进行截割作业，如图2c)所示。待完成三角煤截割后，再次调整采煤机前后侧截割机构位置，进行正常截割作业，如图2d)所示[3]。

图2 截割作业流程

3 充填工艺研究

在综采工艺中，煤矸石的回填工作主要是利用支架后侧的多孔底卸式输送机完成的，在充填作业时煤矸石通过输送机传输到多空底卸式输送机上[4]，然后传输到需要填充的区域，当采煤机综采过20m后即可进行充填作业。

充填的方向一般是从底卸式输送机尾部向端部进行，填充时要先根据底卸式输送机的落料口的数量合理分组，一般每4个落料口为一组，当达到卸料位置时，打开指定位置的落料口进行卸料。当第一组的首个落料口处完成填充后再打开第二组的第一个落料口，当第一组的第二个落料口完成充填后再打开第二组的第二个落料口，如此循环进行，直到完成整个区段的充填作业，充填速度快、效率高，循环式充填作业流程，如图3所示。图中1～80表示落料口的编号。

图3 循环式充填作业流程

4 应用效果分析

该自动综采工艺已于2020年5月份投入应用，根据对应用情况进行分析，在综采作业时各支架的支护阻力显著小于传统支架的平均支护阻力，整个综采作业过程中未出现过压架情况，优化后的综采效率比优化前提高了27.2%，作业人员数量降低了9.6%，对提升综采面的综采经济性和安全性具有十分重要的价值。

5 结论

针对复杂煤层地质条件下采用传统综采技术方案所暴露的综采速度慢、经济性差的缺点，本文采用了一个新的自动化综采技术，以矸石充填和垮落法为核心，实现了复杂地形条件下的快速综采作业，根据实际应用表明：

a)过渡区液压支架应采用齐平布置结构，能够提高支架通用化程度，降低支护成本；

b)在截割作业时，采煤机的进刀采用了斜切进刀方式，能够保证采煤机在综采作业过程中的割煤时间和回采率。

c)在进行充填时，底卸式输送机尾部向端部循环进行，充填速度快效率高；

d)化后的综采效率比优化前提高了27.2%，作业人员数量降低了9.6%，对提升综采面的综采经济性具有十分重要的价值。