山脚树矿井下自动化综采技术方案的应用研究.pdf

1412020 年第 9 期 梁玉柱山脚树矿井下自动化综采技术方案的应用研究 收稿日期 2020-02-26 作者简介 梁玉柱（1968），男，贵州遵义县人，1990 年 7 月 毕业于贵州工学院，本科，高级工程师，现任贵州盘江精煤股份 有限公司副总经理。 机械电气与自动化 山脚树矿井下自动化综采技术方案的应用研究 梁玉柱 （贵州盘江精煤股份有限公司，贵州 盘州 553534） 摘 要 为了提升山脚树矿井下综采作业的效率和经济性，重点对综采巷道布置方案、自动化综采实施方案、自动化综 采效果等进行了分析，该自动化综采技术方案投入应用以来，井下综采作业效率比优化前提升了 48.4 以上，综采作业人 员比优化前降低了 63，显著提升了井下综采作业的安全性和效率。 关键词 自动化综采 巷道布置 综采流程 中图分类号 TD823.97 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.09.052 Study on the Application of Automatic Fully Mechanized Mining Scheme in Shanjiaoshu Mine Liang Yuzhu Guizhou Panjiang Clean Coal Co., Ltd., Guizhou Panzhou 553534 Abstract In order to improve the efficiency and economy of fully mechanized mining operation in Shanjiaoshu Mine, the layout scheme of fully mechanized mining roadway, the implementation scheme of automatic comprehensive mining and the effect of automatic comprehensive mining are analyzed. Since the automatic comprehensive mining technology scheme is put into application, the underground fully mechanized mining operation efficiency has increased by 48.4 compared with that before optimization, and the fully mechanized mining operation personnel has decreased by 63 compared with that before optimization, which significantly improves the well safety and efficiency of fully mechanized mining operation. Key words automatic fully mechanized mining roadway layout fully mechanized mining process 山脚树矿 1103 综采面紧邻已采空区，南侧为 轨道运输巷。综采面的走向长度为 751 m，综采面 的可开采面积约为 927 394 m2，是一种典型的梯 形结构的综采面。该综采面主要用于采 4煤层， 各个煤层赋存条件相对稳定。煤层的平均厚度约 3.11 m，煤层内含有两层夹矸，夹矸层的平均厚度 约为 0.24 m，煤层的平均倾角约为 5.1。该综采 面勘探的煤炭可采储量约为 27.6 万 t，煤层的硬度 系数为 2.5，整个综采面上的地质条件相对简单， 为典型的褶皱构造截割，处于带压开采区域。采 用传统的人工作业方案时巷道布置效率低下、可 靠性差，并且井下各机械设备的联动运行效果差， 无法实现自动化综采，因此本文提出了新的煤矿 井下自动化综采技术方案。 1 回采巷支护结构设计 1103 综采面和 1101 综采面为相互邻近的综采 作业区域，1103 为正常综采作业区域，1101 为回采 采空区域。为了满足自动化综采作业的支护需求， 根据井下的模拟实践，决定当 1103 综采面正常推 进到后侧区域时，在 1101 综采面开始采用沿空留 巷并在两个综采面之间设置一个宽度不小于 17m 的 煤柱支护体，在巷道内采用 55 的矩形锚杆支护 结构 [1]。各排锚杆之间的距离为 800 mm，辅助的 锚索支护则采用 22 的矩形锚索支护结构，锚索 之间的距离为 12003000 mm。井下锚固结构如图 1（a）所示。 在井下 1103 巷道进行超前支护时，用 3200 mm 型钢配合单体液压支架进行支护。型钢设置时需要 设置到相邻近的巷道的中间位置，架设型钢时要确 保型钢的稳定性，避免发生倾倒，布置时需要超前 综采面 20 m，支护体的棚间距设置为 800 mm，支 梁玉柱山脚树矿井下自动化综采技术方案的应用研究 1422020 年第 9 期 护体的排距设置为 1000 mm。支护结构如图 1（b） 所示 [2]。 （a）井下巷道锚固支护结构示意图 （b）井下超前支护结构示意图 图 1 井下回采巷支护结构示意图 2 井下自动化综采实施方案 根据 1103 综采面实际情况，选择了能够适应大 倾角地形的采煤机。为了适应井下大倾角的复杂环 境，将采煤机的销轨间距由最初的 120 mm 增加到 170 mm，同时增加采煤机行走轮的模数，增强其结 构强度，满足复杂地形环境下高可靠性的需求。 为了改变传统采用人工监测采煤机截割路径和 截割高度所带来的位置控制精确性差、易出现接触 触顶事故的现象，在该自动化综采方案中采用了采 煤机智能截割控制系统 [3]，实现对采煤机截割路径 和轨迹的智能化控制。为了保证采煤机、液压支架 和刮板输送机之间的联动运行，在该井下自动综采 方案中引入了自动化综采控制系统，将综采面的各 类机械设备构成一个联动运行的控制整体 [4]。系统 首先控制采煤机进行空转，当转速稳定后进行喷雾 降尘作业，然后控制采煤机安装既定的截割控制逻 辑进行自动截割控制，将采煤机运行时的进给速度 曲线等传递给综合控制中心，控制中心根据采煤机 运行状态信号控制相应区域内的液压支架进行收放 护帮板、移架、推溜等作业，实现液压支架的跟机 自动化运行控制。同时系统对刮板输送机上的物料 负载信息进行不间断监测，当负载过小时会将控制 信号反馈给自动综采控制系统，适当加大采煤机的 综采作业速度，提高煤炭产量，当负载过大时则会 降低采煤机的综采作业速度，降低煤炭的产量，确 保刮板输送机上的物料负载的一致性。该煤矿井下 自动化综采控制系统结构如图 2 所示 [5]。 图 2 山脚树矿井下自动化综采控制系统结构示意图 3 应用效果分析 该自动化综采技术方案开始应用时存在一定的 协调不顺的问题，针对异常原因进行排查后发现是 由于传统综采技术方案不适应自动化综采技术的工 艺流程导致的。因此技改小组对井下的综采工艺流 程进行了优化，提出了三角割煤工艺方案，对综采 面端部采用三角割煤工艺法，实现了自动化综采技 术方案下巷道端部煤炭的截割完整性。截割时从顶 板中线位置进刀，每刀的进刀深度约为 0.4 m，每 6 刀一个循环。 自 2019 年 3 月完成平稳联动运行后，该综采 面已投入了连续正常运转。在该自动化综采技术方 案的支持下，综采面的煤炭产量从最初的 1.9 万 t/ 月，增加到了目前的 2.82 万 t/ 月，比优化前增加了 48.4，且综采面上同时工作的人员数量比优化前 降低了约 63。自该项目投入应用以来，未出现过 因自动化设备联动运行或者巷道支护不稳而导致的 综采停产或者其他安全事故，极大地提升了山脚树 矿 1103 综采面的综采自动化程度和经济性。 4 结论 为了提升山脚树矿井下综采作业的效率和经济 性，组织对 1103 综采面进行了自动化综采改造， 重点对综采巷道布置方案、自动化综采实施方案、 自动化综采效果等进行了分析， 根据实际应用表明 （1）在 1103 综采面采用井下巷道锚固支护结 构和井下超前支护结构，具有支护稳定性高、操作 简单、支护安全性好的优点，能够满足自动化综采 所要求的快速、安全支护需求。 （2）自动化综采控制系统能够实现对综采面 各自动化机械设备的联动运行控制，满足在各种条 （下转第 153 页） 1532020 年第 9 期 刘尧青井下悬臂式掘进机电控系统改进设计与研究 在故障做出反应。该程序流程图如图 5 所示。 图 5 运行状态判定、处理程序流程图 5 结论 同煤集团王坪煤电公司设计研究的掘进机电气 控制系统，通过对电控系统硬件软件的设计研究， 有效地解决了现有掘进机电控系统总体设计思路不 明确、元件以及系统可靠性不高的问题。在模拟矿 井掘进机运转过程中，该系统表现出了很好的稳定 性，预计后期系统开发成熟后，投入实际的生产当 中时，可以带来很好的经济效益。 【参考书目】 ［1］ 李振国 . 掘进机电控系统设计分析 [J]. 能源与节 能，2019（03）12-13. ［2］ 刘听 . 矿用掘进机电控箱接触器常见故障处理与 应用改良 [J]. 能源与节能，2019（04）110-111. ［3］ 秦志清 . 煤矿井下掘进机机电设备故障诊断及维 护 [J]. 中国战略新兴产业，2018（12）208. ［4］ 王震宇 . 基于 PLC 煤矿掘进机电控系统可靠性研 究 [J]. 中国科技纵横，000（010）169-169. ［5］ 刘国鹏 .Inter Control 控制器在掘进机电控系统中 的应用 [J]. 工矿自动化，2014，40（12）89-92. ［6］ 冯婧，周宏范，朱一凡 . 煤矿井下巷道掘进机截 割电动机调速系统的研究 [J]. 矿山机械，2012 （01）20-23. ［7］ 乔康 . 煤矿掘进机故障问题研究与有效维护方案 探寻 [J]. 工程技术研究，2016（06）156. 件下的自动化综采作业需求。 （3）该自动化综采技术方案使 1103 综采面的 煤炭产量从最初的 1.9 万 t/ 月，增加到了目前的 2.82 万 t/ 月，比优化前增加了 48.4，且综采面上同时 工作的人员数量比优化前降低了约 63。 【参考文献】 ［1］ 黄建功，平寿康 . 大倾角煤层采面顶板岩层运动 研究 [J]. 矿山压力与顶板管理，2002（02）19- 21110. ［2］ 邵国荣 . 厚煤层大采高综放开采巷道围岩控制技 术研究 [D]. 阜新辽宁工程技术大学，2012. ［3］ 芦倩，李霞，朱耀杰，等 . 两进一回通风系统邻 近层瓦斯运移规律研究 [J]. 太原理工大学学报， 2010，41（03）231-234. ［4］ 石平五，邵小平 . 基本顶破断失稳在急斜煤层放 顶煤开采中的作用 [J]. 辽宁工程技术大学学报， 2006（05）641-644. ［5］ 肖剑儒 . 短壁全部垮落采煤法在神东矿区的应用 [J]. 中国煤炭，2009，35（06）57-5888. 动效率和矿井整体开采能力。 【参考文献】 ［1］ 张立鹏 . 基于总线技术和模糊控制的井工采煤机 智能控制系统研究 [D]. 邯郸河北工程大学， 2016. ［2］ 阎 刚， 刘 喜 增， 扈 振 波 . 液 压 牵 引 采 煤 机 的 常 见 故 障 与 处 理 措 施 [J]. 山 东 煤 炭 科 （上接第 142 页） （上接第 150 页） 技 ,2013032830. ［3］ 董登友 . 采煤机生产故障的成因与处理 [J]. 煤矿 机械，2012，33（12）261-263. ［4］ 李长实 . 采煤机故障分析及处理方法研究 [J]. 内 蒙古煤炭经济，2018（16）2129. ［5］ 佟德君 . 煤矿机电设备的故障检测与诊断 [J]. 煤 矿机电，2011（02）63-6467.