大采高自动化综采系统探究

2018-12-05杜云峰

山东煤炭科技 2018年1期

杜云峰

（汾西矿业集团高阳煤矿，山西孝义 032300）

大采高综采工艺具有巷道掘进率低、回采工艺简洁等优势，得到越来越多的应用，但其也存在割煤高度大、煤壁易发生片帮、顶板垮落概率大、围岩控制难度高等问题，成为困扰矿井安全生产的主要问题之一。对于大采高综采智能自动化开采而言问题更加突出，必须采取必要的措施。

1 大采高矿压显现规律

1.1 围岩破坏范围大

选用FLAC3D数值模拟手段对不同采高环境下的大采高回采围岩垮落特性进行模拟分析，如图1所示。分析可知，随回采高度的增加以及回采作业面长度的增加，工作面顶板垮落高度与破坏范围均呈现明显的增大趋势，回采过程中围岩破坏强度明显增加。

1.2 支撑压力显著增加

图2所示为大采高回采煤壁破坏面积同作业面采高及长度关系示意图。分析可知，当回采高度超过4m、回采长度超过200m时，作业面前方煤壁破坏面积会迅速增大。图3为作业面采高分别为4.5m和6.2m时的支撑压力实测图。综合分析可发现，伴随回采高度的增加，作业面支撑压力与峰值会呈现显著的增加。

图1 大采高回采顶板垮落与破坏高度曲线示意图

2 大采高自动化回采系统关键技术

大采高自动化回采系统是一项多学科相互结合的复杂性系统工程，其系统结构如图4所示，包括地面控制网络、耦合支护、远程可视化、三维虚拟现实控制等多项技术。

图2 作业面高度和长度同煤壁破坏面积关系图

图3 不同采高下的作业面支撑压力实测图

图4 大采高自动化回采系统结构示意图

2.1 地面总控制网络技术

地面总控制网络技术是指以以太网技术为核心构建覆盖整个矿井的作业控制平台，其核心设备包括综合接入装置、光电装转装置、交换机等，具备网络故障自行诊断、虚拟局域网构建等功能。其系统框架图如图5所示。

图5 地面总控制网络框架图

2.2 围岩耦合支护技术

大采高自动化回采必须对作业面围岩实现有效的耦合支护控制。具体内容主要包括支架状态监测、顶板耦合支护、帮部围岩耦合支护等功能。

（1）支架状态监测。在支架底座、顶梁、连接杆等关键部位布设感应元件，对支架作业状态参数进行实时监测，及时发现潜在安全隐患，及时发现咬架、倾斜等前兆。

（2）顶板耦合支护。依托支架压力感应装置、行程感应装置、三级护帮板接近开关等感应组件，对作业面顶板变化参数开展实时监测，从而及时了解顶板位移破坏情况，便于采取相应举措，避免顶板危害事故的发生。

（3）帮部围岩耦合支护。借助支架行程感应装置、压力感应装置等设备，能够实现对作业面帮部围岩运移情况的实时掌握，从而为帮部围岩的有效控制提供有效依据。同时，布设于支架护帮板上的行程感应装置能够使护帮板保持逐渐打开的形态，防止护帮板在收回后出现煤块大面积垮落的现象，避免煤块砸坏油缸或卡在电缆槽中使得支架无法正常运移；布设于护帮板上的压力感应装置能够对护帮板支撑煤壁的效果进行实时感应，从而有效规避煤壁片帮事故的出现，确保作业安全、持续；布设于三级护板上的移近感应装置，能够有效规避护帮板防护动作导致的设备自损现象，而且一旦移近感应装置出现故障，则系统会立即收回护帮板，并对无法正常回收的护帮板进行报警提示。图6为帮部围岩耦合支护图。