王永军

（晋能控股煤业集团晋城煤炭事业部赵庄二号井，山西 长治 046000）

引言

煤矿井下的综采作业是截割、临时支护、永久支护、铲运的结合，涉及工序和设备较多。受井下复杂的地质环境影响，现有综采面的自动化综采程度不高，井下作业人员多，已经成为限制井下综采作业效率进一步提升的瓶颈。在对各个综采作业工序现状进行分析后发现目前临时支护多采用锚杆支护，效率低，安全性差，无法实现随掘进机的自移式支护，成为对综采效率影响最大的因素。本文结合煤矿井下的实际情况提出一种新的煤矿井下自动化高速掘进工艺。

1 煤矿井下高速掘进系统结构

该煤矿井下高速掘进系统，以自移式自动支护设备为核心，可实现与掘进设备、运锚设备的自动匹配作业，解决了传统掘进方案中影响掘进效率提升的最关键瓶颈，该高速掘进系统的整体结构如图1所示[1]。

由图1可知，该高速掘进系统主要包括掘进设备、自移式支护设备、运锚机、通风系统、输送系统等。在掘进作业过程中，掘进机在自主截割控制系统的作用下进行巷道掘进和落煤作业，掘进过程中的落料通过转载机传输到带速输送机上，完成落煤的自动传输。

随着掘进机的不断前进，自移式支护设备不断调整自身的支护状态，和掘进机的进给作业保持同步性，实现对新截割作业区域的临时支护。随着掘进机的移动，在掘进机后侧的运锚设备自动进行打孔及锚杆固定，完成巷道井下的永久支护，矿井通风系统则负责在巷道掘进过程中不断输入新鲜的空气，确保井下掘进面上的通风安全。

图1 煤矿井下高速掘进系统结构示意图

该井下高速掘进系统的优点在于，基本工艺流程和现行巷道掘进工艺流程一致，只需对临时支护段进行优化，以自移式支护设备取代传统的人工支护，并对综合控制系统进行优化即可，改造成本低，可靠性好，便于大范围推广。

2 自移式支护设备整体结构

结合巷道掘进过程中临时支护的需求，自移式支护设备需要能够保证移动过程中的稳定性，同时还要保证对支护区域支护的稳定性，因此本文所提出的自移式支护装置的整体结构如图2所示。

由图2可知，该支护装置主要包括了支架、侧支撑和顶梁三个部分[2]，各个支架（分奇数组支架和偶数组支架）通过串联的形式进行组合，每个支架呈“门”型结构，以跨越的形式支护在掘进机的上侧，实现对新掘进区域的保护。每个支架能够独立地调整支护高度和倾斜度，从而能够适应井下复杂的地质环境，提高使用的灵活性，支护装置两侧设置的侧支撑结构主要用于对巷道两侧进行支护，防止出现侧帮垮落，在支护装置的上侧布置由顶梁，呈“X”状布置结构，具有较大的支护面积和支护稳定性。整个自移式支护装置通过电信号进行控制，各个动作均通过执行油缸驱动，结构紧凑，可靠性高。

图2 自移式支架整体结构

3 支架组结构

自移式支护装置的支架组包括偶数组支架和奇数组支架，两者相互配合，实现自移式支架组的灵活调整，具有模块化程度高、适应性强的优点。奇数组支架主要包括了前探梁、平移机构、顶梁等，其整体结构如图3所示。

图3 奇数组支架结构示意图

由图3可知，在奇数组支架上设置有前探梁，主要是用于在支护时辅助设置钢丝网、锚索等，奇数组上的顶梁均通过油缸独立控制，能够呈现较大的支护倾角，对巷道顶板的适应力强，满足不同顶板的支护需求。支架的立柱采用了套筒式结构，支座和立柱通过球体铰接，立柱通过油缸调节，能够实现不同高度的调整，从而适应不同地质条件下的巷道。平移机构是一种类似剪刀型的装置[3]，用于对奇数组支架和偶数组支架进行连接，确保在移动过程中能够灵活调整自移式支护装置的支护状态，具有柔性好、灵活性高的优点。

偶数组液压支架的整体结构如图4所示[4]。

图4 奇数组支架结构示意图

由图4可知，偶数组支架和奇数组支架最大的区别在于偶数组支架没有前探梁，而且只要2个顶梁。主要目的是实现和奇数组支架的相互配合、交错支撑，保证在移架时能够尽可能地增加对顶板的支护面积。同时偶数组支架的侧支撑结构和奇数组支架的也不同，主要是和奇数组支架的侧支撑形成交替，满足在交替过程中尽量增大侧帮支护面积的需求。

4 结论

1）煤矿井下高速掘进系统，以自移式自动支护设备为核心，可实现与掘进设备、运锚设备的自动匹配作业，解决了传统掘进方案中影响掘进效率提升的最关键瓶颈；

2）自移式支护装置的支架组包括偶数组支架和奇数组支架，两者相互配合，实现自移式支架组的灵活调整，具有模块化程度高、适应性强的优点。