0 引言

目前，中国煤矿开采过程中液压支架跟机自动化尚不够成熟[1-2]，尤其是刮板输送机机头、机尾区域的液压支架跟机自动化无法达到理想的应用效果[3]。石勇等[4]分析了综采工作面中部液压支架跟机自动化作业的工艺流程，建立了综采工作面中部跟机自动化控制数学模型；陶显等[5]将跟机自动化过程分为机头斜切进刀、机头割三角煤、机头向机尾正常割煤、机尾斜切进刀、机尾割三角煤、机尾向机头正常割煤6个阶段；牛剑锋[6]分析了综采工作面液压支架跟机自动化影响因素，介绍了跟机控制与采煤工艺耦合控制策略；黄金福等[7]根据采煤工艺给出液压支架动作工艺段，包括中部正常割煤、斜切进刀、割三角煤、清浮煤等。但上述研究没有对液压支架跟机自动化工艺进行系统、全面的阐述。本文以应用广泛的全截深双向割煤工艺[8]为例，结合某综采工作面实际应用情况，将液压支架跟机自动化工艺划分为中部跟机自动化、机头跟机自动化和机尾跟机自动化3个阶段，可显著提高综采工作面自动化程度。

1 中部跟机自动化

采煤机在综采工作面中部上行或下行割煤时，液压支架动作规律一致，因此以采煤机下行割煤为例，中部跟机自动化工艺流程如图1所示，具体步骤如下。

图1 中部跟机自动化工艺流程
Fig.1 Technology process of middle following automation

(1) 降尘喷雾。为有效降低煤尘，防止粉尘危害，提高工作面可视度，在采煤机前后滚筒范围内进行区域喷雾[9]。距采煤机中心位置(31号支架)Dpq处前滚筒对应的Npq个支架一起喷雾；距采煤机中心位置Dph处后滚筒对应的Nph个支架一起喷雾。

(2) 伸伸缩梁。在前滚筒右方，距采煤机中心位置Dsh处的支架伸伸缩梁，能有效应对顶板破碎，起到及时支护作用[10-11]。

(3) 伸收护帮板。在前滚筒左方，距采煤机中心位置Dhq处的支架收护帮板、收伸缩梁；在后滚筒右方，距采煤机中心位置Dhh处的支架伸护帮板，及时支护煤壁[12-13]，能有效减少片帮。

(4) 移架。在后滚筒右方，距采煤机中心位置Dy处的支架进行移架，并检测距该支架Ddy处的支架是否已经完成移架。

(5) 推溜。在工作面推进过程中，为保护刮板输送机，在距采煤机中心位置Dy+Dt处的支架进行推溜，推溜范围为Nt个支架(推溜范围由刮板输送机的结构性能来确定[14])。

2 机头机尾跟机自动化

机头跟机自动化和机尾跟机自动化的工艺流程基本一致，以机尾跟机自动化为例，依据液压支架动作的相关性，将机尾跟机自动化划分为6个工艺阶段，如图2所示。依据采煤机中心位置的运动轨迹确定关键节点(关键节点为工艺阶段的触发点)，如图3所示。

(1) 割透煤壁阶段(关键节点1—2)。采煤机下行割煤，前滚筒割透煤壁时，采煤机中心位置位于134号支架处，机尾处139号支架护帮板收回，135号支架伸缩梁伸出，126号支架护帮板伸出，125号支架开始移架(设定移架间隔为9架)，116—124号支架处形成斜切段，128—130号、137—139号支架区域喷雾。

(2) 首次反复刹底阶段(关键节点2—3)。采煤机在机尾区域割底煤，在1个机身长度的范围内反复行进，此时随着采煤机的运行，采煤机前滚筒处的支架收护帮板，后滚筒处的支架伸护帮板，起到及时支护作用。采煤机第1次从机尾向机头方向运行时，136—139号支架伸伸缩梁。在该阶段，支架没有移架、推溜动作，前后滚筒喷雾动作依据喷雾距离正常喷雾。

(3) 斜切进刀阶段(关键节点3—4)。采煤机开始进入斜切段割煤，此时支架自动进行收护帮板、伸护帮板、收伸缩梁、喷雾等动作；随着采煤机的运行，从139号支架开始依次进行移架；135号支架移架完成后，依据推溜距离从机尾开始整体推溜，在采煤机运行到110号支架时，116—139号支架开始1次整体推溜直到设定的行程，保证刮板输送机平直。

(a) 割透煤壁阶段

(b) 首次反复刹底阶段

(c) 斜切进刀阶段

(d) 割三角煤阶段

(e) 二次反复刹底阶段

(f) 向中部割煤阶段

图2 机尾跟机自动化工艺流程
Fig.2 Technology process of tail following automation

图3 机尾跟机自动化关键节点
Fig.3 Key nodes of tail following automation

(4) 割三角煤阶段(关键节点4—5)。采煤机向机尾前进直到割透煤壁，此时支架依据相应动作间隔进行收护帮板、收伸缩梁、伸伸缩梁、伸护帮板、喷雾等动作；支架从110号支架开始进行跟机移架动作；机尾处139—136号支架依次进行移架动作。该阶段支架不进行推溜动作。

(5) 二次反复刹底阶段(关键节点5—6)。该阶段工艺流程与首次反复刹底阶段基本相同。

(6) 向中部割煤阶段(关键节点6—7)。该阶段支架进行收护帮板、收伸缩梁、伸伸缩梁、伸护帮板、喷雾等动作；随着采煤机的运行，从139号支架开始依次进行移架；135号支架移架完成后，依据推溜距离从机尾开始整体推溜；在整体推溜结束后，139—136号支架依次进行移架动作。

在实际应用过程中，允许首次反复刹底阶段和二次反复刹底阶段存在大于2次的反复刹底，以适应特殊煤壁情形。

3 液压支架跟机自动化工艺应用

为验证液压支架跟机自动化工艺的可行性，在山东枣矿集团付村煤业有限公司1008综采工作面进行了应用。液压支架电液控制系统[15-16]采用服务器-客户端控制模式，系统配置1台服务器和139台支架控制器，其中服务器根据液压支架跟机自动化工艺编制的控制程序运行，支架控制器接收服务器指令控制液压支架动作。

在1个循环采煤过程中，液压支架跟机自动化工艺过程如图4所示。经过1个月运行，液压支架跟机自动化工艺各阶段既可单独运行又可连贯运行，液压支架跟机自动化程度有了明显提高，液压支架跟机自动化工艺能够满足综采工作面采煤需求。

图4 液压支架跟机自动化工艺过程
Fig.4 Technology process of following automation of
hydraulic support

4 结语

为满足综采工作面的实际生产需求，依据采煤工艺及液压支架动作工艺特点，将液压支架跟机自动化工艺划分为中部跟机自动化、机头跟机自动化和机尾跟机自动化3个阶段，并对各阶段工艺流程进行了详细阐述。应用结果表明，该工艺提高了液压支架跟机自动化水平。但对于采煤机自动化与液压支架自动化相互协调配合、刮板输送机调直、超前支架自动化等问题，还有待进一步研究。

参考文献：

[1] 袁亮.煤炭精准开采科学构想[J].煤炭学报,2017,42(1):1-7.

YUAN Liang.Scientific conception of precision coal mining[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1):1-7.

[2] 谢和平,王金华,申宝宏,等.煤炭开采新理念——科学开采与科学产能[J].煤炭学报,2012,37(7):1069-1079.

XIE Heping,WANG Jinhua,SHEN Baohong,et al.New idea of coal mining:scientific mining and sustainable mining capacity[J].Journal of China Coal Society,2012,37(7):1069-1079.

[3] 王国法.综采自动化智能化无人化成套技术与装备发展方向[J].煤炭科学技术,2014,42(9):30-34.

WANG Guofa.Development orientation of complete fully-mechanized automation,intelligent and unmanned mining technology and equipment[J].Coal Science and Technology,2014,42(9):30-34.

[4] 石勇,林江.综采工作面中部跟机自动化控制的数学模型[J].工矿自动化,2016,42(11):14-19.

SHI Yong,LIN Jiang.Mathematical model of automatic following control in the middle of fully mechanized mining face[J].Industry and Mine Automation,2016,42(11):14-19.

[5] 陶显,林福严，张晓青，等.液压支架电液控制系统跟机自动化技术研究[J].煤炭科学技术,2012,40(12):84-87.

TAO Xian,LIN Fuyan,ZHANG Xiaoqing,et al.Study on automatic following technology of electric and hydraulic control system applied in hydraulic powered support[J].Coal Science and Technology,2012,40(12):84-87.

[6] 牛剑锋.综采液压支架跟机自动化智能化控制系统研究[J].煤炭科学技术,2015,43(12):85-91.

NIU Jianfeng.Study on automatic and intelligent following control system of hydraulic powered support in fully-mechanized coal mining face[J].Coal Science and Technology,2015,43(12):85-91.

[7] 黄金福,孙鹏亮,冯卓照,等.综采工作面液压支架端头采煤工艺研究[J].机电工程技术,2016,45(7):121-123.

HUANG Jinfu,SUN Pengliang,FENG Zhuozhao,et al.Research on coal mining technology of hydraulic support in the end of fully mechanized coal mining face[J].Mechanical & Electrical Engineering Technology,2016,45(7):121-123.

[8] 冯国营.大采高综采工作面采煤工艺应用分析[J].内蒙古科技与经济,2008(10):53.

[9] 王松涛,常园园,王哲.液压支架喷雾降尘系统的设计与研究[J].中州煤炭,2015(8):36-38.

WANG Songtao,CHANG Yuanyuan,WANG Zhe.Design and research on hydraulic support spraying and dust suppression system[J].Zhongzhou Coal,2015(8):36-38.

[10] 王海军.大采高液压支架自动控制技术研究[J].工矿自动化,2018,44(3):53-58.

WANG Haijun.Research on automatic control technology of large mining height hydraulic support[J].Industry and Mine Automation,2018,44(3):53-58.

[11] 张科学,马振乾,杨英明,等.厚煤层综放工作面高强度开采底鼓防治技术[J].煤炭科学技术,2014,42(11):33-36.

ZHANG Kexue,MA Zhenqian,YANG Yingming,et al.Technology of floor heave prevention and control in fully-mechanized thick seam top coal caving mining face with high intensity mining[J].Coal Science and Technology,2014,42(11):33-36.

[12] YUAN Yong,TU Shihao,WU Qi,et al.Mechanics of rib spalling of high coal walls under fully-mechanized mining[J].International Journal of Mining Science and Technology,2011,21(1):129-133.

[13] 刘富营,张林良,杨文明,等.大采高工作面煤壁片帮深度机理研究[J].现代矿业,2012,28(5):67-69.

[14] 于聚旺.综采工作面刮板输送机优化设计关键技术研究[J].中国煤炭,2017,43(9):73-78.

YU Juwang.Key technology research on optimization design of scraper conveyer at full-mechanized working face[J].China Coal,2017,43(9):73-78.

[15] 高卫勇.液压支架控制器可配置化设计[J].煤矿机电,2018(3):33-35.

GAO Weiyong.Configurable design of hydraulic support controller[J].Colliery Mechanical & Electrical Technology,2018(3):33-35.

[16] 郭明飞.综采工作面自动化跟机采煤工艺研究[J].机械管理开发,2016(4):98-101.

GUO Mingfei.Automation mining technology in fully mechanized coal mining face[J].Mechanical Management and Development,2016(4):98-101.