刮板輸送機“上竄下滑”原因與控制技術

喬偉杰

(大同煤礦集團安全監管五人小組管理部，山西 大同 037000)

0 引言

北辛窯井田共有3個可采煤層(2號、5號、6號)，井田北部煤層傾角較大，約為22°，南部相對較小，上層煤(2號煤)平均厚度5.63 m。為實現早期試投產的目的，首采工作面布置在井田北部的2號煤層11采區，8103首采工作面沿煤層傾斜方向布置，采用走向長壁后退式放頂煤開采工藝。由于煤層傾角大，可能出現工作面前后刮板輸送機、液壓支架出現“上竄下滑”的現象[1-4]。為避免這一現象，北辛窯煤業對“上竄下滑”的機理進行了分析，并對控制方法進行了實踐。

1 工作面概況

8103工作面位于2號煤層一采區，標高918～1 063 m；2103巷走向長度2 063.2 m，5103巷走向長度1 865 m；傾向長度165 m，工作面長181.2 m；平均傾角22°，面積308 700 m2；工作面為首采面，西鄰+1040回風巷，工作面2條順槽呈近東西方向布置，切眼呈近南北方向布置。工作面總體基本呈南西高北東低，煤層傾角19°～25°，一般為22°～23°，距2103皮帶順槽北幫0～90 m發育一條正斷層(DF9)。兩順槽在掘進過程中共揭露8條斷層，揭露斷層位置全部位于停采線以外，對煤層回采影響較小。

2 “上竄下滑”機理分析

2.1 受力分析

當工作面布置成偽斜工作面時，支架給刮板輸送機的推力由F推1變化為F推2，沿坐標系進行受力分解，刮板輸送機向前運動的力為F推4，如圖1所示。刮板輸送機又增加一個向溜尾的推力F推3，垂直布置工作面時抵消下滑的力只有摩擦力f，現在抵消刮板輸送機下滑的力又增加了一個F推3，因此要控制刮板輸送機下滑，只需控制F推3的大小即可。而F推3的大小受hg長度(頭巷超前推采距離)影響，當hg太大時，f與F推3的合力太大，則刮板輸送機上竄[5-8]；當hg太小時，f與F推3的合力不足以抵消Gx，則刮板輸送機下滑。

圖1 刮板輸送機受力分析

2.2 超前推采距離計算與改進

推采距離的計算：頭巷超前推采距離的計算可根據經驗公式(1)，圖2為工作面頭巷超前推采距離L與調斜角θ之間的關系示意圖。

圖2 工作面頭巷超前推采距離L與調斜角θ之間的關系

L=L1tan(α/2)

(1)

式中，L—經驗超前推采距離；L1—工作面傾向長度；α—工作面真傾角。依據式(1)，工作面調斜角θ為其真傾角α的一半，計算得出超前推采距離L為32 m。但試產初期，維持設計的距離進行平穩推進后，發現工作面前溜向尾方向上竄，致使前溜頭縮短，與轉載機不能有效搭接。同時前溜尾與5103回風順槽外煤幫頂死，造成安全出口不暢通，于是采取調尾工作。在調尾的過程中，保證頭巷超前推采5 m距離時，又出現前溜下滑現象，造成了前溜頭變長，導致前溜頭頂住轉載機的下幫側。

改進計算：經過反復摸索，通過對經驗公式進行試驗性總結，得出試驗超前推采距離公式

L=L1tan(1/8～1/6)α

(2)

工作面調斜角θ為真傾角的1/8～1/6之間，即工作面調斜角為3°～4°。工作面頭巷超前推采(偽斜量)8～10 m的距離能在一定程度上使刮板輸送機在傾斜面上的受力達到動態平衡的狀態，從而有效控制刮板輸送機的“上竄下滑”，保證安全生產。

3 控制技術及實踐效果

3.1 防止“上竄下滑”的措施

正常情況下采取的措施：①頭巷超前推采距離(偽斜量)的有效把握。將工作面布置成偽斜工作面進行回采，因5103回風順槽標高大于2103皮帶順槽標高60～80 m，所以正常情況下，保證工作面調斜成與尾巷垂線成3°～4°(調斜角)，頭巷超前推采距離(偽斜量)為8～10 m；②割煤方式。采用從上端頭(尾端頭)單向割煤的方式即上端頭斜切進刀，下行實刀割煤，上行空刀清浮煤，往返一次進一刀；③移架方式。采煤機下行割煤，采用帶壓擦頂分組移架的作業方式從尾向頭移架，每次分組3～5架，組間按照間隔順序移架(如1#、2#、3#為一組先移2#架，再移1#架、3#架)，組內原則上從下往上(從頭向尾)移架；④推(拉)溜的方式。采煤機上行(從頭向尾)空刀清浮煤時，采用從頭向尾的方式進行推前溜來控制刮板輸送機的下滑，采煤機割完一刀煤后或割完2刀煤放完頂煤后，開始從頭向尾依次拉后溜；⑤根據工作面頭巷超前推采距離(偽斜量)及時調整支架角度，保證支架與刮板輸送機垂直。在回采期間，由于支架受自重下滑和頂板破碎等因素影響，支架可能出現傾斜現象，若朝機頭傾斜時，會導致前溜下滑、后溜上竄，若朝機尾傾斜時，會導致前溜上竄、后溜下滑，所以當支架與刮板輸送機不垂直時必須及時靠架，調整支架角度，靠架時必須通過支架側護板、底調油缸來調整支架方位；⑥正常情況下，前后溜與轉載機搭接要在合理范圍內，一般溜頭鏈輪外沿伸出轉載機靠內煤幫中部單邊槽200 mm運煤較適宜，在轉載機靠外煤幫中部單邊槽側用單體頂住轉載機底座，保證下端頭安全出口人行道寬度，溜頭滑移200 mm視為刮板輸送機“上竄下滑”，每班跟班上崗干部必須對前后部刮板輸送機“上竄下滑”情況進行觀測并記錄，根據觀測數據及時進行分析，控制頭巷超前推采距離(偽斜量)；⑦保證工作面工程質量達標，確保工作面的“三直一平，兩暢通”，工作面刮板輸送機的平整度，支架的直線度是控制刮板輸送機“上竄下滑”的基礎保證；⑧當割煤到工作面下端頭20 m范圍內，放緩工作面傾斜角度，在1#過渡支架與端頭支架間安設一臺特殊小支架(0#支架，如圖3所示)來加強下端頭倒三角區域排頭支架管理及頂板支護的穩定性。

圖3 0#特殊小支架實物圖

上竄期間采取的措施：①刮板輸送機上竄時，以機頭為調斜中心進行調刀，一般機頭、機尾按1∶2或1∶3比例進行調小(大)刀，調小刀即頭刀割煤時割1次機尾不割機頭，第2刀割一次通刀，調大刀即頭刀割1次機尾不割機頭，第2刀割1次機尾不割機頭，第3刀割一次通刀，調大刀時第1刀，第2刀割機尾距離按奇數架或偶數架排列進行割機尾(比如頭刀割機尾30架，第2刀割機尾50架進行調刀)；②刮板輸送機上竄時，工作面支架與刮板輸送機一般不垂直，在拉架期間要充分利用支架的防倒、防滑裝置進行靠架[9-12]；③刮板輸送機上竄時從機尾向機頭推溜，調刀時支架必須垂直刮板輸送機進行推溜。

下滑期間采取的措施：①刮板輸送機下滑時，以機尾為調斜中心進行調刀，一般機頭、機尾按2∶1或3∶1比例進行調小(大)刀；②在拉架期間要充分利用支架的防倒、防滑裝置進行靠架，必要時利用單體支柱配合進行靠架；③刮板輸送機下滑期間進刀方式調整為從機頭進刀，從機尾向機頭返空刀清浮煤，調刀時支架必須垂直刮板輸送機進行推溜。

3.2 現場實踐

設備連接頭的改進：試采期間，由于煤層傾角大，刮板輸送機下滑較難控制，支架刮板輸送機間的連接鉤頭與推移框架存在一定角度，推溜過程中易造成連接頭損壞破斷，如圖4(a)所示，連接頭的損壞更難以控制刮板輸送機的下滑。起初選用鑄鐵材質的連接頭，強度和柔韌性不能達到生產實際需要，經驗證，選用鑄鋼焊接材質能提高連接鉤頭的強度和柔韌性，如圖4(b)所示。

圖4 連接頭實物圖

經濟效益及經驗：在回采過程中產生了顯著的經濟效益，通過1月～2月兩個月的時間進行了對工作面設備、安全設施的完善及試生產工作，3月份正式開始出煤，完成原煤產量6.1萬t的好成績，5月份原煤產量達13.7萬t，實現歷史最高水平。為開采相似緩傾斜煤層工作面控制刮板輸送機“上竄下滑”提供了非常寶貴的經驗，同時也為同煤集團其他類似大傾角工作面提供了參考。

4 結論

(1)將大傾角綜放工作面布置成偽傾斜工作面進行回采，控制頭巷超前推采距離(偽斜量)在8～10 m范圍內能基本上使溜槽受力平衡，保證液壓支架和刮板輸送機下滑速度和向上推進達到基本平衡的狀態。

(2)工作面下端頭排頭支架的穩定性是防止中部支架下滑的關鍵，因此工作面下端頭20 m范圍內，放緩了工作面傾斜的角度，在1#支架與端頭支架間安設了一臺特殊小支架(0#支架)來加強頭部倒三角區域頂板支護的穩定性。

(3)頭巷超前推采距離(偽斜量)與煤層傾角、生產工藝和設備、支架與刮板輸送機間的連接鉤頭完好情況等都有關系，需要結合實際情況進行參數的計算和選取。