綜采工作面刮板輸送機上竄下滑控制技術研究

蘇世峰

（晉能控股煤業集團機電設備中心， 山西 大同 037003）

引言

煤炭采集過程中，刮板輸送機在重力、推力等外力作用下，導致刮板輸送機會在采煤工作面傾斜的方向上，產生“向上”或“向下”的分力，造成刮板運輸機機頭處搭接不合理，成為引發事故發生的導火索。筆者在對現場進行測試時發現，在進行回采時，當機頭位置塔接合理與兩端高度差相差較大時，若該系統可以將超出或者變短的部分調整到機尾，從而能較好地實現刮板輸送機溜槽的添加或者車削，減少安全隱患[1-2]。

1 原因分析

1.1 采煤工作面傾角的影響

圖1 表示相應的刮板輸送機受力分析。如圖1所示，G 表示裝置正常工作狀態重力，Gy表示合力G沿采煤工作面向下的分力，Gx表示合力G 垂直底板的分力，f 表示摩擦力（運煤載體與斜面摩擦力），α表示斜面度數。

在設備正常工作時，由運動學知識可知，當Gx＞f時，那么刮板輸送機將會開始向下滑動，同時使工作面傾斜角以及Gx越大，那么相應的輸送機將會更好地向下滑動[3]。

1.2 支架以及刮板輸送機之間關系的影響

圖1 刮板輸送機受力示意圖

圖2 支架與刮板輸送機受力示意圖

圖2 表示支架與刮板輸送機受力分析。如圖2所示，P 是千斤頂對輸送機的力，F1為P 垂直分力，F2為P 水平分力，β 是推桿與輸送機夾角。當千斤頂支架與刮板輸送機之間夾角不是90°時，那么千斤頂存在水平方向的力F2（F2=Psinβ）。假如β 越大，那么相應的水平分力將會變大，刮板輸送機將會在水平方向上出現劇烈的運動。

1.3 采斜的影響

圖3 表示相應的采斜影響原理圖。如圖3 所示，P 表示相應的千斤頂對刮板輸送機的力，β 表示相應的斜角。P 存在兩個分力（水平方向上Fx=Psinβ，豎直方向上Fy=Pcosβ）：Fx為水平作用方向向左的力，Fy為作用方向豎直向上的力。支架的移動會使得裝置產生偏移，千斤頂、運輸機均發生位移偏移，還會使刮板輸送機向機尾發生很大的偏移。此外兩端高度差越大，β 越大，產生的外力越大，致使輸送機向機尾竄動越激烈。

圖3 采斜的影響原理圖

1.4 推移刮板輸送機方向的影響

推移刮板輸送機受力分析如下頁圖4。如圖4 所示，千斤頂作用于輸送機的力P，產生2 個方向上的分力，F1=Pcosβ，F2=Psinβ，由于在工作的過程中 β 取值很小，所以F1大于F2。由于輸送機的運動軌跡為從右端向左端，但是右部分刮板輸送機在煤的重力作用下固定不動，然而在煤外圍處產生脫落，造成脫落在地面的煤比較多，運輸的過程中會阻礙運輸機底面移動，造成摩擦因數大，摩擦力加大，因此在這種情況下F2就遠遠小于摩擦力。在運輸煤的過程中，被頂至煤壁輸送機上對應的位置點會發生位移。F1有兩個分力：F1y作用方向為垂直于煤壁，F1x為水平向左方向分力。在煤被推移的過程中，由于輸送機受到的滑動摩擦力很小，因此在其沿著工作軌跡工作的過程中，輸送機在其運動軌跡過程中出現竄動現象。

圖4 推移管板輸送機受力分析

1.5 采煤機截割方向的影響

采煤機截割受力分析見圖5。如圖5 所示，F1為采煤受到的阻力，F2為設備的驅動力，F3為輸送機給工作平面的力，f 為摩擦力（輸送機與底板）。由物理運動學知識可知，在采煤機向機頭切割煤過程中，設備的驅動力F2存在一個作用力F1（等大反向與F2），同樣可知，輸送機給工作平面的力F3，在平衡運動的狀態下，底板會受到工作面的摩擦力f，在F3＞f 的情況下，輸送機會產生一個力大小是F3與f 的差，由牛頓第二定理（F=ma）可知，該外力會驅動輸送機發生偏移運動造成安全隱患，因為F3受到力的大小取決于設備的驅動力F2，影響f 大小的因素則很多，例如底板粗糙程度、在正常工作下運輸機的整體重力、工作面的傾角大小和一些其他外力的影響都會促使f值產生變化。

總而言之，當刮板輸送機在工作時，導致出現“上竄下滑”的現象因素相對較多。不同的影響因素對刮板輸送機影響效應不同，刮板輸送機表現出不同程度的“上竄下滑”，其主要由于受力不均勻。采煤機工作面相關參數都發生變化，諸如：傾斜角、面長以及設備位置。經過探究發現要想有效地控制設備“上竄下滑”現象，必須控制好設備受力平衡性。

2 刮板輸送機“上竄下滑”控制技術

圖5 采煤機截割受力分析

3304 下放置的采煤工作面是210 m，經過統計發現設備兩端高度差在20～38 m 范圍內，通常采煤機工作面傾斜角范圍為6°～12°，由此可以看出控制刮板輸送機“上竄下滑”相對困難。對某礦3304 工作面進行回采發現，工作面兩端高度差為28 m，其自然傾斜角度可以達到8°，通常選用如下公式計算工作面調斜距離：

式中：S 表示相應的采煤工作面調斜距離，m；L 表示相應的采煤工作面長度，m；α 表示相應的采煤工作面傾角，（°）。

由式（1）確定采煤工作面調斜至機尾超前15 m。這時會導致輸送機出現明顯的運動，從而導致機頭和轉載機出現失控現象。經過現場實測分析，推進過程中尤其在兩端高度差達到38 m 時，問題得到改進。

2.1 分析“上竄下滑”運動趨勢

1）當使用拉線進行測量時，需要選定工作基準點，這樣能夠有效地避免人為因素的影響。

2）通常在選定“上竄下滑”的判定標準時，可以選用機頭或者機尾與巷道中心線的平均值為依據，這樣可以有效地降低臥刀偏差。

3）仔細統計實際工作中導致“上竄下滑”數據，同時可以構建相應的檢測數據庫，從而可以有效地監測上竄下滑的現象。

2.2 分清主導因素，找出問題的關鍵

刮板輸送機“上竄下滑”問題主要是由于環境發生變化。當調面出現情況時，刮板輸送機將不會按照預定的條件運動，從而導致刮板輸送機跳動幅度變大，同時表現出相反的方向運動。經過調研發現有如下兩個誘發因素：

1）調面的實效性：經過調面之后，通常情況下支架的變向幅度將會大大落后輸送機幅度，使得刮板輸送機朝著相反的方向運動。由此可以看出，支架給刮板輸送機運動的力是導致發生跳動的主要原因。

2）“調節的范圍太大”：當采煤機工作面在調整的過程中，支架與刮板輸送機之間保持垂直關系，由此看出采掘影響占到主要因素。假如采煤機位于進風巷超前距離12 m 時，那么相應的采斜將成為主要因素。當位于進風巷8～12 m 范圍內時，支架推移力將成為主要的影響因素。當進風巷超前距離低于5 m時，那么采煤機工作面傾斜角度成為主要的影響因素。

通常可以選用調架側護板應對“上竄下滑”，該方式可以將進風巷超前距離控制在8～10 m 的范圍內，同時在間隔五組設置監測“線縫”，從而可以更好地對支架與刮板輸送機位置進行動態的監測。

2.3 分清“輕重緩急”，采取“微調”與“急調”措施

1）“輕重”控制：由于刮板輸送機在“上竄下滑”運動速度方面出現一定的差異性。由此可以看出需要對刮板輸送機采取一定的優化措施。經過調研發現采用3304 采煤工作面能夠有效地控制“上竄下滑”變化，通常采用如下幾個方式：單向割煤、單向推溜、調架、調面。一般情況下，調面包括三種方式：其一，調面位置依據吃刀位置可以劃分為短刀、長刀調面，其中對于短刀調面而言，其可以實現見效快的特點，但僅僅用于“攔截”刮板輸送機“上竄下滑”變化趨勢。對于長刀調面而言，其能夠實現刮板輸送機的長距離運動，缺點在于見效慢。其二，按照運行軌跡，調面可以劃分為圓弧、扇形調面。其中，圓弧調面可以實現見效快的特點，可是僅僅能夠實現刮板輸送機做較小的運動。而對于扇形調面而言，能夠實現刮板輸送機長距離的運動，可是見效慢。其三，依據調面比例可以劃分為大比例、小比例調面，其中大比例調面能夠實現見效快的特點。

2）“緩急”控制：假如在機頭尾制搭接不合理，那么當出煤空間不足時，運用機尾調面形式可能導致工作面變短，從而加劇了機尾出煤空間惡化。通常合理的處理方式包括如下幾個方面：采取調架、單向割煤、單向推溜等，這樣能夠使得刮板輸送機朝著機尾位置運動，最后再采用機頭調面措施。

2.4 分清調面目的，采取“因事為制”措施

通常調面可以實現如下兩個作用：第一，能夠有效地控制刮板輸送機的“上竄下滑”現象。第二，可以改變工作面的斜度。此外在實施調面時，必須保證刮板輸送機不能出現較大的運動。經過實踐發現，有效地控制刮板輸送機運動的方式為：第一，支架向機頭擺向；第二，單向推溜；第三，采煤機采取單向割煤；第四，改變兩頭進尺微調等。

3 結語

在控制刮板輸送機“上竄下滑”方面，需要采用因地制宜的控制方式。通過一系列技術措施的實施，實現了刮板輸送機“上竄下滑”運動軌跡的精準控制，消除生產過程中的安全隱患。