郭家灣煤礦綜采工作面刮板輸送機“上竄下滑”機理及防控措施

杜戰芳 曹海崗

（國能榆林能源有限責任公司郭家灣煤礦分公司）

在煤礦綜采工作面生產過程中，刮板輸送機是主要的運輸設備，在開采不同傾角的煤層時，刮板輸送機存在不同程度的“上竄下滑”的現象［1-4］，若竄動幅度較大時，會出現安全出口不暢通的情況，影響設備的正常運行，增加工作面的生產隱患［5-6］。因此，刮板輸送機的穩定運行在煤炭開采中起著至關重要的作用［7-8］。以郭家灣煤礦51108工作面為研究背景，總結生產過程中出現刮板輸送機“上竄下滑”的規律，通過理論分析其力學原理，研究并采用合理的防范措施，確保刮板輸送機的穩定運行。

1 工作面概況

51108工作面北為5-1煤輔助運輸大巷、5-1煤帶式輸送機大巷、5-1煤中央回風大巷，工作面西為51108回風順槽，工作面東為51108輔運順槽，工作面南為井田邊界。5-1煤平均厚度為4.1 m，采煤方法為一次采全高。工作面平均傾角為0°～1°，最大傾角為1.12°。51108工作面長為193.5 m，推進長度為2 375.6 m，直接底為深灰色粉砂巖，含植物根化石及炭屑，夾細粒砂巖和泥巖互層。工作面共安裝液壓支架115臺，其中，端頭架選用ZYT120000/24/45D型支架，共7臺；過渡架選ZYG120000/27/56D型支架，共2臺；中間支架型號為鄭煤ZY12000/27/56D型支架，共106架，采煤機選用JOY公司生產的JOY7LS6C型采煤機。刮板輸送機型號為SGZ1000/3000，轉載機型號為SZZ1350/525，破碎機型號為PCM400。

2 刮板輸送機“上竄下滑”的運動規律及危害

隨著51108工作面的回采，工作面煤層走向傾角逐漸發生變化，底板出現起伏不平的現象，刮板輸送機機頭機尾存在高度落差較大的情況，隨著工作面動態生產，設備表現出受力不均衡的現象。當工作面機頭位置高于機尾位置時，在刮板輸送機、液壓支架和采煤機等的重力作用以及煤炭運輸的反作用力下，工作面設備在生產過程中出現向機尾運移的現象，主要表現為刮板輸送機的竄動帶動液壓支架的移動，將這種現象定義為刮板輸送機的下滑，當刮板輸送機竄動較大時，會導致機尾的安全出口距離減小，從而影響煤炭的安全生產。同時，當工作面機尾位置高于機頭位置時，生產過程中在刮板輸送機等設備的重力作用以及刮板輸送機摩擦反作用力下，刮板輸送機受力不平衡，在刮板輸送機的帶動下整體向機頭運移，機頭安全距離也會減小，出現“上竄”的情況。

刮板輸送機的“上竄下滑”對煤礦生產存在很大的安全隱患。當“上竄下滑”程度較大時，會造成安全出口距離變小，甚至完全堵塞，不僅影響兩順槽的正常通行和通風，而且會使刮板輸送機與轉載機搭接不穩定，甚至出現運輸機溜槽錯茬，增加啞鈴銷斷裂的風險，使刮板輸送機和轉載機的維修難度增大，同時影響工作面的工程質量，降低工作面標準化程度；此外，還會造成支架傾斜和發生位移，在工作面生產過程中拉架時造成損壞，同時不能對頂板進行正常支護，可能造成冒頂。

3 刮板輸送機“上竄下滑”機理分析

從物體受力角度對刮板輸送機進行分析，之所以出現“上竄下滑”，是由于物體受力不平衡引起的物理運動。因此，對其機理分析就需要對刮板輸送機受到的作用力之間進行分析。

3.1 工作面傾角的影響

在51108工作面回采過程中，回風順槽與膠運順槽存在標高落差，整個工作面設備受傾斜狀態影響表現出下滑的傾向，受力分解如圖1所示。

工作面傾斜方向與水平方向的夾角為α，刮板輸送機的自重力為G，在自重下產生的2個分力分別為G x和G y，表達式如下。

在G y的作用下產生了刮板輸送機與底板間的摩擦力f，表達式為

式中，μ為刮板輸送機與底板間的摩擦系數。

在工作面傾斜方向上，當輸送機的下滑力G x大于摩擦阻力f時，將會導致刮板輸送機發生滑動，同時工作面傾角越大，使得下滑力G x越大，摩擦力f越小，因此刮板輸送機滑動程度越明顯。

3.2 支架推移千斤頂對刮板輸送機的影響

隨著刮板輸送機的“上竄下滑”，液壓支架竄動滯后于刮板輸送機，使其之間的推移油缸連接存在角度偏差。如圖2所示，當支架推移千斤頂的力與刮板輸送機不垂直時，推力將會沿刮板輸送機方向產生一個水平分力F2，在F2的影響下刮板輸送機也會出現上竄下滑的趨勢。同時高度差越大，β越大，刮板輸送機受水平分力F2越大，因此越容易發生竄動。

3.3 采煤機截割方向的影響

采煤機在工作面工作時，其受力如圖3所示，其中，f2為采煤機牽引動力，f1和f分別為煤層底板施加給刮板輸送機的摩擦阻力和采煤機截割部所受的工作阻力，f3為輸送機受到的反作用力。當f3與f不等時，會產生一個外力差，該差值會驅使刮板輸送機發生偏移，造成安全隱患。

除上述之外，采煤機和刮板輸送機運行過程中產生的張力等也會造成刮板輸送機上竄下滑的趨勢。總之，有很多因素都會導致刮板輸送機偏移，只是不同的因素對刮板輸送機偏移的程度不同，究其根本，是由于其受力不平衡，因此若要確保刮板輸送機的正常運轉，必須控制好設備受力均勻。

4 刮板輸送機“上竄下滑”控制方法

4.1 控制措施

（1）采用偽斜推進。通過甩采使工作面上、下端頭有一定距離差值，這樣可適當減小工作面傾角，使得輸送機所受的下滑力減小，摩擦力增大，從而減小輸送機下滑的趨勢［9］。

（2）工作面端頭磨平。在現場實際生產中，刮板輸送機出現下滑可通過磨平工作面下端頭，同時從下向上推移刮板輸送機［10-12］；同理，當刮板輸送機上竄時，可對工作面上端頭進行磨平，同時從上向下推移刮板輸送機，從而控制輸送機“上竄下滑”。

（3）液壓支架間配置側向推移裝置。當工作面傾角較大、支架較重時，支架之間的側向護板力不足以調整支架沿工作面傾斜方向的下滑，因此可在支架底座安裝側向推移裝置控制支架的間距，進而控制支架的“上竄下滑”現象。

（4）工作面設備采用斜切操作方式。采煤機割煤采用上端頭斜切進刀方式，往下進行實刀割煤，往上清理浮煤；以從頭向尾的方式進行推溜，防止采煤機的下滑。

（5）加強觀測。對工作面端頭端尾安全距離進行觀測［13-15］，每割1個循環觀測1次，同時對支架推移刮板輸送機的推移頭方向進行觀測，以便及時對刮板輸送機采取控制措施。

4.2 調斜距離計算

51108工作面凈長為193.5 m，兩端頭高差為0～4 m，工作面傾角平均為0°～1°，最大為1.12°。2021年3月下旬，在51108工作面組織生產，采煤工作面兩端高差約為3.8 m，自然傾角約為1.12°，按照采煤工作面調斜經驗公式，采煤工作面調斜距離計算見下式［16］。

式中，S為采煤工作面調斜距離，m；L為工作面傾斜長度，m；α為工作面傾角，（°）。

根據式（4）確定采煤工作面調斜至機尾超前2 m。即在工作面傾角保持1.12°的情況下，通過加甩刀，使機頭超前機尾2 m的距離，基本控制了工作面刮板輸送機的下滑。

5 結論

本研究針對郭家灣煤礦51108工作面刮板輸送機“上竄下滑”的問題，對其運動規律及危害進行了分析，同時研究了刮板輸送機出現“上竄下滑”的運動機理。研究得出，工作面傾角、支架千斤頂對輸送機的推力及采煤機截割方向等均會造成刮板輸送機出現“上竄下滑”的趨勢。同時提出了相應的控制措施，并通過對工作面進行調斜，最終刮板輸送機“上竄下滑”得到控制，保證了工作面的正常生產。