傾斜工作面運輸機管控經驗分析

doi：10.3969/j.issn.1672-6375.2023.11.009

摘 要：傾斜綜采工作面刮板運輸機由于受力不均衡會出現“上竄下滑”現象，如果不及時控制調整會導致刮板運輸機與轉載機搭接失控、從而影響正規循環。華亭煤業集團硯北煤礦150403綜放工作面通過偽斜開采控制了“上竄下滑”現象，本文通過對“上竄下滑”的危害性、受力分析及管控措施的研究與闡述為傾斜工作面刮板運輸機的管理作出一定參考。

關鍵詞：受力不均；偽斜；超前推進距

中圖分類號：TD528" " " " " " " " 文獻標識碼：A

刮板運輸機承載了采煤工作面煤炭運輸的重要任務。傾斜工作面運輸機容易出現“上竄下滑”現象，一般定義為：運輸機整體朝機頭方向產生位移為下滑，朝機尾方向產生位移為上竄^[1]。傾斜工作面運輸機出現“上竄下滑”是由運輸機所受合力決定的^[2]，只有弄清楚不同狀態下刮板運輸機的受力狀態，才能制定出合理的管控措施，確保工作面三機穩定，設備搭接合理。

1 工作面“上竄下滑”的危害

（1）刮板運輸機與轉載機搭接失控，影響煤炭運輸量，運輸機拉“回頭煤”增加負荷，容易出現運輸機開不起、損壞驅動部、斷鏈等一系列設備故障。

（2）刮板運輸機“上竄下滑”會導致支架推移桿與運輸機不垂直^[3]，支架隨著運輸機移動，工作面的工程質量整體下滑，采煤機在機頭或者機尾處割不透煤壁；過渡架拉移困難或與端頭架間隙過大導致頂板支護失效。

（3）刮板運輸機“上竄下滑”會導致上下口堵塞，行人不暢通，端頭架擠死在巷幫，形成采煤工作面重大安全隱患，無法正常推進，導致整個生產系統癱瘓。

2 刮板運輸機受力分析

在傾斜工作面正常生產中，刮板運輸機受力比較復雜，如圖1所示。

由圖可知：

F_n=G·cosθ（1）

F- F_f =M_a（2）

F=G₁+F₁+F₂+F₃=G.sinθ+F₁+F₂+F₃（3）

式中：G為運輸機、采煤機、運輸機上煤炭總重力，M為總質量，F_n為工作面底板對運輸機支撐力，F_f為摩擦力，F為運輸機向下的合力，包括總重力向下的分力G₁、采煤機向上牽引產生向下的分力F₁、煤炭向下運輸串流沖擊力F₂、支架推移桿與運輸機形成夾角造成向下的推力F₃，a為下滑加速度，θ為工作面真傾角。

當工作面角度較小（一般在≤5°～7°，因摩擦系數不同而變）時，靜摩擦力F_f≥F，a=0，運輸機不會下滑^[4]。當工作面角度逐漸增大時，F₁、F₂、G₁、F₃逐漸增大，Fgt;F_f，agt;0，運輸機出現下滑現象，在某一角度時，G₁、F₂基本不變，此時可通過下行割煤減小F₁和偽斜搬刀、單一方向移架、推移運輸機來改變F₃的大小和方向來防止運輸機下滑。

工作面偽斜開采，支架和運輸機在水平方向形成了一個角度β，將運輸機視為一個剛體，其受力分析如圖2所示。

由圖2可知，此時支架對運輸機的推力F會產生向機尾方向的分力F₁，隨著偽斜角度增大，F₁逐步增大，alt;0，運輸機會出現上竄現象。

從機頭向機尾方向依次推移運輸機，在每個推移彎曲段的受力分析如圖3所示。

由圖3可知，支架推力F會分解成F₁、F₂兩個力，F₂平行于推移彎曲段切線方向，有使運輸機溜槽縫隙增大趨勢，不會對運輸機產生向上、向下分力，F₁會產生向上的分力F₃。說明從機頭向機尾方向推移運輸機也可抑制運輸機下滑。

從機尾向機頭方向拉移支架，拉移支架時用底調千斤頂、側護板千斤頂調整每一副支架向機尾方向移動，減小或消除推移桿可下滑間隙也可以有效抑制運輸機下滑。

采煤機下行割煤時會產生截割煤壁向上的反作用力，會減小F₁或改變F₁方向，有利于控制運輸機下滑。

運輸機在傾斜工作面偽斜開采時真實傾斜角度θ計算如圖4所示。

其中h為運輸機機頭機尾落差，偽斜角度為β，偽斜角度在水平面夾角為r，理論傾角為α，有工作面真實斜長=h/sinθ=h/（sinαcosβ）。

可得如下結論：

θ=arcsin（sinαcosβ） （4）

r=arctg（tgβ /cosα）（5）

3 管控措施

由上分析可知，要想控制運輸機下滑，就要從機頭方向搬刀，通過增大偽斜角度而增大運輸機向上的合力，再配合從機尾到機頭方向拉架、從機頭向機尾方向推溜、下行割煤等方式快速控制運輸機下滑，要想調整運輸機上行則方法相反。

機頭搬刀時，偽斜角度增大，運輸機所受向下合力減小，運輸機每個循環后下滑的距離逐步變小，當該距離在連續兩三個循環幾乎保持不變時，認為運輸機下滑暫時穩定，運輸機下滑總距離最大。

當工作面傾角變化較急（增大）且對運輸機管理不當時，運輸機會產生較大下滑距離，會導致轉載機段出口不暢通，當運輸機不再下滑時應繼續堅持機頭搬刀，增大偽斜角度，下行割煤、機頭推溜、機尾拉架，使得運輸機、轉載機盡快向上調整，當轉載機接近巷道中心線時，立即從機尾方向適當回刀，加快機尾推進度，并采用上行割煤、從機尾方向推溜、從機頭方向拉架方式，迅速控制運輸機上竄，最終確保運輸機穩定、支架推桿與運輸機垂直且運輸機與轉載機搭接合理，此時的機頭超前推進量為當前傾角的合理偽斜開采。

當運輸機下滑緩慢且及時發現并調整時，在調整過程中當運輸機下滑暫時穩定時不再搬刀，由于機頭連續搬刀會造成支架推桿與運輸機不垂直（推桿與運輸機機頭方向成鈍角），隨著平推兩三刀調整，該角度逐步趨于直角，支架對運輸機向上作用力增大，運輸機緩慢上移，轉載機跟著向上調整，當轉載機位于巷道中心線時，立即從機尾方向再適當回刀，加快機尾推進度，并從機尾方向推溜、從機頭方向拉架，迅速控制運輸機上竄，確保運輸機穩定、支架推桿與運輸機垂直且運輸機與轉載機搭接合理，此時的機頭超前推進量為當前傾角的合理偽斜開采。

4 實例分析

以華亭煤業集團硯北煤礦150403工作面在實際開采中使用的方法和產生的問題為例進行分析。

4.1 工作面基本情況

150403自動化綜放工作面是硯北煤礦1504采區第3個回采工作面，工作面標高＋1 107 m～＋1 169 m，可采走向長平均1 478 m，煤層傾角10°～29°，工作面傾角8°～24°，平均煤厚12.5 m，機采高度3.3 m，放頂煤平均高度9.2 m，工作面采用走向長壁傾斜分層綜采低位放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板。

該工作面相關設備配置為：MG400/970-WD3型采煤機一臺，SGZ800/700型前、后部刮板輸送機各一部，SZZ900/400型橋式轉載機一套，ZFY10000/22/36D型兩柱掩護式放頂煤液壓支架53副（支架中心距1.75 m，隨工作面回采推進傾斜長度變化，進行加減架，工作面最長時94副），ZFG12000/24/38D型兩柱式過渡液壓支架4副（支架中心距1.75 m），后置端頭支架ZFT28000/25/40D型1組，前置端頭支架ZFT14000/25/40型1組。

該工作面回風順槽為近水平巷道（落差小于2 m），運輸順槽自開切眼至停采線坡度變化較多，工作面傾角、長度變化比較復雜，如圖5所示。

運順順槽從Y9到Y1的9個變化點對應工作面的長度、傾角、機頭超前量、工作面偽斜角見表1所列。

4.2 中線測控法

為確定150403工作面運輸機上竄下滑的位移情況，在運輸巷頂板上標出巷道中線位置，每個進刀循環結束后由跟班隊長實測運輸機機頭邊沿到運輸巷道中線的垂直距離，匯報到區隊值班室登記匯總并分析，根據距離變化作出相應調整措施。

4.3 調整運輸機

工作面回采至距Y7點10 m處，工作面斜長158 m，工作面理論傾角22°，由于對運輸機管理不到位，隨著工作面傾角增大，從機尾向機頭推溜且搬刀不及時，造成運輸機明顯下滑，運輸機機頭距巷道中線只有0.3 m，隨即對運輸機進行調整，在第5個循環時運輸機下滑達到最大值，此時轉載機距巷幫已不足0.4 m，影響行人通行，此時繼續堅持機頭搬刀，增大偽斜角度，下行割煤、機頭推溜、機尾拉架，迫使運輸機、轉載機盡快向上調整，在第11個循環結束時，運輸機回到正常位置（機頭距中線0.7 m），到15個循環結束時，運輸機達到穩定狀態，其變化規律如圖6所示。

150403工作面從開切眼到實際停采線工作面傾角約為8°～24°，斜長100～175 m，為保持運輸機穩定，機頭超前機尾的實際推進量為4～19 m，偽斜角度為2～7°，通過多處實測可得偽斜角度β≈（1/4～1/3）θ ，這組經驗數據為150403工作面管理運輸機“上竄下滑”提供了科學參考依據。

5 設備、裝置上的改進建議

為了可以更好地管控運輸機“上竄下滑”，結合現場實際操作，提出以下改進建議：

（1）刮板運輸機配錨固裝置。利用刮板輸送機配用的錨固裝置對輸送機的機頭、機尾進行錨固，以減緩輸送機沿工作面下滑。

（2）前、后刮板運輸機機頭處轉載機擋煤板特殊化。當運輸機與轉載機搭接不合理時，會出現拉“回頭煤”或容煤量減小造成卡堵機頭，此處的擋煤板應該特殊加工，靠機頭一側鏈輪正下方安裝一片接煤板，防止上竄時拉回煤，對面一側擋煤板應向外彎曲延伸0.3～0.5 m，運輸機下滑時增大機頭容煤量，防止拉回煤，如圖7所示。

（3） 液壓支架底調千斤設計為雙缸兩點單獨控制。一般支架底調千斤都設計于一點（支架中心點正下方），在從機尾向機頭方向拉移支架底調千斤調整時，由于液壓支架推桿與運輸機連接絞合作用力較大，底調千斤動作時會導致支架轉向（架頭向運輸機機頭偏轉），這樣不利于控制運輸機下滑，若改進為雙缸單獨控制就可以通過2個缸體作用力不同行程相同保證液壓支架既向機尾方向整體調整，支架推桿又與運輸機垂直，這樣對工作面運輸機的管理有積極作用，結合液壓支架結構，建議設計兩缸時前后布置，距液壓支架中心點正下方各為0.6～0.8 m，如圖8所示。

6 結論

由以上分析可以看出，運輸機與支架是相互作用、相互影響的，要想控制好某個地質條件穩定（煤層底板摩擦系數不變）的傾斜工作面的運輸機，可以參考經驗公式β≈（1/4～1/3）θ，由工作面傾角算出偽斜角度和下端頭超前量，然后按照計算出的端頭超前量調整工作面，再細致觀察運輸機的位移變化情況，及時采取正確的推溜、拉架、割煤方式，讓工作面運輸機穩定、設備搭接合理、支架與運輸機保持垂直。

能保持工作面穩定的偽斜角度會隨人工操作（推溜、拉架、割煤）方式的不同發生變化，在這個范圍內，偽斜角度越小工作面越穩定，所以要求在生產中應采用單一方向循環的作業方式，優先保證工作面運輸機與支架的穩定。

參考文獻：

[1]" 徐永圻. 采礦學[M]. 徐州：中國礦業大學出版社，2003.

[2]" 王磊. 刮板輸送機“上竄下滑”原因分析及預防措施[J].煤礦現代化，2016（3）：18-19.

[3]" 張文濤，陸慶剛，鄧高鵬. 單斜構造工作面刮板運輸機上竄下滑控制技術[J]. 煤炭工程，2015，47（10）：65-67.

[4]" 康向南，季新芳. 大傾角綜放工作面刮板機上竄下滑的原因及對策[J]. 價值工程，2017，36（12）：144-146.

收稿日期：2023-08-23

作者簡介：冉興和（1991-），男，大學本科，助理工程師，主要從事煤礦生產服務工作。