大傾角工作面防刮板輸送機(jī)上竄下滑研究與實(shí)踐

王 偉

（大同煤礦集團(tuán)北辛窯煤業(yè)有限公司，山西 寧武 036702）

在傾斜煤層放頂煤開采中，由于傾角大，工作面前后刮板輸送機(jī)、液壓支架可能出現(xiàn)“上竄下滑”的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響作業(yè)進(jìn)度和安全生產(chǎn)。北辛窯8103首采工作面沿煤層傾斜方向布置，煤層傾角約為22°，在這樣條件下進(jìn)行作業(yè)，易發(fā)生“上竄下滑”。為避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，對其機(jī)理和控制方法進(jìn)行研究。

1 工作面概述

北辛窯井田共有三個可采煤層（2#、5#、6#），井田北部煤層傾角較大，南部相對較小，上層煤（2#煤）平均厚度5.63m。8103工作面位于2#層一采區(qū)，標(biāo)高918～1063m，2103巷走向長度2063.2m，5103巷走向長度1865m，傾向長度165m，工作面長181.2m，面積308700m2。工作面為首采面，西鄰+1040回風(fēng)巷，工作面兩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0～90m發(fā)育一條正斷層（DF9）。兩順槽掘進(jìn)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 頭巷超前推采距離計算與改進(jìn)

當(dāng)工作面布置成偽斜工作面時，支架給刮板輸送機(jī)的推力由F推1變化為F推2。沿坐標(biāo)系進(jìn)行受力分解，刮板輸送機(jī)向前運(yùn)動的力為F推4，而刮板輸送機(jī)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(xiàn)在抵消刮板輸送機(jī)下滑的力又增加了一個F推3。因此要控制刮板輸送機(jī)下滑，只要控制F推3的大小就行，而F推3的大小受hg長度（頭巷超前推采距離）影響。當(dāng)hg太大時，f與F推3的合力太大，則刮板輸送機(jī)上竄；當(dāng)hg太小時，f與F推3的合力不足以抵消Gx，則刮板輸送機(jī)下滑。如圖1所示。

圖1 刮板輸送機(jī)受力分析圖

圖2 工作面頭巷超前推采距離L與調(diào)斜角θ之間的關(guān)系

如圖2所示，超前推采距離的計算可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：

L-經(jīng)驗(yàn)超前推采距離；

L1-工作面傾向長度；

α-工作面真傾角。

依據(jù)式（1），工作面調(diào)斜角θ為其真傾角α的一半，計算得出超前推采距離L為：

L=165×tan（22/2）=32m

但試產(chǎn)初期，維持設(shè)計的距離進(jìn)行平穩(wěn)推進(jìn)后，發(fā)現(xiàn)工作面前溜向尾方向上竄，致使前溜頭縮短，與轉(zhuǎn)載機(jī)不能有效搭接，同時前溜尾與5103回風(fēng)順槽外煤幫頂死，造成安全出口不暢通。于是采取調(diào)尾工作，在調(diào)尾的過程中，保證頭巷超前推采5m距離時，又出現(xiàn)前溜下滑現(xiàn)象，造成了前溜頭變長，導(dǎo)致前溜頭頂住轉(zhuǎn)載機(jī)的下幫側(cè)。

經(jīng)過反復(fù)摸索，通過對經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行試驗(yàn)性總結(jié)，從而得出以下試驗(yàn)超前推采距離公式：

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

3 防刮板輸送機(jī)上竄下滑控制技術(shù)

3.1 正常情況下控制刮板輸送機(jī)上竄下滑的措施

（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(jìn)行回采，因5103回風(fēng)順槽標(biāo)高大于2103皮帶順槽標(biāo)高60～80m，所以正常情況下，保證工作面調(diào)斜成與尾巷垂線成3°～4°（調(diào)斜角），頭巷超前推采距離（偽斜量）為 8～10m。

（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(jìn)刀，下行實(shí)刀割煤，上行空刀清浮煤，往返一次進(jìn)一刀。

（3）移架方式。采煤機(jī)下行割煤，采用帶壓擦頂分組移架的作業(yè)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(nèi)原則上從下往上（從頭向尾）移架。

（4）推（拉）溜的方式。采煤機(jī)上行（從頭向尾）空刀清浮煤時，采用從頭向尾的方式進(jìn)行推前溜來控制刮板輸送機(jī)的下滑，采煤機(jī)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(jù)工作面頭巷超前推采距離（偽斜量）及時調(diào)整支架角度，保證支架與刮板輸送機(jī)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(xiàn)傾斜現(xiàn)象。若朝機(jī)頭傾斜時，會導(dǎo)致前溜下滑、后溜上竄；若朝機(jī)尾傾斜時，會導(dǎo)致前溜上竄、后溜下滑。所以當(dāng)支架與刮板輸送機(jī)不垂直時必須及時靠架，調(diào)整支架角度。靠架時必須通過支架側(cè)護(hù)板、底調(diào)油缸來調(diào)整支架方位。

（6）正常情況下，前后溜與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接要在合理范圍內(nèi)，一般溜頭鏈輪外沿伸出轉(zhuǎn)載機(jī)靠內(nèi)煤幫中部單邊槽200mm運(yùn)煤較適宜。在轉(zhuǎn)載機(jī)靠外煤幫中部單邊槽側(cè)用單體頂住轉(zhuǎn)載機(jī)底座，保證下端頭安全出口人行道寬度，溜頭滑移200mm視為刮板輸送機(jī)上竄下滑。每班跟班上崗干部必須對前后部刮板輸送機(jī)上竄下滑情況進(jìn)行觀測并記錄，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)及時進(jìn)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(zhì)量達(dá)標(biāo)，確保工作面的“三直一平，兩暢通”，工作面刮板輸送機(jī)的平整度、支架的直線度是控制刮板輸送機(jī)上竄下滑的基礎(chǔ)保證。

（8）當(dāng)割煤到工作面下端頭20m范圍內(nèi)，放緩工作面傾斜角度，在1#過渡支架與端頭支架間安設(shè)一臺特殊小支架（0#支架）來加強(qiáng)下端頭倒三角區(qū)域排頭支架管理及頂板支護(hù)的穩(wěn)定性。

3.2 刮板輸送機(jī)上竄期間采取的措施

（1）刮板輸送機(jī)上竄時，以機(jī)頭為調(diào)斜中心進(jìn)行調(diào)刀。一般機(jī)頭、機(jī)尾按1:2或1:3比例進(jìn)行調(diào)小（大）刀，調(diào)小刀即頭刀割煤時割1次機(jī)尾不割機(jī)頭，第2刀割一次通刀；調(diào)大刀即頭刀割1次機(jī)尾不割機(jī)頭，第2刀割1次機(jī)尾不割機(jī)頭，第3刀割一次通刀。調(diào)大刀時第1刀，第2刀割機(jī)尾距離按奇數(shù)架或偶數(shù)架排列進(jìn)行割機(jī)尾（比如頭刀割機(jī)尾30架，第2刀割機(jī)尾50架進(jìn)行調(diào)刀）。

（2）刮板輸送機(jī)上竄時，工作面支架與刮板輸送機(jī)一般不垂直，因在拉架期間要充分利用支架的防倒、防滑裝置進(jìn)行靠架。

（3）刮板輸送機(jī)上竄時從機(jī)尾向機(jī)頭推溜，調(diào)刀時支架必須垂直刮板輸送機(jī)進(jìn)行推溜。

3.3 刮板輸送機(jī)下滑期間采取的措施

（1）刮板輸送機(jī)下滑時，以機(jī)尾為調(diào)斜中心進(jìn)行調(diào)刀，一般機(jī)頭、機(jī)尾按2:1或3:1比例進(jìn)行調(diào)小（大）刀。

（2）在拉架期間要充分利用支架的防倒、防滑裝置進(jìn)行靠架，必要時利用單體支柱配合進(jìn)行靠架。

（3）刮板輸送機(jī)下滑期間進(jìn)刀方式調(diào)整為從機(jī)頭進(jìn)刀，從機(jī)尾向機(jī)頭返空刀清浮煤，調(diào)刀時支架必須垂直刮板輸送機(jī)進(jìn)行推溜。

3.4 設(shè)備連接頭的改進(jìn)

試采期間，由于煤層傾角大，刮板輸送機(jī)下滑較難控制，支架刮板輸送機(jī)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，連接頭的損壞更難以控制刮板輸送機(jī)的下滑。起初選用鑄鐵材質(zhì)的連接頭，強(qiáng)度和柔韌性不能達(dá)到生產(chǎn)實(shí)際需要，后期實(shí)踐證明選用鑄鋼焊接材質(zhì)能提高連接鉤頭的強(qiáng)度和柔韌性。

4 實(shí)踐效果

（1）通過1月～2月兩個月的時間對工作面設(shè)備、安全設(shè)施的完善及試生產(chǎn)工作，3月份正式開始出煤，完成原煤產(chǎn)量6.1萬t，5月份原煤產(chǎn)量達(dá)13.7萬t，達(dá)到歷史最高水平，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（2）為開采相似緩傾斜煤層工作面控制刮板輸送機(jī)“上竄下滑”提供了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時也為同煤集團(tuán)其他類似大傾角工作面提供了參考。

5 結(jié)語

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

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

（3）頭巷超前推采距離（偽斜量）與煤層傾角、生產(chǎn)工藝和設(shè)備、支架與刮板輸送機(jī)間的連接鉤頭完好情況等都有關(guān)系，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)的計算和選取。