綜采工作面刮板輸送機“竄跳”機理及治理技術

時晉軍

（晉能控股煤業(yè)集團華陽煤礦，山西 晉城 048000）

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團華陽煤礦15102 工作面位于井田一采區(qū)，工作面北側為井田邊界線，巷道南鄰15 號煤軌道大巷，西側為15101 工作面采空區(qū)，東側為原常莊煤礦老巷舊巷。

15102 工作面回風、運輸順槽長度為1300 m，工作面斜長為192 m。工作面回采煤層為15#煤層，煤層厚度2.25～3.25 m，平均2.78 m，煤層厚度變化不大，含0～5 層夾矸，屬結構簡單～復雜、穩(wěn)定可采的中厚煤層。堅固性系數(shù)f=2。15 號煤層位于太原組下部K2 灰?guī)r下，上距9 號煤層底板28 m，下距K1 砂巖頂5 m。

15102 采 煤 工 作 面 裝 備ZT9600/18/35 型、ZT7800/20/42 型端頭液壓支架，ZTC19300/18/35 型、ZTC27500/18/35 型超前支架，ZZ7800/20/42 型液壓支架、SGZ764/320 型刮板輸送機和MG250/600-WD 型采煤機，工作面采煤實行一次采全高開采方式。

2 刮板輸送機“竄跳”機理及危害

15102 工作面煤層平均傾角為1.2°，為近水平煤層。正常回采期間頭尾落差不足5 m，刮板輸送機運行穩(wěn)定性好，未出現(xiàn)竄跳現(xiàn)象。當工作面回采至480 m 處，工作面中部45#～102#支架前方煤壁揭露一條正斷層，落差為1.6 m，傾角為54°。受斷層影響，斷盤兩側煤體出現(xiàn)空間位移，工作面回采后平均傾角達3°，導致機頭與機尾之間落差達10 m，造成刮板輸送機頻繁出現(xiàn)“下竄上跳”現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，15102 工作面進入斷層區(qū)后刮板輸送機機尾下滑量為0.7 m，斷鏈4 次，5 架支架推移桿出現(xiàn)變形，工作面推進速度不足2.4 m/d。

2.1 刮板輸送機“竄跳”機理

通過對15102 工作面現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)刮板輸送機出現(xiàn)“下滑”現(xiàn)象主要有以下幾方面原因：

2.1.1 工作面傾角影響

受斷層影響，15102 工作面平均傾角為3°，且機頭高于機尾，此時刮板輸送機處于傾向狀態(tài)，在重力作用下產(chǎn)生下滑作用力，受力如圖1。

圖1 斷層傾角區(qū)刮板輸送機受力分析圖

當工作面傾角為β，刮板輸送機重力為G，重力在垂直于底板和平行刮板輸送機方向各產(chǎn)生一個分力G1、G2，其中G1=G·cosβ，G2=G·sinβ；刮板輸送機在G1作用下與底板產(chǎn)生靜摩擦力F靜，F(xiàn)靜=μ·G1=μ·G·cosβ（μ為靜摩擦系數(shù)）。由此可見當工作面傾角越大下滑力G2越大，靜摩擦力F靜越小，越容易出現(xiàn)“下滑”事故。

2.1.2 支架側傾影響

正常回采時支架推移千斤與刮板輸送機垂直布置，推移力垂直向前無分力作用，而15102 工作面斷層區(qū)支架在重力分力作用下出現(xiàn)側傾，造成推移千斤與刮板輸送機之間存在夾角α（α＜90°）。在推移刮板輸送機時推移千斤對刮板輸送機產(chǎn)生垂直向前和與刮板輸送機平行的兩個分力T1、T2，T2方向沿刮板輸送機機尾方向，從而造成刮板輸送機出現(xiàn)“下滑”現(xiàn)象。

2.1.3 采煤機回采影響

采煤機在割煤過程中采煤機、刮板輸送機之間共計存在5 個作用力，分別為設備重力G，采煤機牽引力f1，煤壁對采煤機滾筒產(chǎn)生的阻力f2，采煤機對刮板輸送機產(chǎn)生的反向作用力f3，以及底板對刮板輸送機產(chǎn)生的靜摩擦力f4，如圖2。

圖2 采煤機上行割煤受力分析圖

當煤壁對采煤機滾筒產(chǎn)生的阻力f2越大，采煤機對刮板輸送機產(chǎn)生反向作用力越大，當反向作用力大于靜摩擦力時造成輸送機“下滑”。通過現(xiàn)場實際采煤機工藝來看，工作面存在傾角后從機頭向機尾方向割煤時，采煤機割煤阻力越大，采煤機對刮板輸送機反向力越大，且反向力沿輸送機機尾方向，從而造成刮板輸送機出現(xiàn)“下滑”現(xiàn)象。

2.2 主要危害

1）減小安全出口距離。當刮板輸送機出現(xiàn)“上竄下跳”時機頭或機尾之間的安全出口距離減小，不僅影響安全出口行人、通風，而且造成刮板輸送機與轉載機搭接失穩(wěn)，甚至出現(xiàn)溜槽錯茬、啞鈴銷斷裂等事故。

2）輸送機負荷加大。在煤矸運輸過程中一旦出現(xiàn)刮板輸送機下滑時增加其運輸阻力，增加了電機負荷，很容易出現(xiàn)電機高溫、燒毀等事故。同時，下滑過程中刮板鏈張緊力加大，易出現(xiàn)斷鏈事故。

3）支架傾倒事故。刮板輸送機正常運輸時通過支架推移桿推移并進行固定，當刮板輸送機出現(xiàn)“下滑”時，推移千斤產(chǎn)生扭矩，很容易造成推移千斤變形。同時，在坡度較大區(qū)域，在下滑力作用下會造成局部支架傾倒現(xiàn)象。

3 刮板輸送機“竄跳”現(xiàn)象治理[1-5]

3.1 調整工作面?zhèn)涡?/h3>

1）調整工作面?zhèn)涡敝傅氖枪ぷ髅骖^尾端頭存在錯距，使工作面長度增加，增加量為刮板輸送機“上竄下跳”量△l，偽斜調整后在推移刮板輸送機時使其向“竄跳”反方向移動，而且調整工作面?zhèn)涡焙蠊伟遢斔蜋C與順槽斜角布置，一旦刮板輸送機出現(xiàn)下滑時對回風順槽安全出口堵塞量小。同時，工作面?zhèn)涡焙笠簤褐Ъ芡埔茥U與刮板輸送機近似垂直布置，減少了推力分力使其下滑現(xiàn)象。

2）根據(jù)15102 工作面回采現(xiàn)狀來看，刮板輸送機向機尾方向下滑，所以應使機頭超前機尾布置，但是偽斜量過大很容易造成支護不到位、工作面長度增加、端頭煤柱無法回采等現(xiàn)象。根據(jù)工作面?zhèn)涡庇嬎愎剑篠=L·tanα（S為工作面?zhèn)涡睍r端頭錯距；L為工作面長度；α為工作面傾角），通過計算S=10 m。所以在斷層傾角區(qū)使機尾超前機頭10 m，可減小刮板輸送機下滑現(xiàn)象。

3.2 單體柱輔助推移

單體柱輔助推移是綜采工作面防止刮板輸送機“竄跳”常見技術手段。當刮板輸送機出現(xiàn)下滑時，利用多根單體柱一端支設在支架底座上，另一端支設在輸送機下滑反方向鄰近溜槽底座上，單體柱注液后對刮板輸送機下滑反方向施加作用力，減小輸送機下滑力。通過現(xiàn)場觀察，在機頭、機身以及機尾各布置一組單體柱，每組布置4 根，布置間距為1.75 m，單體柱與刮板輸送機布置夾角為40°～45°。

3.3 優(yōu)化刮板輸送機推移方向

1）工作面?zhèn)涡闭{整后，為了防止刮板輸送機再次出現(xiàn)下滑現(xiàn)象，可采用機頭、機尾同步移架推溜。具體割煤方式如下：從頭端頭斜切進刀，割煤長度為60 m，割煤深度為0.5 m，割煤后及時將采煤機移至尾部進行斜切進刀，割煤長度為60 m；端頭斜切割煤完成后采用頭尾同步超前移架推溜，最后對中部割煤移架推溜。

2）采用端頭同步移架推溜可減小刮板輸送機下滑力，刮板輸送機首尾端頭推移后使中部刮板輸送機形成下滑緩沖區(qū)，避免單一方向推移輸送機時出現(xiàn)下滑微量累加現(xiàn)象，削弱溜槽間側推力。

3.4 安裝支架防倒裝置

為了防止支架傾倒，造成支架推移千斤對刮板輸送機產(chǎn)生下滑側推力，對液壓支架頂板安裝防倒裝置。該裝置主要由防倒耳座、雙向千斤等部分組成，如圖3。每三架支架安裝一套防倒裝置，裝置安裝在支架頂梁下方，安裝后通過雙向千斤張拉使三組支架處于平衡狀態(tài)。

圖3 液壓支架頂梁防倒裝置安裝示意圖

3.5 其他措施

1）減少運煤量。在傾角區(qū)域減小采煤機截割深度及割煤速度，保證刮板輸送機運煤量小、運煤均勻，從而避免因運煤量大、煤矸堆積嚴重，造成煤矸下滑導致輸送機下滑現(xiàn)象。

2）安裝防滑鏈。在機頭與轉載機擋煤板處安裝雙組防滑鏈，刮板輸送機出現(xiàn)下滑時通過防滑鏈可阻止下滑量。

3）清理溜槽底煤。當刮板輸送機出現(xiàn)下滑時很容易拉“回頭煤”造成尾部底煤堆積，刮板運煤阻力大，刮板鏈張緊力大，很容易造成煤流運輸不暢、煤流下滑等，所以每班需定期對溜尾底煤進行清理。

4）加強檢修維護。對傾角區(qū)液壓支架推移桿變形情況進行檢查，一旦推移桿出現(xiàn)變形后很容易造成推移力出現(xiàn)偏移，所以對變形推移桿必須及時更換，同時及時對支架傾斜姿態(tài)進行調整。

4 結語

通過對15102 工作面刮板輸送機采取防止“竄跳”措施后，工作面后期在斷層區(qū)回采過程中有效控制了刮板輸送機“下滑”現(xiàn)象，實測后期總下滑量不足0.3 m，對回風順槽安全出口堵塞斷面小，而且避免了刮板輸送機因下滑造成煤流運輸阻力大、堆煤嚴重以及刮板輸送機與轉載機搭接失調現(xiàn)象。后期回采期間未發(fā)生液壓支架變形、斷裂等故障，減少了設備維修費用達20 余萬元，工作面推進速度提高至4.5 m/d，取得了顯著應用成效。