大倾角综采工作面关键技术研究与探讨

刘新华，荣和芳

（1.煤炭科学研究总院开采设计研究分院，北京 100013;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013; 3.大同煤矿集团机电装备制造有限公司，山西大同 037003）

大倾角综采工作面关键技术研究与探讨

刘新华1，2，荣和芳3

（1.煤炭科学研究总院开采设计研究分院，北京 100013;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013; 3.大同煤矿集团机电装备制造有限公司，山西大同 037003）

针对大倾角综采工作面在开采过程中存在的技术问题，从液压支架防倒防滑、输送机防滑、工作面作业空间安全防护3个方面对大倾角综采面的关键技术进行了分析，总结了大倾角综采面防倒防滑的具体措施与解决方案，对大倾角综采工作面的安全高效开采具有一定参考作用。

大倾角;综采工作面;液压支架;防倒防滑

大倾角液压支架技术条件中规定:支架最大高度≤3.2m，使用倾角为35～55°，或支架最大高度介于3.2～4.5m之间，使用倾角20～40°的液压支架为大倾角液压支架。大倾角液压支架技术条件中从煤层倾角、支架最大高度2方面对大倾角支架进行了定义。大倾角工作面在开采过程中主要存在3方面的技术难题:工作面液压支架容易倾倒、下滑;工作面输送机与采煤机容易下滑;工作面作业空间易受滑落煤体影响。针对以上难题，大倾角综采工作面一般采取以下措施。

1 液压支架防倒防滑技术

大倾角工作面中，因煤层倾角大，液压支架容易下滑与倾倒，从而极大地影响采煤安全与效率，所以在大倾角工作面中必须采取措施提高支架整体稳定性，具体可采取3种措施。

1.1 提高单台支架稳定性

液压支架在使用过程中存在2种稳定性:一种是静态稳定性，另一种是动态稳定性。静态稳定性是支架支撑顶板中的稳定性;动态稳定性是指降架、拉架、升架整个循环过程中的稳定性。支架接顶后，由于支架顶梁与顶板间摩擦力和底座与底板间摩擦力的和大于支架下滑力，只要顶底板不破碎，支架一般较稳定。动态稳定性在支架设计中需要重点关注，因为降架后只有底板给予支架摩擦力，该摩擦力与支架重力沿底板的垂直分力、摩擦系数和工作面倾角有关，随着煤层倾角的增大摩擦力明显减小。

提高单台支架稳定性有4种措施:从设计角度出发，减小支架底座、四连杆机构、顶梁、掩护梁配合间隙，同时减小轴孔配合间隙;从使用角度出发，采用带压擦顶移架，在移架过程中工作面顶板也给予支架摩擦力，这种移架方式可提高支架稳定性;支架设计中尽量加大底座宽度;在底座底板平面上设计防滑条、防滑网格等，加大底座与工作面底板之间的摩擦系数以提高底座与底板间的摩擦力。图1为底座上焊接防滑条示意图。

1.2 提高多台支架稳定性

单台支架不能完全满足稳定性要求时，可考虑把多台支架连为一体，如把3台支架连为一体，相当于支架底座宽度增加，支架高宽比减小，支架稳定性可大幅度提高。

图1 支架底座防滑条示意

多台支架可以在支架与支架的顶梁之间、底座前部或后部之间、连杆 （大采高大倾角支架）之间都可以通过千斤顶等机构连为一体。连接顶梁的机构称为防倒机构，防倒机构主要有2大类:一类是软连接防倒机构 （如图2所示），其优点是自由度大，缺点是结构不紧凑，采高较小时影响行人，只能单向受力;一类是硬连接防倒机构 （如图3所示），其缺点是自由度小，优点是结构紧凑，双向受力。一般大采高工作面支架采用软连接防倒机构，采高较小工作面支架采用硬连接防倒机构。

图2 软连接防倒机构

图3 硬连接防倒机构

连接底座的机构为防滑机构，一般有2种:一种是连接头形式 （图4），优点是结构简单、自由度大，但千斤顶轴向结构不紧凑，影响千斤顶行程;一种是耳轴式 （图5），优点是结构紧凑、千斤顶行程大，但结构复杂，自由度小。

图4 连接头式防滑机构

图5 耳轴式防滑机构

大倾角工作面支架移架顺序一般是由下向上顺序移架。支架降架时，倚靠着下面邻架向前移动，所以支架间的间隙必须进行控制，只有控制好架间间隙才能保证顺利移架、避免咬架现象发生。架间间隙主要控制顶梁与顶梁之间的间隙和底座与底座之间的间隙。顶梁之间的间隙主要是通过顶梁侧护板调节或控制;底座之间的间隙主要是通过安装在底座上的调架梁机构或者是底调千斤顶，底调千斤顶可以采用1个，也可采用2个。对于倾角较大的工作面，底调机构中千斤顶下腔管路中安装单向锁闭锁控制。

1.3 工作面下端头处采用“锅底坑”布置方式

大倾角工作面布置设备时，下端头处可以有一定的弯曲，逐步递减倾角，增大下端头支架的稳定性，这样布置的优点是下端头处可以形成稳定的支撑区域。因为大倾角工作面下端头处的支架稳定性是整个工作面设备稳定的基础。

2 刮板输送机防滑

刮板输送机的特点决定了靠自身结构很难保证其稳定性，只能通过外部条件来提高其稳定性。刮板输送机防滑措施主要有3种。

（1）改善采煤工艺 采煤机单向割煤，下行时割煤，上行时装煤。下行割煤时煤体给予滚筒的反作用力最终传递到运输机。

（2）改变推溜顺序 大倾角工作面，推溜与移架顺序正好与割煤方向相反，从下向上推溜产生的位移量可补偿运输机的下滑量。

（3）采用支架推移机构与输送机防滑机构

支架推移机构:支架设计中控制推杆与底座两侧间隙，减小推杆摆动量，依靠推杆防止输送机下滑。输送机防滑机构:受空间限制，防滑油缸缸径较小，防滑力有限，安装后影响行人空间;防滑链条断后容易伤人;防滑油缸进回液接口、活塞杆难以维护容易损坏。因此，这种防滑机构在实际使用中很难有效发挥防滑作用，但是该机构因其拆装方便，不影响支架其他机构，所以一般预留 （图6）。

3 工作面作业空间的安全防护

对于大倾角工作面来说，煤壁片帮、冒顶、采煤机割煤、输送机运煤、支架升、降循环过程中都有可能造成煤矸下滚、下窜，随着煤层倾角的逐渐增大，造成人员与设备损伤的机率越来越大。因而必须采取相应的防护措施。

安全防护技术主要在工作面走向和倾向2个方向:工作面走向一般可采取柔性防护措施，如悬挂防护网、防护链条;工作面倾向也可悬挂防护网、胶带等，或者是在支架顶梁上设计防护板 （大采高支架设计中采用），如图7所示。

图6 输送机防滑机构示意

图7 大采高液压支架安全防护板

4 结论

（1）上述关键技术的应用是大倾角综采工作面成功的基础。其中，液压支架防倒防滑技术是大倾角工作面的重点和难点，只有液压支架不倒不滑，其他设备才能正常工作。液压支架防倒、防滑措施多种多样，在实际矿井生产中，应根据煤层顶底板条件、采煤工艺、采高等合理选择。

（2）输送机与采煤机防滑也是大倾角工作面的关键技术，输送机防滑主要依靠液压支架推移机构，支架设计中必须合理控制推杆与底座间隙。

（3）作业空间的安全防护也是大倾角工作面的重点，只有保证人员与设备的安全，工作面才能正常推进。

大倾角工作面若采取以上措施，同时加强工作面管理，也能实现高产高效。

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Key Technology of Full-mechanized Mining Face with Large Angle

LIU Xin-hua1，2，RONG He-fang3

（1.Coal Mining＆Designing Branch，China Coal Research Institute，Beijing 100013，China; 2.Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China; 3.Datong Coal Mine Group Mechanical and Electrical Equipment Manufacturing Co.，Ltd.，Datong 037003，China）

For the technical problems in full-mechanized mining large inclined coal-seam，this paper analyzed key technologies from anti-sliding and anti-skidding of powered support and scraper and safety protecting in working space.Correspondingmeasurement and resolvemethod was concluded，which provide reference for safe and high-efficiencymining large inclined coal-seam.

large inclined-angle;full-mechanized mining face;powered support;anti-sliding and anti-skidding

TD823.21

A

1006-6225（2012）05-0040-03

2012－05－08

国家高技术研究发展计划 （863计划）重大项目:煤炭智能化掘采技术与装备 （一）（2012AA06A407）;天地科技股份有限公司科技发展基金项目:综采工作面配套装备数字化模拟技术 （TE－JJ－09－KC－7）

刘新华 （1976－），男，内蒙古察右中旗人，硕士，工程师，主要从事液压支架等煤矿支护设备的设计研究工作。

［责任编辑:徐亚军］