急倾斜煤层综采工作面“三机”的改进

李瑞珍

（山西省吕梁市柳林县煤炭工业局， 山西 吕梁 033300）

引言

一般将倾角在45°以上的煤层定义为急倾斜煤层，我国有4%的煤炭贮存于急倾斜煤层，而急倾斜煤层回采工作面的数量超过总回采工作面的8%，这是因为其分布较为广泛，大部分矿区内均存在急倾斜煤层[1]。随着机械化开采的推进，我国的近水平、缓倾斜及倾斜煤层都可进行机械化开采，由于急倾斜煤层综采工作面的支架稳定性、采煤机和运输机的防滑等难题制约了对急倾斜煤层的开采[2]。随着开采难度较低的煤炭储量日益减少，对急倾斜煤层实现机械化开采是必须攻克的课题。本文以属于急倾斜煤层的某矿2602工作面为例，对工作面的采煤机、刮板运输机和液压支架进行相关优化改进，以适应急倾斜煤层开采的要求。

1 矿井概况

1.1 地质概况

某矿的2602综采工作面位于该矿材料运输巷Ⅲ段，整体是向斜构造，向斜的轴在工作面的中部，呈南北走向，向斜轴的东侧地层的倾角相对平缓，西翼由于断层的影响导致地层隆起，局部的倾角达到47°。工作面最大俯采高度为50°，平均为43°。工作面的标高为-370～-450 m。沿走向工作面长约460 m，沿倾向长约120 m。2602综采工作面上方为2601采空区，下部为2605工作面，左为材料运输巷Ⅲ段，右为断层。根据勘探结果，2602工作面的煤层厚度在4.0～4.5 m之间，平均为4.2 m，煤层的结构相对复杂，含矸数层。

1.2 开采工艺及设备配套

表1所示为2602综采工作面机械开采主要设备。2602综采工作面采用的是上行割煤，但由于综采工作面的倾角过大，上行割煤的方式使得采煤机既要克服自身的质量还要克服割煤的阻力，并且在进行割煤时使得刮板输送机在倾向的分力过大，导致刮板输送机极易出现滑移。并且在回采时，经常出现液压支架倾倒的事故。因此，亟待对2602工作面的采煤机、刮板输送机和液压支架进行改进。

表1 2602综采工作面机械开采主要设备

2 采煤机的改进

2.1 电气牵引的改进

将SGZ-630/220型采煤机的滑差牵引改为交流变频电牵引，交流变频电牵引相较于滑差牵引具有更好的稳定性和可靠性，而且故障率低，使采煤机的开机率得到有效提高。用30 kW的YBQYS5-30（A）380 V替换原有的22 kW的YBCTS225-4A牵引电机，增大了采煤机的牵引力。

2.2 导向滑靴的改进

采煤机进行大倾角俯采时，其导向滑靴受到的力会增大，为增强采煤机的稳定性，需对导向滑靴的强度进行加强。在导向滑靴的煤帮侧增设肋板，增加底板的厚度，增加滑靴老塘侧的厚度，并在滑靴的两端加装螺纹钢。经过上述改进可以提高滑靴的整体强度和耐磨性，延长导向靴的使用寿命以适应大倾角俯采。

2.3 平滑靴的改进

由于平滑靴的高度与采煤机的俯采角度成负比例关系，为减小采煤机的俯采角度，减小采煤难度，将平滑靴的高度增加10mm，此时采煤机的俯采角度减小了2°，通过改进降低了平滑靴的受力，延长了平滑靴的使用寿命。

2.4 支撑板的改进

由于采煤机在进行大角度俯采过程中的重心会向煤壁侧偏移，使得作用在支撑板上的力增加，因而有必要对支撑板进行强化[3]。最快捷可靠的改进方案是采用强度更高的材质。用经过调直处理的NM360高强度耐磨板替换原来的45号钢，使支撑板硬度得到提高，一方面可以增强采煤机的稳定性，另一方面为其他元件提供保护。

3 刮板运输机的改进

1）将溜槽的中板由原本的16Mn钢改为采用NM360耐磨钢，并将锰质底板加厚至20mm。通过此项改进可以使溜槽的强度和性能得到增强。

2）采用堆焊工艺在滑道的上表面焊接一层V形耐磨层，以增强滑道的耐磨性，延长滑道的使用寿命。

3）大倾角俯采工作面由于角度过大，导致刮板运输机受力极不均匀，尤其是推移耳座会出现变形扭曲。将刮板输送机推移耳座的厚度从50mm增加到65mm，以保证强度要求。

4 液压支架防滑防倒的改进

4.1 支架防倒的改进

1）增设操纵阀。原支架通过一个操纵阀同时控制掩护梁和后连杆侧护板，收回掩护梁护板时，由于同一双向锁的作用，顶梁侧护板也会被回收；同理，支出掩护梁的侧护板时，顶梁的侧护板也会被支出，不利于调架操作。因此，将顶梁和掩护梁护板分开控制，顶梁由原来的控制阀控制，增加一个操纵阀控制掩护梁的活动测护板。采用此改进实现了顶梁侧护板和掩护梁的独立控制，便于移架。

2）支架间安装顶梁横连千斤顶。在开切眼倾角较大处安装斜拉防倒千斤顶，在其余位置每隔5部支架安装一套斜拉防倒千斤顶。具体安装顺序为：前方液压支架的底座连接头→销轴防滑千斤顶→双耳链环卡→圆环链→后部支架顶梁防倒座。

4.2 支架防滑的改进

1）机头、尾顶锚。推进工作面时，机头与机尾处的支架顶梁和护帮装置会倾斜，导致支架之间的间隙过大，出现掉渣的情况。通过顶锚系统可以让机头和机尾的第一架护帮装置移动时保持平行。机头与机尾顶锚通过千斤顶、双耳链环卡和圆环链销轴与第一、三架顶梁防倒座连接。

2）下端头支架与中间架防滑。依靠锚固千斤顶连接1号和3号支架的尾部，通过安装在3号支架底侧的推千斤顶控制其下滑，通过与1号支架锚固的千斤顶调整其下滑，采用此项措施可以使下端头的三部支架形成稳定的“锚固站”，避免工作面的支架在进行移架时出现下滑[4]；在中间架的底部均安设推千斤顶，进行升架时，可以通过控制底部的推千斤顶控制支架的下滑。

5 现场应用

某矿在对综采工作面的“三机”进行改进后，经过了5个月的工业性试验。在试验期间未发生一起工作面支架倾倒、下滑事故，并且月产量得到了大幅提高，由原来的1.9万t增长达到了稳定的3万t，工作面的原煤工效由4.6 t/工提高到了9.2 t/工，改进后的三机满足该矿生产的需要。

6 结语

对急倾斜煤层综采工作面的采煤机、刮板运输机和液压支架进行相关改进，经现场应用表明，本改进有效地避免了工作面设备倾倒下滑事故的发生，为工作面稳定高效生产提供了保障。