刮板输送机“上窜下滑”原因与控制技术

乔伟杰

(大同煤矿集团安全监管五人小组管理部，山西 大同 037000)

0 引言

北辛窑井田共有3个可采煤层(2号、5号、6号)，井田北部煤层倾角较大，约为22°，南部相对较小，上层煤(2号煤)平均厚度5.63 m。为实现早期试投产的目的，首采工作面布置在井田北部的2号煤层11采区，8103首采工作面沿煤层倾斜方向布置，采用走向长壁后退式放顶煤开采工艺。由于煤层倾角大，可能出现工作面前后刮板输送机、液压支架出现“上窜下滑”的现象[1-4]。为避免这一现象，北辛窑煤业对“上窜下滑”的机理进行了分析，并对控制方法进行了实践。

1 工作面概况

8103工作面位于2号煤层一采区，标高918～1 063 m；2103巷走向长度2 063.2 m，5103巷走向长度1 865 m；倾向长度165 m，工作面长181.2 m；平均倾角22°，面积308 700 m2；工作面为首采面，西邻+1040回风巷，工作面2条顺槽呈近东西方向布置，切眼呈近南北方向布置。工作面总体基本呈南西高北东低，煤层倾角19°～25°，一般为22°～23°，距2103皮带顺槽北帮0～90 m发育一条正断层(DF9)。两顺槽在掘进过程中共揭露8条断层，揭露断层位置全部位于停采线以外，对煤层回采影响较小。

2 “上窜下滑”机理分析

2.1 受力分析

当工作面布置成伪斜工作面时，支架给刮板输送机的推力由F推1变化为F推2，沿坐标系进行受力分解，刮板输送机向前运动的力为F推4，如图1所示。刮板输送机又增加一个向溜尾的推力F推3，垂直布置工作面时抵消下滑的力只有摩擦力f，现在抵消刮板输送机下滑的力又增加了一个F推3，因此要控制刮板输送机下滑，只需控制F推3的大小即可。而F推3的大小受hg长度(头巷超前推采距离)影响，当hg太大时，f与F推3的合力太大，则刮板输送机上窜[5-8]；当hg太小时，f与F推3的合力不足以抵消Gx，则刮板输送机下滑。

图1 刮板输送机受力分析

2.2 超前推采距离计算与改进

推采距离的计算：头巷超前推采距离的计算可根据经验公式(1)，图2为工作面头巷超前推采距离L与调斜角θ之间的关系示意图。

图2 工作面头巷超前推采距离L与调斜角θ之间的关系

L=L1tan(α/2)

(1)

式中，L—经验超前推采距离；L1—工作面倾向长度；α—工作面真倾角。依据式(1)，工作面调斜角θ为其真倾角α的一半，计算得出超前推采距离L为32 m。但试产初期，维持设计的距离进行平稳推进后，发现工作面前溜向尾方向上窜，致使前溜头缩短，与转载机不能有效搭接。同时前溜尾与5103回风顺槽外煤帮顶死，造成安全出口不畅通，于是采取调尾工作。在调尾的过程中，保证头巷超前推采5 m距离时，又出现前溜下滑现象，造成了前溜头变长，导致前溜头顶住转载机的下帮侧。

改进计算：经过反复摸索，通过对经验公式进行试验性总结，得出试验超前推采距离公式

L=L1tan(1/8～1/6)α

(2)

工作面调斜角θ为真倾角的1/8～1/6之间，即工作面调斜角为3°～4°。工作面头巷超前推采(伪斜量)8～10 m的距离能在一定程度上使刮板输送机在倾斜面上的受力达到动态平衡的状态，从而有效控制刮板输送机的“上窜下滑”，保证安全生产。

3 控制技术及实践效果

3.1 防止“上窜下滑”的措施

正常情况下采取的措施：①头巷超前推采距离(伪斜量)的有效把握。将工作面布置成伪斜工作面进行回采，因5103回风顺槽标高大于2103皮带顺槽标高60～80 m，所以正常情况下，保证工作面调斜成与尾巷垂线成3°～4°(调斜角)，头巷超前推采距离(伪斜量)为8～10 m；②割煤方式。采用从上端头(尾端头)单向割煤的方式即上端头斜切进刀，下行实刀割煤，上行空刀清浮煤，往返一次进一刀；③移架方式。采煤机下行割煤，采用带压擦顶分组移架的作业方式从尾向头移架，每次分组3～5架，组间按照间隔顺序移架(如1#、2#、3#为一组先移2#架，再移1#架、3#架)，组内原则上从下往上(从头向尾)移架；④推(拉)溜的方式。采煤机上行(从头向尾)空刀清浮煤时，采用从头向尾的方式进行推前溜来控制刮板输送机的下滑，采煤机割完一刀煤后或割完2刀煤放完顶煤后，开始从头向尾依次拉后溜；⑤根据工作面头巷超前推采距离(伪斜量)及时调整支架角度，保证支架与刮板输送机垂直。在回采期间，由于支架受自重下滑和顶板破碎等因素影响，支架可能出现倾斜现象，若朝机头倾斜时，会导致前溜下滑、后溜上窜，若朝机尾倾斜时，会导致前溜上窜、后溜下滑，所以当支架与刮板输送机不垂直时必须及时靠架，调整支架角度，靠架时必须通过支架侧护板、底调油缸来调整支架方位；⑥正常情况下，前后溜与转载机搭接要在合理范围内，一般溜头链轮外沿伸出转载机靠内煤帮中部单边槽200 mm运煤较适宜，在转载机靠外煤帮中部单边槽侧用单体顶住转载机底座，保证下端头安全出口人行道宽度，溜头滑移200 mm视为刮板输送机“上窜下滑”，每班跟班上岗干部必须对前后部刮板输送机“上窜下滑”情况进行观测并记录，根据观测数据及时进行分析，控制头巷超前推采距离(伪斜量)；⑦保证工作面工程质量达标，确保工作面的“三直一平，两畅通”，工作面刮板输送机的平整度，支架的直线度是控制刮板输送机“上窜下滑”的基础保证；⑧当割煤到工作面下端头20 m范围内，放缓工作面倾斜角度，在1#过渡支架与端头支架间安设一台特殊小支架(0#支架，如图3所示)来加强下端头倒三角区域排头支架管理及顶板支护的稳定性。

图3 0#特殊小支架实物图

上窜期间采取的措施：①刮板输送机上窜时，以机头为调斜中心进行调刀，一般机头、机尾按1∶2或1∶3比例进行调小(大)刀，调小刀即头刀割煤时割1次机尾不割机头，第2刀割一次通刀，调大刀即头刀割1次机尾不割机头，第2刀割1次机尾不割机头，第3刀割一次通刀，调大刀时第1刀，第2刀割机尾距离按奇数架或偶数架排列进行割机尾(比如头刀割机尾30架，第2刀割机尾50架进行调刀)；②刮板输送机上窜时，工作面支架与刮板输送机一般不垂直，在拉架期间要充分利用支架的防倒、防滑装置进行靠架[9-12]；③刮板输送机上窜时从机尾向机头推溜，调刀时支架必须垂直刮板输送机进行推溜。

下滑期间采取的措施：①刮板输送机下滑时，以机尾为调斜中心进行调刀，一般机头、机尾按2∶1或3∶1比例进行调小(大)刀；②在拉架期间要充分利用支架的防倒、防滑装置进行靠架，必要时利用单体支柱配合进行靠架；③刮板输送机下滑期间进刀方式调整为从机头进刀，从机尾向机头返空刀清浮煤，调刀时支架必须垂直刮板输送机进行推溜。

3.2 现场实践

设备连接头的改进：试采期间，由于煤层倾角大，刮板输送机下滑较难控制，支架刮板输送机间的连接钩头与推移框架存在一定角度，推溜过程中易造成连接头损坏破断，如图4(a)所示，连接头的损坏更难以控制刮板输送机的下滑。起初选用铸铁材质的连接头，强度和柔韧性不能达到生产实际需要，经验证，选用铸钢焊接材质能提高连接钩头的强度和柔韧性，如图4(b)所示。

图4 连接头实物图

经济效益及经验：在回采过程中产生了显著的经济效益，通过1月～2月两个月的时间进行了对工作面设备、安全设施的完善及试生产工作，3月份正式开始出煤，完成原煤产量6.1万t的好成绩，5月份原煤产量达13.7万t，实现历史最高水平。为开采相似缓倾斜煤层工作面控制刮板输送机“上窜下滑”提供了非常宝贵的经验，同时也为同煤集团其他类似大倾角工作面提供了参考。

4 结论

(1)将大倾角综放工作面布置成伪倾斜工作面进行回采，控制头巷超前推采距离(伪斜量)在8～10 m范围内能基本上使溜槽受力平衡，保证液压支架和刮板输送机下滑速度和向上推进达到基本平衡的状态。

(2)工作面下端头排头支架的稳定性是防止中部支架下滑的关键，因此工作面下端头20 m范围内，放缓了工作面倾斜的角度，在1#支架与端头支架间安设了一台特殊小支架(0#支架)来加强头部倒三角区域顶板支护的稳定性。

(3)头巷超前推采距离(伪斜量)与煤层倾角、生产工艺和设备、支架与刮板输送机间的连接钩头完好情况等都有关系，需要结合实际情况进行参数的计算和选取。