綜采工作面刮板輸送機(jī)上竄下滑的原因分析與防控措施

白曉生，解立赫

(1.山西汾西香源煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 呂梁 030500；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 資源與安全工程學(xué)院，北京 100083；3.放頂煤開采煤炭行業(yè)工程研究中心，北京 100083)

刮板輸送機(jī)是綜采工作面配套設(shè)備的重要組成部分，其不僅是煤炭裝運(yùn)的首個環(huán)節(jié)，作為采煤機(jī)的運(yùn)行軌道和液壓支架的推移支點，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響礦井的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。而實際生產(chǎn)中，刮板輸送機(jī)很容易發(fā)生上竄下滑現(xiàn)象，導(dǎo)致工作面不能正常循環(huán)作業(yè)，工作面推進(jìn)速度降低。香源煤業(yè)1208工作面主要采用調(diào)斜開采方式來控制刮板輸送機(jī)的竄動問題，根據(jù)1208工作面實際生產(chǎn)經(jīng)驗，改良了調(diào)斜距離計算公式，研究并試驗了適合本礦區(qū)開采煤層工作面條件的調(diào)斜方式以及配合調(diào)斜開采控制刮板輸送機(jī)竄動的措施，提出了調(diào)斜過程中需要注意的問題，對于相似條件下的綜采工作面控制刮板輸送機(jī)上竄下滑具有一定的參考價值。

1 工作面的基本情況

1208采煤工作面采用單一走向長壁采煤工藝，全部垮落法管理頂板。工作面開采煤層為2號煤層，煤層厚度為0.58～2.3m，平均厚度1.63m，工作面傾角為1°～8°，平均傾角5°，回風(fēng)巷底板標(biāo)高高于運(yùn)輸巷(機(jī)尾高于機(jī)頭)，工作面推進(jìn)長度805m，傾斜長度165.7m，平均采高1.7m，進(jìn)刀方式為中部斜切進(jìn)刀，截深0.6m。具體設(shè)備型號如表1、表2所示。

2 工作面刮板輸送機(jī)上竄下滑的分析及觀測方法

2.1 刮板輸送機(jī)上竄下滑的原因分析

表1 工作面“三機(jī)”設(shè)備明細(xì)

表2 支架設(shè)備明細(xì)

(1)刮板輸送機(jī)在非水平工作面中由于自重作用發(fā)生下滑。

(2)刮板運(yùn)輸機(jī)所運(yùn)輸煤炭的重量以及煤炭向傾斜方向滾動對刮板產(chǎn)生沖擊力導(dǎo)致刮板輸送機(jī)下滑。

(3)采煤機(jī)作業(yè)會對刮板輸送機(jī)產(chǎn)生牽引力，受采煤機(jī)的牽引力的影響，刮板輸送機(jī)出現(xiàn)上竄下滑現(xiàn)象。

(4)推移支架時，由于推移桿與刮板輸送機(jī)可能會不垂直，推移千斤頂對刮板輸送機(jī)產(chǎn)生工作面端頭方向的分力F1[4]，使刮板輸送機(jī)發(fā)生向F1方向的滑動，如圖1所示。

圖1 推移桿對刮板輸送機(jī)作用力示意

(5)調(diào)斜推進(jìn)過程中由于人為控制刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾時的操作誤差產(chǎn)生不正確的推進(jìn)度。

2.2 刮板輸送機(jī)上竄下滑的影響

(1)刮板輸送機(jī)下滑時，與轉(zhuǎn)載機(jī)距離太近，搭接過多，導(dǎo)致煤從刮板輸送機(jī)擋板外溢出；反之刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接過小或脫節(jié)時，刮板輸送機(jī)槽底拉回煤[5]，增加設(shè)備運(yùn)行阻力，嚴(yán)重時影響刮板輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)甚至造成設(shè)備損壞，例如：槽體磨損、設(shè)備使用壽命縮短、刮板輸送機(jī)斷鏈、超負(fù)荷作業(yè)致使電機(jī)燒壞等。

(2)刮板輸送機(jī)的上竄下滑會造成工作面上下端頭安全出口寬度變窄，導(dǎo)致安全出口不暢通[6]。必要時，為保證與轉(zhuǎn)載機(jī)正常搭接還需將轉(zhuǎn)載機(jī)向行人側(cè)進(jìn)行移動，不僅增加了勞動強(qiáng)度，還會使行人更加困難，降低作業(yè)效率，發(fā)生緊急情況時影響人員撤離速度。

(3)使支架推移頭發(fā)生傾斜，拉架時損壞推移頭，增加檢修勞動時間；工作面刮板輸送機(jī)上下移動帶動支架[7]，易使支架發(fā)生擠架、咬架、倒架現(xiàn)象，損壞支架，影響工作面生產(chǎn)效率，引發(fā)安全事故，給檢修工作帶來困難。

(4)支架隨著刮板輸送機(jī)上竄下滑發(fā)生位移，拉移時無法正常支護(hù)頂板；上竄下滑帶動支架上下移動，導(dǎo)致一側(cè)端頭空頂面積加大，支護(hù)密度減小，引發(fā)冒頂事故。

(5)刮板輸送機(jī)上竄下滑會導(dǎo)致采煤機(jī)無法割通煤壁，還需人工清理端頭三角煤，降低機(jī)械化程度，增加勞動強(qiáng)度，影響作業(yè)效率。

2.3 刮板輸送機(jī)上竄下滑的觀測方法

(1)觀察刮板輸送機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接程度，刮板輸送機(jī)有無拉回煤現(xiàn)象，可測量刮板輸送機(jī)機(jī)頭中心線與轉(zhuǎn)載機(jī)中心線的距離，以此為依據(jù)，判斷刮板輸送機(jī)是否發(fā)生上竄下滑。

(2)有條件的綜采工作面可以采用在運(yùn)輸巷安設(shè)激光指向儀[8]的辦法，由激光指向儀可直接觀測刮板輸送機(jī)是否發(fā)生上竄下滑。

(3)測量刮板輸送機(jī)機(jī)尾電機(jī)殼最外沿與煤壁的距離(機(jī)頭同樣適用此方法)，一般以1.5m為基準(zhǔn)，測量距離超出基準(zhǔn)距離則為發(fā)生上竄，低于基準(zhǔn)距離則為出現(xiàn)下滑。

(4)觀察支架推移頭受力傾斜方向，推移頭開始向機(jī)頭傾斜為下滑征兆，反之則可能發(fā)生上竄現(xiàn)象。

(5)觀察工作面端頭過渡支架的傾斜方向。

(6)周期性對上下端頭巷道底板標(biāo)高進(jìn)行測量，計算工作面機(jī)頭、機(jī)尾高度差h和工作傾斜角度θ，如圖2所示。預(yù)判工作面向前推進(jìn)過程中θ的變化量，工作面傾斜角度的變化可能會引起刮板輸送機(jī)上竄下滑現(xiàn)象，角度變大有下滑趨勢，角度變小有上竄趨勢，應(yīng)提前準(zhǔn)備相應(yīng)措施。

圖2 工作面傾斜角度計算示意

3 工作面調(diào)斜控制刮板輸送機(jī)上竄下滑

3.1 調(diào)斜距離的確定

在生產(chǎn)過程中最直接的辦法就是根據(jù)煤層傾角對工作面進(jìn)行調(diào)斜，調(diào)斜距離以工作面傾角為主要依據(jù)，按照經(jīng)驗公式(1)[9]進(jìn)行計算：

S=L×tan(θ/2)

(1)

式中，S為經(jīng)驗調(diào)斜距離，m；θ為工作面傾角，(°)；L為工作面傾斜長度，m。

在1208綜采工作面試驗開采過程中，按照經(jīng)驗公式(1)對其進(jìn)行調(diào)斜，以控制其工作面刮板輸送機(jī)的上竄下滑。工作面回風(fēng)巷底板標(biāo)高771.692m，運(yùn)輸巷底板標(biāo)高758.142m ，工作面傾斜長度L為165.7 m，對應(yīng)傾角θ為 5°。依據(jù)經(jīng)驗公式，工作面調(diào)斜角為其傾角的一半，即2.5°，工作面調(diào)斜距離為7.2m。

在工作面傾角5°不變的條件下，嚴(yán)格按照7.2m的調(diào)斜距離進(jìn)行調(diào)斜，但工作面刮板輸送機(jī)卻開始出現(xiàn)上竄現(xiàn)象，并且在幾次調(diào)斜后，刮板輸送機(jī)一直存在上竄現(xiàn)象。重新測量了兩端巷道底板標(biāo)高和工作面傾斜長度，并檢查了計算過程，均無較大誤差。據(jù)此得出，通過公式(1)計算的調(diào)斜距離偏大，所以刮板輸送機(jī)總是出現(xiàn)上竄現(xiàn)象。經(jīng)過對該工作面開采條件以及經(jīng)驗公式(1)計算結(jié)果偏差的原因進(jìn)行分析得出以下結(jié)論：

(1)現(xiàn)場條件因素 雖然工作面整體為單斜構(gòu)造，但煤層傾斜方向有一定起伏，加上構(gòu)造變化較多，開采條件較差，工作面難以嚴(yán)格保持“三直一平”，所以依照經(jīng)驗公式計算的調(diào)斜距離有偏差。

(2)斜調(diào)偏差因素 工作面調(diào)斜距離與其傾角基本成正比，但不是線性比例，其比例系數(shù)大小與傾角角度有關(guān)，傾角越大比例系數(shù)越大。所以調(diào)斜經(jīng)驗公式中的比例系數(shù)對于該礦小角度工作面來說偏大，計算的調(diào)斜距離也偏大。

因此，決定更改調(diào)斜公式。由于2號煤為單斜構(gòu)造，采區(qū)內(nèi)所有采煤工作面平均傾角均為5°(1°～8°)，根據(jù)以往對工作面調(diào)斜距離公式進(jìn)行改良的方法[10]，通過在1208工作面進(jìn)行試驗和計算，得出適合本工作面條件的調(diào)斜距離計算公式如下：

S=L×tan(2θ/5)

(2)

3.2 改良調(diào)斜距離后的實踐情況

通過改良調(diào)斜公式(2)重新計算工作面的調(diào)斜距離，并在1208綜采工作面進(jìn)行調(diào)斜實踐，該工作面傾角1°～8°，工作面斜長165.7 m，在工作面的整個開采過程中，周期性地對工作面傾角進(jìn)行測量，嚴(yán)格按照改良調(diào)斜距離計算公式計算不同傾角下的工作面調(diào)斜距離，并進(jìn)行調(diào)斜，刮板輸送機(jī)未出現(xiàn)嚴(yán)重的上竄下滑現(xiàn)象。因此，利用改良調(diào)斜距離計算公式(2)來調(diào)斜工作面，可以在一定程度上達(dá)到控制工作刮板輸送機(jī)上竄下滑的目的。

3.3 具體調(diào)斜方式

以機(jī)尾∶機(jī)頭=2∶1調(diào)斜方式為例：

第1次斜調(diào)機(jī)尾作業(yè)時，采煤機(jī)從90號支架入刀截割至機(jī)尾后返回割至80號支架，從機(jī)尾向機(jī)頭方向推移此段刮板輸送機(jī)；采煤機(jī)繼續(xù)從80號支架入刀割向機(jī)尾，反空刀至80號支架繼續(xù)割向機(jī)頭，從機(jī)尾向機(jī)頭推移刮板輸送機(jī)至70號支架，采煤機(jī)割通機(jī)頭返刀割向機(jī)尾后，從70號支架向機(jī)頭推移刮板輸送機(jī)，完成1次調(diào)斜機(jī)尾作業(yè)。后續(xù)斜調(diào)機(jī)尾作業(yè)時，每次的入刀位置依次向機(jī)頭方向退后15m。

工作面調(diào)斜比例為機(jī)尾∶機(jī)頭=2∶1，每次推移刮板輸送機(jī)時，以工作面煤壁凸出部分行程為準(zhǔn)，將刮板輸送機(jī)推至煤壁，每調(diào)斜2次機(jī)尾后工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)1次，調(diào)整工作面直線度。當(dāng)工作面調(diào)斜至調(diào)斜公式計算的調(diào)斜距離時，停止調(diào)斜，正規(guī)循環(huán)。

3.4 調(diào)斜時需注意的問題

調(diào)采時，應(yīng)在刮板輸送機(jī)竄動的方向采斜刀，并逆著竄動方向推移刮板輸送機(jī)。工作面調(diào)斜應(yīng)根據(jù)其傾角的大小或變化及時調(diào)整，當(dāng)工作面傾角較大或傾角變化較大時，要加大調(diào)采力度，一般采用3∶1或4∶1的調(diào)采比例，且調(diào)采需連續(xù)進(jìn)行；工作面傾角較小或傾角變化較小時，一般采用2∶1的調(diào)采比例。 調(diào)斜工作面控制刮板輸送機(jī)上竄下滑時，工作面液壓支架也會向相應(yīng)方向橫向移動，為防止液壓支架橫向移動時歪架、擠架、咬架、倒架，必須嚴(yán)格保證工作面“三直一平”[11-13]。

液壓支架與刮板輸送機(jī)緊密相連，液壓支架對于控制刮板輸送機(jī)上竄下滑有很大影響，當(dāng)刮板輸送機(jī)與液壓支架推移桿不垂直時，控制其上竄下滑就比較困難，因而，在刮板輸送機(jī)調(diào)向后控制液壓支架的推移非常重要。可采用單向割煤、單向推移工作面刮板輸送機(jī)來避免推移桿偏移， 還可通過在拉架過程中采用單體支柱頂推支架，調(diào)整支架方向，防止支架下滑、歪斜，這還能增加支架的移架能力。

4 刮板輸送機(jī)上竄下滑的其他防控措施

工作面回采是一個動態(tài)過程，僅采用工作面調(diào)斜推進(jìn)不足以達(dá)到完全防控刮板輸送機(jī)上竄下滑的目的，還需其他工作配合進(jìn)行：

(1) 做好刮板輸送機(jī)和液壓支架的檢修工作，保證液壓支架初撐力達(dá)標(biāo)，刮板輸送機(jī)與液壓支架緊密連接。

(2)驗收員的驗收工作對于控制刮板輸送機(jī)的上竄下滑至關(guān)重要。每班驗收員必須測量刮板輸送機(jī)機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)的搭接程度和機(jī)尾到煤壁的距離；檢驗工作面是否達(dá)到“三直一平”的標(biāo)準(zhǔn)；檢驗刮板輸送機(jī)能否正常工作；填寫動態(tài)監(jiān)測臺賬；驗收員現(xiàn)場交接班時，要針對刮板輸送機(jī)和液壓支架的運(yùn)行情況多加溝通，有問題及時向隊組匯報。

(3)每班技術(shù)人員需對工作面傾角、機(jī)頭和機(jī)尾的推進(jìn)度進(jìn)行計算，結(jié)合工作面實際條件，分析并給出防控刮板輸送機(jī)上竄下滑的開采方案。

(4)一旦發(fā)現(xiàn)刮板輸送機(jī)有上竄下滑的跡象，必須及時做出調(diào)整。刮板輸送機(jī)方面要針對刮板輸送機(jī)上竄下滑程度及時推移機(jī)頭或機(jī)尾，消除支架框架受力狀態(tài)，控制刮板輸送機(jī)的移動方向；支架方面要嚴(yán)格執(zhí)行單向移架、順序追機(jī)移架，不應(yīng)任意分段移架或由兩端向中間擠推。

5 結(jié)束語

綜采工作面刮板輸送機(jī)上竄下滑會嚴(yán)重影響工作面正常生產(chǎn)，實際表明每次影響都在3～5d左右，帶來的經(jīng)濟(jì)損失約30～50萬元。控制住刮板

輸送機(jī)上竄下滑，就相當(dāng)于減少了煤礦的經(jīng)濟(jì)損失[12]，減少了煤礦工人的勞動強(qiáng)度，增加了煤礦開采的安全性。由于我國煤礦井下條件復(fù)雜多變，刮板輸送機(jī)上竄下滑防控是一項極為復(fù)雜的技術(shù)，還需相關(guān)專業(yè)人士的共同努力，得到一套系統(tǒng)的、可針對不同開采條件的防治措施，保證綜采工作面安全高效生產(chǎn)。

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