綜采工作面支架防倒調(diào)斜技術(shù)研究與應(yīng)用

劉 凱

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030000）

采煤工作面在回采傾斜、急傾斜煤層時(shí)，由于受到綜采設(shè)備布置方式、煤層賦存傾角、切眼與煤層夾角、作業(yè)循環(huán)方式等因素影響，回采過程中，往往造成溜子上竄下滑、支架倒架等現(xiàn)象[1-2]。隨著煤層傾角變化，切眼內(nèi)溜子出現(xiàn)下滑時(shí)，導(dǎo)致機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接不暢，形成大量的前溜“回頭煤”，造成設(shè)備磨損嚴(yán)重，增加設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷。隨著機(jī)頭下滑，不斷調(diào)整轉(zhuǎn)載機(jī)位置，也會壓縮工作面端頭的安全空間，影響緊急避險(xiǎn)通道。因此，如何有效解決傾斜煤層在回采過程中的設(shè)備下滑問題，提高設(shè)備安全運(yùn)行效率，具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。

1 工作面概況

鎮(zhèn)城底礦28116 采煤工作面主采8#煤層，該煤層平均厚度為4.1 m，可采范圍內(nèi)煤層賦存相對穩(wěn)定，煤層傾角為8°，煤層埋深為450 m。工作面設(shè)計(jì)切眼長度為 145 m，膠帶順槽長度533 m，軌道順槽長度530 m。受煤層賦存及地質(zhì)條件限制，切眼施工坡度為 7°。經(jīng)采前勘探，工作面切眼向外110 m 處，受到地質(zhì)構(gòu)造影響，工作面局部坡度可達(dá)到 12～21°不等，平均坡度為 16.5°（軌道順槽高程大于膠帶順槽）。在回采期間，受坡度不斷變化的影響，工作面前后溜出現(xiàn)明顯下滑現(xiàn)象，切眼內(nèi)中段支架也出現(xiàn)局部倒架、擠架現(xiàn)象，嚴(yán)重制約工作面的正常采煤生產(chǎn)。

2 設(shè)備下滑因素分析

28116 采煤工作面采用綜采支架放頂煤工藝進(jìn)行生產(chǎn)，工作面內(nèi)存在較大向斜構(gòu)造，貫穿整個(gè)工作面。工作面膠帶順槽煤層底板標(biāo)高為+748 m，軌道順槽煤層底板標(biāo)高為+772 m，巷道之間高差為24 m。當(dāng)切眼垂直于兩巷推進(jìn)時(shí)，切眼內(nèi)底板坡度呈16.5°，接近溜子與支架的極限坡度，造成管理困難，同時(shí)，增加了支架和溜子處于斜面坡度上的下滑分力，產(chǎn)生下滑現(xiàn)象。

若按照采煤機(jī)割煤循環(huán)，每班先割一刀機(jī)頭，同時(shí)從機(jī)尾向下開始推溜，直至拉架結(jié)束，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際觀測，此循環(huán)每排拉架可造成前溜下滑36 mm；若采煤機(jī)每班先割一刀機(jī)尾，支架從機(jī)頭開始向上拉架，則每循環(huán)前溜下滑長度為7 mm。因此，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，工作面設(shè)備下滑主要原因源自向斜構(gòu)造產(chǎn)生的底板斜面。為了有效解決此問題，可采取調(diào)斜的方法，主要原理為：在正常割煤作業(yè)時(shí)，為及時(shí)接煤運(yùn)輸，隨著割煤機(jī)破除煤壁落煤后，支架工會順著采動方向拉架推溜。由于架前煤壁空間大小不一，每架的推移移近量不等等原因，造成前溜在一定程度上形成水平面和上下空間層面的彎曲，產(chǎn)生偏移。雖然偏移的幅度較小，但受到偏移后的分力作用，當(dāng)采煤機(jī)從機(jī)尾割刀向機(jī)頭運(yùn)動時(shí)，該分力則主要集中作用于機(jī)頭。當(dāng)采煤機(jī)由機(jī)頭割刀跑向機(jī)尾時(shí)，設(shè)備承受分力則作用于機(jī)尾。在設(shè)備調(diào)斜期間產(chǎn)生的分力會抵消部分下滑分力，最終影響設(shè)備下滑的快慢程度和移近量大小[3-4]。

3 支架防倒與調(diào)斜

3.1 工作面調(diào)斜

隨著工作面底板坡度的增大，設(shè)備下滑趨勢不可避免，可采用調(diào)整偽斜的方式通過坡度較大區(qū)域，在現(xiàn)階段具有明顯的效果。調(diào)斜方式可通過下列計(jì)算方法求得。

圖1 工作面調(diào)斜示意圖

由圖1 可得，設(shè)定經(jīng)過調(diào)斜后切眼與軌道順槽之間的夾角為α，回采過程中未出現(xiàn)前溜下滑，則拉架時(shí)致使前溜上移距離為L×sin α，其中L 為每刀截割深度。據(jù)此推理，當(dāng)前溜下滑距離達(dá)36 mm時(shí)，為了抵消下滑距，需L×sin α=36 mm，每刀截深為600 mm，則α 為3.4°。

設(shè)定工作面?zhèn)涡遍Lx m，即工作面兩巷間距在切眼內(nèi)斜距差為x m。

x 計(jì)算公式為：x = M×sin α

式中：M 為工作面切眼長度，m；α 為工作面調(diào)斜角度，（°）。

工作面的切眼長度為 145 m，調(diào)斜角度為3.4°，把數(shù)據(jù)代入式中，可得計(jì)算結(jié)果，偽斜長度為 8.59 m，即保持工作面機(jī)頭超前機(jī)尾8.59 m。

按照此公式得出結(jié)論應(yīng)用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，若前溜與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接不合理，出現(xiàn)設(shè)備管理異常，可通過調(diào)整支架推移溜子距離的方式緩解前溜下滑幅度。若在推溜拉架過程中出現(xiàn)嚴(yán)重下滑現(xiàn)象時(shí)，可對機(jī)頭機(jī)尾距進(jìn)行校正微調(diào)，即機(jī)頭機(jī)尾不論哪邊長，就先割哪邊，隨著采煤機(jī)跑動后，及時(shí)拉架回位，確保支架不出現(xiàn)倒架、擠架，保證工作面的“三平一直兩暢通”。

3.2 工藝優(yōu)化

根據(jù)采煤工作面的實(shí)際開采條件，除了上述調(diào)整偽斜的開采方法用于防滑外，對工作面煤層的開采順序和施工工藝也可進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。其工藝流程如下：

將原機(jī)頭機(jī)尾通排割刀的雙向采煤方法調(diào)整為“先機(jī)頭后機(jī)尾”的單向采煤方法，即調(diào)整進(jìn)刀方式為作業(yè)開始前，先割一刀機(jī)頭，待割刀跑透后，回刀至原停機(jī)位置。此過程中暫時(shí)不推溜，由于采煤機(jī)復(fù)位過程是空刀狀態(tài)，因此，煤壁一側(cè)只有一刀截深，復(fù)位后再進(jìn)行拉架推溜。然后，再次啟動割煤機(jī)，向機(jī)頭進(jìn)刀，割完后跑刀割向機(jī)尾，隨著割煤機(jī)移動，進(jìn)行拉架移溜，始終保持機(jī)頭超前機(jī)尾側(cè)。結(jié)合兩種防滑措施，可合理調(diào)整機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)的搭接長度，另經(jīng)過調(diào)整機(jī)頭高度，可避免轉(zhuǎn)載點(diǎn)大量回頭煤被拉入前溜底鏈，造成設(shè)備損壞。

3.3 實(shí)用效果分析

28116 綜采工作面在經(jīng)過上述方法的實(shí)踐應(yīng)用后，設(shè)備倒架下滑的現(xiàn)狀已得到明顯改善，實(shí)現(xiàn)了正規(guī)、安全、高效的作業(yè)循環(huán)，降低了職工扶架、檢修的勞動強(qiáng)度，便于更好地加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)與管理，減少了因設(shè)備損壞導(dǎo)致的機(jī)電材料費(fèi)用的投入，為職工實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)提供了良好的環(huán)境條件，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用效果。

4 結(jié)論

通過對鎮(zhèn)城底煤礦28116 采煤工作面特殊地質(zhì)構(gòu)造條件下采煤設(shè)備下滑原因進(jìn)行了系統(tǒng)分析，指出客觀因素條件下切眼底板偽斜角對設(shè)備下滑產(chǎn)生的影響，結(jié)合生產(chǎn)過程中的現(xiàn)場實(shí)際觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過公式計(jì)算得出結(jié)論，最終確定相對科學(xué)合理的機(jī)頭機(jī)尾超前距。同時(shí)，綜合優(yōu)化采煤工藝與截割順序，使得防滑措施更加完善，更加靈活地實(shí)現(xiàn)了宏觀與微觀方向的防滑調(diào)校。通過創(chuàng)新管理手段，不斷提升工作面設(shè)備管理水平，降低職工勞動強(qiáng)度，最終實(shí)現(xiàn)了采煤工作面的安全生產(chǎn)與標(biāo)準(zhǔn)化雙效管理，營造安全環(huán)境。