綜采工作面刮板輸送機上竄下滑控制技術(shù)研究

蘇世峰

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)機電設(shè)備中心， 山西 大同 037003）

引言

煤炭采集過程中，刮板輸送機在重力、推力等外力作用下，導(dǎo)致刮板輸送機會在采煤工作面傾斜的方向上，產(chǎn)生“向上”或“向下”的分力，造成刮板運輸機機頭處搭接不合理，成為引發(fā)事故發(fā)生的導(dǎo)火索。筆者在對現(xiàn)場進(jìn)行測試時發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行回采時，當(dāng)機頭位置塔接合理與兩端高度差相差較大時，若該系統(tǒng)可以將超出或者變短的部分調(diào)整到機尾，從而能較好地實現(xiàn)刮板輸送機溜槽的添加或者車削，減少安全隱患[1-2]。

1 原因分析

1.1 采煤工作面傾角的影響

圖1 表示相應(yīng)的刮板輸送機受力分析。如圖1所示，G 表示裝置正常工作狀態(tài)重力，Gy表示合力G沿采煤工作面向下的分力，Gx表示合力G 垂直底板的分力，f 表示摩擦力（運煤載體與斜面摩擦力），α表示斜面度數(shù)。

在設(shè)備正常工作時，由運動學(xué)知識可知，當(dāng)Gx＞f時，那么刮板輸送機將會開始向下滑動，同時使工作面傾斜角以及Gx越大，那么相應(yīng)的輸送機將會更好地向下滑動[3]。

1.2 支架以及刮板輸送機之間關(guān)系的影響

圖1 刮板輸送機受力示意圖

圖2 支架與刮板輸送機受力示意圖

圖2 表示支架與刮板輸送機受力分析。如圖2所示，P 是千斤頂對輸送機的力，F(xiàn)1為P 垂直分力，F(xiàn)2為P 水平分力，β 是推桿與輸送機夾角。當(dāng)千斤頂支架與刮板輸送機之間夾角不是90°時，那么千斤頂存在水平方向的力F2（F2=Psinβ）。假如β 越大，那么相應(yīng)的水平分力將會變大，刮板輸送機將會在水平方向上出現(xiàn)劇烈的運動。

1.3 采斜的影響

圖3 表示相應(yīng)的采斜影響原理圖。如圖3 所示，P 表示相應(yīng)的千斤頂對刮板輸送機的力，β 表示相應(yīng)的斜角。P 存在兩個分力（水平方向上Fx=Psinβ，豎直方向上Fy=Pcosβ）：Fx為水平作用方向向左的力，F(xiàn)y為作用方向豎直向上的力。支架的移動會使得裝置產(chǎn)生偏移，千斤頂、運輸機均發(fā)生位移偏移，還會使刮板輸送機向機尾發(fā)生很大的偏移。此外兩端高度差越大，β 越大，產(chǎn)生的外力越大，致使輸送機向機尾竄動越激烈。

圖3 采斜的影響原理圖

1.4 推移刮板輸送機方向的影響

推移刮板輸送機受力分析如下頁圖4。如圖4 所示，千斤頂作用于輸送機的力P，產(chǎn)生2 個方向上的分力，F(xiàn)1=Pcosβ，F(xiàn)2=Psinβ，由于在工作的過程中 β 取值很小，所以F1大于F2。由于輸送機的運動軌跡為從右端向左端，但是右部分刮板輸送機在煤的重力作用下固定不動，然而在煤外圍處產(chǎn)生脫落，造成脫落在地面的煤比較多，運輸?shù)倪^程中會阻礙運輸機底面移動，造成摩擦因數(shù)大，摩擦力加大，因此在這種情況下F2就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于摩擦力。在運輸煤的過程中，被頂至煤壁輸送機上對應(yīng)的位置點會發(fā)生位移。F1有兩個分力：F1y作用方向為垂直于煤壁，F(xiàn)1x為水平向左方向分力。在煤被推移的過程中，由于輸送機受到的滑動摩擦力很小，因此在其沿著工作軌跡工作的過程中，輸送機在其運動軌跡過程中出現(xiàn)竄動現(xiàn)象。

圖4 推移管板輸送機受力分析

1.5 采煤機截割方向的影響

采煤機截割受力分析見圖5。如圖5 所示，F(xiàn)1為采煤受到的阻力，F(xiàn)2為設(shè)備的驅(qū)動力，F(xiàn)3為輸送機給工作平面的力，f 為摩擦力（輸送機與底板）。由物理運動學(xué)知識可知，在采煤機向機頭切割煤過程中，設(shè)備的驅(qū)動力F2存在一個作用力F1（等大反向與F2），同樣可知，輸送機給工作平面的力F3，在平衡運動的狀態(tài)下，底板會受到工作面的摩擦力f，在F3＞f 的情況下，輸送機會產(chǎn)生一個力大小是F3與f 的差，由牛頓第二定理（F=ma）可知，該外力會驅(qū)動輸送機發(fā)生偏移運動造成安全隱患，因為F3受到力的大小取決于設(shè)備的驅(qū)動力F2，影響f 大小的因素則很多，例如底板粗糙程度、在正常工作下運輸機的整體重力、工作面的傾角大小和一些其他外力的影響都會促使f值產(chǎn)生變化。

總而言之，當(dāng)刮板輸送機在工作時，導(dǎo)致出現(xiàn)“上竄下滑”的現(xiàn)象因素相對較多。不同的影響因素對刮板輸送機影響效應(yīng)不同，刮板輸送機表現(xiàn)出不同程度的“上竄下滑”，其主要由于受力不均勻。采煤機工作面相關(guān)參數(shù)都發(fā)生變化，諸如：傾斜角、面長以及設(shè)備位置。經(jīng)過探究發(fā)現(xiàn)要想有效地控制設(shè)備“上竄下滑”現(xiàn)象，必須控制好設(shè)備受力平衡性。

2 刮板輸送機“上竄下滑”控制技術(shù)

圖5 采煤機截割受力分析

3304 下放置的采煤工作面是210 m，經(jīng)過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)設(shè)備兩端高度差在20～38 m 范圍內(nèi)，通常采煤機工作面傾斜角范圍為6°～12°，由此可以看出控制刮板輸送機“上竄下滑”相對困難。對某礦3304 工作面進(jìn)行回采發(fā)現(xiàn)，工作面兩端高度差為28 m，其自然傾斜角度可以達(dá)到8°，通常選用如下公式計算工作面調(diào)斜距離：

式中：S 表示相應(yīng)的采煤工作面調(diào)斜距離，m；L 表示相應(yīng)的采煤工作面長度，m；α 表示相應(yīng)的采煤工作面傾角，（°）。

由式（1）確定采煤工作面調(diào)斜至機尾超前15 m。這時會導(dǎo)致輸送機出現(xiàn)明顯的運動，從而導(dǎo)致機頭和轉(zhuǎn)載機出現(xiàn)失控現(xiàn)象。經(jīng)過現(xiàn)場實測分析，推進(jìn)過程中尤其在兩端高度差達(dá)到38 m 時，問題得到改進(jìn)。

2.1 分析“上竄下滑”運動趨勢

1）當(dāng)使用拉線進(jìn)行測量時，需要選定工作基準(zhǔn)點，這樣能夠有效地避免人為因素的影響。

2）通常在選定“上竄下滑”的判定標(biāo)準(zhǔn)時，可以選用機頭或者機尾與巷道中心線的平均值為依據(jù)，這樣可以有效地降低臥刀偏差。

3）仔細(xì)統(tǒng)計實際工作中導(dǎo)致“上竄下滑”數(shù)據(jù)，同時可以構(gòu)建相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)庫，從而可以有效地監(jiān)測上竄下滑的現(xiàn)象。

2.2 分清主導(dǎo)因素，找出問題的關(guān)鍵

刮板輸送機“上竄下滑”問題主要是由于環(huán)境發(fā)生變化。當(dāng)調(diào)面出現(xiàn)情況時，刮板輸送機將不會按照預(yù)定的條件運動，從而導(dǎo)致刮板輸送機跳動幅度變大，同時表現(xiàn)出相反的方向運動。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)有如下兩個誘發(fā)因素：

1）調(diào)面的實效性：經(jīng)過調(diào)面之后，通常情況下支架的變向幅度將會大大落后輸送機幅度，使得刮板輸送機朝著相反的方向運動。由此可以看出，支架給刮板輸送機運動的力是導(dǎo)致發(fā)生跳動的主要原因。

2）“調(diào)節(jié)的范圍太大”：當(dāng)采煤機工作面在調(diào)整的過程中，支架與刮板輸送機之間保持垂直關(guān)系，由此看出采掘影響占到主要因素。假如采煤機位于進(jìn)風(fēng)巷超前距離12 m 時，那么相應(yīng)的采斜將成為主要因素。當(dāng)位于進(jìn)風(fēng)巷8～12 m 范圍內(nèi)時，支架推移力將成為主要的影響因素。當(dāng)進(jìn)風(fēng)巷超前距離低于5 m時，那么采煤機工作面傾斜角度成為主要的影響因素。

通常可以選用調(diào)架側(cè)護(hù)板應(yīng)對“上竄下滑”，該方式可以將進(jìn)風(fēng)巷超前距離控制在8～10 m 的范圍內(nèi)，同時在間隔五組設(shè)置監(jiān)測“線縫”，從而可以更好地對支架與刮板輸送機位置進(jìn)行動態(tài)的監(jiān)測。

2.3 分清“輕重緩急”，采取“微調(diào)”與“急調(diào)”措施

1）“輕重”控制：由于刮板輸送機在“上竄下滑”運動速度方面出現(xiàn)一定的差異性。由此可以看出需要對刮板輸送機采取一定的優(yōu)化措施。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)采用3304 采煤工作面能夠有效地控制“上竄下滑”變化，通常采用如下幾個方式：單向割煤、單向推溜、調(diào)架、調(diào)面。一般情況下，調(diào)面包括三種方式：其一，調(diào)面位置依據(jù)吃刀位置可以劃分為短刀、長刀調(diào)面，其中對于短刀調(diào)面而言，其可以實現(xiàn)見效快的特點，但僅僅用于“攔截”刮板輸送機“上竄下滑”變化趨勢。對于長刀調(diào)面而言，其能夠?qū)崿F(xiàn)刮板輸送機的長距離運動，缺點在于見效慢。其二，按照運行軌跡，調(diào)面可以劃分為圓弧、扇形調(diào)面。其中，圓弧調(diào)面可以實現(xiàn)見效快的特點，可是僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)刮板輸送機做較小的運動。而對于扇形調(diào)面而言，能夠?qū)崿F(xiàn)刮板輸送機長距離的運動，可是見效慢。其三，依據(jù)調(diào)面比例可以劃分為大比例、小比例調(diào)面，其中大比例調(diào)面能夠?qū)崿F(xiàn)見效快的特點。

2）“緩急”控制：假如在機頭尾制搭接不合理，那么當(dāng)出煤空間不足時，運用機尾調(diào)面形式可能導(dǎo)致工作面變短，從而加劇了機尾出煤空間惡化。通常合理的處理方式包括如下幾個方面：采取調(diào)架、單向割煤、單向推溜等，這樣能夠使得刮板輸送機朝著機尾位置運動，最后再采用機頭調(diào)面措施。

2.4 分清調(diào)面目的，采取“因事為制”措施

通常調(diào)面可以實現(xiàn)如下兩個作用：第一，能夠有效地控制刮板輸送機的“上竄下滑”現(xiàn)象。第二，可以改變工作面的斜度。此外在實施調(diào)面時，必須保證刮板輸送機不能出現(xiàn)較大的運動。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，有效地控制刮板輸送機運動的方式為：第一，支架向機頭擺向；第二，單向推溜；第三，采煤機采取單向割煤；第四，改變兩頭進(jìn)尺微調(diào)等。

3 結(jié)語

在控制刮板輸送機“上竄下滑”方面，需要采用因地制宜的控制方式。通過一系列技術(shù)措施的實施，實現(xiàn)了刮板輸送機“上竄下滑”運動軌跡的精準(zhǔn)控制，消除生產(chǎn)過程中的安全隱患。