基于“雙機”耦合下前部刮板輸送機“上竄下滑”研究

張嘉巋,李 鐵,賈春濤,雷 鳴,彭 湃,李曉璐

(潞安化工集團 潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司,山西 忻州 036700)

煤炭是我國的主體能源之一,在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著壓艙石的作用。2022年,全國原煤產(chǎn)量45.6億噸,較2021年增長10.5%[1]。截至2023年9月底,我國生產(chǎn)原煤34.4億噸,同比增長3.0%.進(jìn)口煤炭3.5億噸,同比增長73.1%[2]。其中,山西省原煤產(chǎn)量達(dá)10.143 97億噸,較上一年同期增長4.5%[3]。

在井工煤礦開采過程中,傾斜煤層工作面前部刮板輸送機自身結(jié)構(gòu)很難保持穩(wěn)定。隨著工作面不斷向前推進(jìn),前部刮板輸送機在重力作用下并不一定發(fā)生下滑,也會出現(xiàn)上竄現(xiàn)象。在實際生產(chǎn)過程中,多次停機處理“拉回煤”、“轉(zhuǎn)載搭接”等問題,頻繁加減溜槽加重了檢修班工人的勞動強度,影響了生產(chǎn)班開機率;而煤層傾角越大,控制前部刮板輸送機越困難。

張科學(xué)等[4]針對工作面前部刮板輸送機的力學(xué)行為進(jìn)行闡述,分析出前部刮板輸送機發(fā)生與不發(fā)生上竄或下滑的力學(xué)條件;劉建輝[5]對工作面前部刮板輸送機進(jìn)行了受力分析,將偽傾斜開采在1412(3)工作面進(jìn)行實踐并取得成效;趙啟安等[6]將激光定位法應(yīng)用于18107工作面,有效掌握了工作面前部刮板輸送機“上竄下滑”量;劉世峰等[7]提出了巷道中線控制法、液壓支架推移桿觀察法兩種刮板輸送機“上竄下滑”判斷方法;張文濤等[8]提出基準(zhǔn)線參照法,基準(zhǔn)線平行于巷道中線,懸掛鉛垂線的方式對刮板輸送機機頭進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測;馬昆等[9]提出在刮板輸送機機頭交叉?zhèn)刃短帯⑥D(zhuǎn)載機進(jìn)料口靠上幫處加裝超聲波測距裝置用于判斷刮板輸送機“上竄下滑”情況;白曉生等[10]對現(xiàn)有的刮板輸送機“上竄下滑”觀測方法進(jìn)行總結(jié),并根據(jù)實際情況修正調(diào)斜經(jīng)驗公式;張帥等[11]在對刮板輸送機“上竄下滑”控制技術(shù)研究中指出,工作面刮板輸送機是彎曲蛇形推進(jìn)的;梅伏萍等[12]提出增加中部槽、液壓支架與底板的接觸面積,采用1 750 mm較1 500 mm規(guī)格中部槽有明顯優(yōu)勢;程昆坡等[13]從工作面傾角、支架與刮板輸送機位置、采斜、推移刮板輸送機方向、采煤機截割方向、刮板輸送機張力、采煤工作面面長變化及底板平直等方面分析了刮板輸送機“上竄下滑”原因。

眾多學(xué)者在刮板輸送機“上竄下滑”問題上進(jìn)行了相關(guān)研究,并取得了大量研究成果。本文在前人研究基礎(chǔ)上,以潞安化工集團潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司11501工作面為工程背景進(jìn)行研究,嘗試采用一種新方法用于預(yù)測前部刮板輸送機“上竄下滑”,研究成果用于指導(dǎo)11501工作面后續(xù)正常生產(chǎn)。

1 工程概況

潞安化工集團潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司11501綜放工作面位于11采區(qū)5號煤層,地面標(biāo)高1 711～1 800 m,井下標(biāo)高1 293～1 454 m.運輸巷走向長度為1 383 m,回風(fēng)巷走向長度為1 229 m,切眼長度為177 m(斜長189 m),平均傾角24°.煤層厚度為7.3～15.8 m,平均厚度為13.2 m,煤層普氏系數(shù)f=1.5,工作面易片幫、冒漏,支架經(jīng)常采取超前移架支護(hù)措施,工作面直線度較差,管理難度大。前部刮板輸送機經(jīng)常出現(xiàn)“上竄下滑”現(xiàn)象,嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

2 “雙機”耦合研究分析

“三平兩直”對刮板輸送機、液壓支架的直線度提出了要求。在偽斜放頂煤工作面下,液壓支架在不斷前移的過程中易出現(xiàn)不同程度的調(diào)向,前部刮板輸送機在被推移后局部段產(chǎn)生不同程度的彎曲,整體直線度不理想。在大量生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn),單獨把控前部刮板輸送機、液壓支架直線度效果并不理想。例如:工作面某一段前部刮板輸送機變彎曲,而支架在移架的過程中,仍可以保證其與鄰架的直線度;前部刮板輸送機直線度較好,而工作面局部分段支架仍會出現(xiàn)不同程度的調(diào)向,支架直線度較差。因此,僅關(guān)注前部刮板輸送機直線度或液壓支架直線度對于保障工作面工程質(zhì)量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,兩者在偽斜工作面下很難保持同步狀態(tài)。

本文提出“雙機”耦合相對直線度的概念,即:將前部刮板輸送機與液壓支架各自的直線度進(jìn)行耦合,將液壓支架推移桿與相對應(yīng)的前部刮板輸送機溜槽兩者間的夾角作為判斷相對直線度的指標(biāo)。相對直線度判斷指標(biāo)確定流程如圖1所示。

圖1 確定“雙機”耦合相對直線度判斷指標(biāo)流程圖

如何測量并保證夾角的準(zhǔn)確度至關(guān)重要。綜采一隊選用數(shù)顯角度尺測量支架推移桿與相應(yīng)溜槽夾角度數(shù)。如圖2所示,短邊尺靠緊溜槽邊,長邊尺靠緊推移桿,角度尺開合方向朝運輸巷側(cè)。

《采煤工作面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,支架與輸送機要垂直,偏差應(yīng)小于5°.對此,液壓支架推移桿與相應(yīng)溜槽夾角θ控制在85°～95°區(qū)間內(nèi)即符合規(guī)定要求。在偽斜工作面中,角度范圍需進(jìn)行相應(yīng)校準(zhǔn),液壓支架推移桿與相應(yīng)溜槽夾角θ控制范圍如下:

(1)

式中:β為偽斜角,°.

其中,偽斜角計算公式為:

(2)

式中:l為工作面?zhèn)涡本嚯x,m;L為工作面斜長,m.

在日常生產(chǎn)過程中,前部刮板輸送機通常會出現(xiàn)彎曲段,一般由10節(jié)相鄰溜槽構(gòu)成,呈現(xiàn)兩種彎曲形態(tài),即:凹陷彎曲(見圖3)和突出彎曲(見圖4),兩種不同彎曲形態(tài)下其夾角變化存在差異性。

圖3 前部刮板輸送機凹陷彎曲段夾角示意

圖4 前部刮板輸送機突出彎曲段夾角示意

對于凹陷彎曲,從彎曲段上邊沿向彎曲段下邊沿方向,夾角逐漸減小,彎曲段中心位置處夾角存在短暫平穩(wěn)現(xiàn)象;對于突出彎曲,從彎曲段上邊沿向彎曲段下邊沿方向,夾角逐漸增大,彎曲段中心位置處夾角同樣會處于短暫平穩(wěn)狀態(tài)。根據(jù)這一特性可以在夾角日常觀測數(shù)據(jù)圖中,通過相對直線度得知前部刮板輸送機直線度情況,該特性對于偽斜工作面同樣適用。

3 工作面變化長度超前預(yù)控研究

工作面在不斷回采過程中,運輸巷、回風(fēng)巷走向標(biāo)高發(fā)生變化,致使工作面長度變長或縮短。

(3)

式中:H'為相對標(biāo)高變化高度,m;△hmax為標(biāo)高較高變化量,m;△hmin為標(biāo)高較低變化量,m.

為了大致掌握因巷道標(biāo)高變化致使工作面長度變化量,設(shè)計繪制了標(biāo)高變化梯度圖,根據(jù)兩巷標(biāo)高變化梯度圖取值進(jìn)行計算。以圖5為例,圖5(a)為工作面端頭標(biāo)高變化梯度圖,圖5(b)為工作面端尾標(biāo)高變化梯度圖。遵循“定一議一”原則,觀察不同傾角下工作面端頭、端尾標(biāo)高變化梯度圖可以發(fā)現(xiàn),運輸巷標(biāo)高增大時與回風(fēng)巷標(biāo)高減小時,運輸巷標(biāo)高減小時與回風(fēng)巷標(biāo)高增大時,兩種情況在相同標(biāo)高變量下工作面變化長度相同。

圖5 25°傾角下標(biāo)高變化梯度圖

以工作面?zhèn)涡遍L度189 m、25°傾角條件繪制工作面兩巷標(biāo)高變化梯度圖。該圖可用于超前預(yù)測工作面長度變化(△L)、端頭處長度變化(△hyi)、端尾處長度變化(△hfi)。具體計算方法如下:

(4)

式中:△hxi為工作面兩端變化長度,m;x取y、f,分別表示工作面端頭、工作面端尾,i取1、2、3、…,表示自初始傾角開始向遞增或遞減方向第i個傾角度數(shù);h△βi為隨著傾角增大、減小度數(shù)間工作面長度變化量,i的取值及含義同上,m;其中,n取1、2、3…,n≥i.

△L=△hyi+△hfi

(5)

式中:△L為工作面變化長度,m;△hyi為工作面端頭變化長度,m;△hfi為工作面端尾變化長度,m.

在實際生產(chǎn)實踐中,可將不同條件下標(biāo)高變化梯度圖按照一定比例尺進(jìn)行繪制,通過查看《工作面采掘工程平面圖》中兩巷走向變化,得出工作面在推進(jìn)的過程中,運輸巷、回風(fēng)巷標(biāo)高變化量,按照標(biāo)高變化梯度圖中比例尺分別在兩張圖中進(jìn)行標(biāo)定,通過該點作垂直于工作面變化長度軸的垂線,交點分別為工作面端頭、端尾處變化長度。

為了避免前部刮板輸送機“上竄下滑”失控而影響生產(chǎn),可根據(jù)工作面預(yù)測變化長度對其進(jìn)行超前預(yù)控。以端頭為主導(dǎo),前部刮板輸送機根據(jù)工作面端頭處變化長度對其進(jìn)行上竄或下滑控制,若工作面端頭處變長,則應(yīng)控制前部刮板輸送機下滑,使其與轉(zhuǎn)載槽邊合理搭接;反之,則應(yīng)控制前部刮板輸送機上竄。隨著兩巷走向標(biāo)高變化,會出現(xiàn)工作面長度與前部刮板輸送機長度不匹配的現(xiàn)象,在進(jìn)行預(yù)測計算時,應(yīng)考慮到工作面需要增加、抽出支架數(shù)量以及增加、縮減溜槽長度、數(shù)量,提前做好準(zhǔn)備工作,避免因設(shè)備匹配問題影響生產(chǎn)。

4 正負(fù)偽斜下夾角特征研究

經(jīng)過長期實踐研究,大致總結(jié)出在正、負(fù)偽斜工作面下基于“雙機”耦合夾角測量法,前部刮板輸送機發(fā)生上竄、下滑時的夾角數(shù)據(jù)特征。在夾角數(shù)據(jù)圖中繪制了3條虛線,用于輔助判斷前部刮板輸送機上竄下滑趨勢。其中紅色虛線為平穩(wěn)線,灰色虛線為偏移線,橙色虛線為調(diào)向線。平穩(wěn)線參照圖1相對直線度判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算,平穩(wěn)線±1°(負(fù)偽斜工作面取+,正偽斜工作面取-)即為偏移線(忽視推移桿小幅偏移情況),平穩(wěn)線±2°(同上)即為調(diào)向線(忽視支架調(diào)向情況)。由于工作面?zhèn)涡弊兓?、工作面長度變化等因素,每日夾角數(shù)據(jù)圖中3條線也在隨之變化。其中,偏移線與調(diào)向線的角度確定應(yīng)根據(jù)實際使用支架規(guī)格參數(shù)進(jìn)行。

4.1 夾角數(shù)據(jù)特征

在負(fù)偽斜工作面下,夾角數(shù)據(jù)整體呈機頭段夾角度數(shù)小,機尾段夾角度數(shù)大的特征,且隨著偽斜減小(偽斜角減小),機頭段夾角度數(shù)增大,機尾段夾角度數(shù)減小。不同狀態(tài)下前部刮板輸送機夾角所呈現(xiàn)的特征如下:

1) 當(dāng)前部刮板輸送機下滑時,呈現(xiàn)的夾角特征為:前部刮板輸送機呈現(xiàn)機頭段夾角較上一次測量結(jié)果增大(支架調(diào)向為主導(dǎo)因素),或因負(fù)偽斜增大后平穩(wěn)線降低使得機頭段夾角較上一次測量結(jié)果相對減小(工作面?zhèn)涡闭{(diào)整、前部刮板輸送機直線度變化為主導(dǎo)因素),夾角高于調(diào)向線;中間段夾角、機尾段夾角較上一次測量結(jié)果保持相對穩(wěn)定。

2) 當(dāng)前部刮板輸送機上竄時,呈現(xiàn)夾角特征為:前部刮板輸送機呈現(xiàn)機頭段夾角較上一次測量結(jié)果減小(支架調(diào)向為主導(dǎo)因素),或因負(fù)偽斜減小后平穩(wěn)線升高使得機頭段夾角較上一次測量結(jié)果相對增大(工作面?zhèn)涡闭{(diào)整、前部刮板輸送機直線度變化為主導(dǎo)因素),夾角低于調(diào)向線;中間段夾角、機尾段夾角較上一次測量結(jié)果保持相對穩(wěn)定。

3) 當(dāng)前部刮板輸送機保持穩(wěn)定狀態(tài)時,夾角狀態(tài)存在兩種情況:一種情況是機頭段或機尾段夾角高于平穩(wěn)線,另一側(cè)夾角低于平穩(wěn)線,中間段夾角處于平穩(wěn)線與調(diào)向線間且直線度相對較好;另一種情況是整體夾角處于平穩(wěn)線與調(diào)向線間,局部夾角超出這一范圍。

以上介紹了在負(fù)偽斜工作面下,前部刮板輸送機預(yù)計出現(xiàn)上竄、下滑以及保持穩(wěn)定時的夾角數(shù)據(jù)特征,而在正偽斜工作面下,機頭段與機尾段相應(yīng)特征與負(fù)偽斜工作面相反,中間段夾角數(shù)據(jù)特征相近。需要注意的是,在正負(fù)偽斜工作面下,通常推移前部刮板輸送機的順序不同,負(fù)偽斜工作面除特殊情況外,一般是由機頭向機尾推移刮板輸送機;而正偽斜工作面與其相反,不同推移方向使得在觀察數(shù)據(jù)圖時需要關(guān)注的區(qū)間也不同。

4.2 Cubic擬合曲線數(shù)據(jù)特征

夾角數(shù)據(jù)圖采用Cubic曲線對原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,使得每日夾角數(shù)據(jù)更加直觀。不同狀態(tài)Cubic夾角數(shù)據(jù)擬合曲線特征如下:

1) 前部刮板輸送機下滑時,呈現(xiàn)Cubic夾角數(shù)據(jù)擬合曲線特征:沿推移刮板輸送機方向夾角由小變大,中部可能會略微降低(如圖6所示),中部夾角度數(shù)逐漸升高是常見現(xiàn)象(如圖7所示)。按照上述推進(jìn)方向,負(fù)偽斜工作面機尾段夾角高于調(diào)向線,正偽斜工作面機尾段夾角低于調(diào)向線。

圖6 負(fù)偽斜工作面下前部刮板輸送機預(yù)測結(jié)果為下滑時夾角數(shù)據(jù)示意

圖7 正偽斜工作面下前部刮板輸送機預(yù)測結(jié)果為下滑時夾角數(shù)據(jù)示意

2) 前部刮板輸送機上竄時呈現(xiàn)Cubic夾角數(shù)據(jù)擬合曲線特征為:擬合夾角曲線呈兩段均勻波浪狀。在正、負(fù)偽斜工作面下夾角數(shù)據(jù)擬合曲線自機頭段至中間段均出現(xiàn)波峰,中間段至機尾段均出現(xiàn)波谷(如圖8、圖9所示)。

圖8 負(fù)偽斜工作面下前部刮板輸送機預(yù)測結(jié)果為上竄時夾角數(shù)據(jù)示意

圖9 正偽斜工作面下前部刮板輸送機預(yù)測結(jié)果為上竄時夾角數(shù)據(jù)示意

3) 前部刮板輸送機保持穩(wěn)定時呈現(xiàn)Cubic夾角數(shù)據(jù)擬合曲線特征為:與上述夾角數(shù)據(jù)特征相似,同樣存在兩種情況。正、負(fù)偽斜工作面下Cubic夾角數(shù)據(jù)擬合曲線近似鏡像對稱(如圖10、圖11所示)。

圖10 負(fù)偽斜工作面下前部刮板輸送機預(yù)測結(jié)果為穩(wěn)定時夾角數(shù)據(jù)示意

圖11 正偽斜工作面下前部刮板輸送機預(yù)測結(jié)果為穩(wěn)定時夾角數(shù)據(jù)示意

綜上可知,圖6、圖8、圖10取自11502工作面回采期間前部刮板輸送機不同狀態(tài)下具有代表性的夾角數(shù)據(jù)圖,且當(dāng)時工作面?zhèn)涡本鶠?5.5 m;圖7、圖9、圖11取自11501工作面回采期間前部刮板輸送機不同狀態(tài)下具有代表性的夾角數(shù)據(jù)圖,且當(dāng)時工作面?zhèn)涡本鶠?.9 m.

5 工程實踐

5.1 “上竄下滑”判斷方法

如圖12～圖16所示,孟家窯煤業(yè)綜采一隊采用激光指示儀對前部刮板輸送機機頭、機尾進(jìn)行定位,在每個生產(chǎn)班接班時,測量激光至前部刮板輸送機機頭、機尾蓋板邊沿的距離,在交接班時再次測量,根據(jù)兩次測量距離差值,確定出當(dāng)班前部刮板輸送機上竄下滑情況,若第二次測量數(shù)據(jù)較初始數(shù)據(jù)增大,則判定為前部刮板輸送機上竄;反之,則判定為前部刮板輸送機下滑。若出現(xiàn)交接班時測量數(shù)據(jù)與接班時測量的初始數(shù)據(jù)一致時,說明前部刮板輸送機變化與工作面長度變化相適應(yīng)。本方法以工作面端頭為基準(zhǔn),端尾作參考,可能存在前部刮板輸送機激光至機頭變化距離與激光至機尾變化距離不一致的情況,屬于正常現(xiàn)象,前部刮板輸送機機頭段、機尾段存在彎曲段時,差異性尤為明顯。

圖12 兩巷激光指示儀布置示意

圖13 激光(負(fù)值)測量示意

圖15 激光指示儀實物圖

圖16 激光效果圖

5.2 數(shù)據(jù)校準(zhǔn)與輔助調(diào)整

孟家窯煤業(yè)11501工作面采用ZF8000/19/38四柱低位放頂煤支架,支架推移桿在不掉道的情況下,可左右活動的距離為2.5 cm(左右各1.25 cm),經(jīng)計算,與溜槽夾角角度變化范圍在-1°～1°,以此確定夾角數(shù)據(jù)圖中的偏移線、調(diào)向線。超出這個范圍后,可以判斷出,推移桿掉道并壓在支架底座上方。

在負(fù)偽斜向正偽斜調(diào)整過程中,欲使前部刮板輸送機停止繼續(xù)下滑并保持穩(wěn)定,多次采取回斜調(diào)整后效果并不明顯,發(fā)現(xiàn)刮板輸送機機頭前部超前于后部,若不能及時改變,使其前部滯后于后部,即使嚴(yán)格執(zhí)行自端頭向端尾推移前部刮板輸送機的順序,也無法達(dá)到立竿見影的效果。在大量生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn),輔以單體柱推移前部刮板輸送機機頭有利于更好地改變其朝向,縮短調(diào)整前部刮板輸送機變向時限。

5.3 應(yīng)用實例

孟家窯煤業(yè)綜采一隊于2023年8月23日對11501工作面9月份將面臨的工作面長度變化進(jìn)行超前預(yù)控。當(dāng)工作面推進(jìn)至回采距離140 m時,運輸巷沿走向?qū)⒊尸F(xiàn)下坡段(如圖17所示),直至工作面推進(jìn)至180 m處變平緩,自190 m處開始運輸巷沿走向呈上坡段,在相應(yīng)推進(jìn)距離內(nèi),回風(fēng)巷沿走向呈上坡態(tài)勢(如圖18所示),屆時工作面長度、傾角會發(fā)生改變。工作面長度按照189 m、正偽斜5 m進(jìn)行預(yù)測計算。參照運輸巷、回風(fēng)巷標(biāo)高確定相關(guān)數(shù)據(jù),如表1所示。

表1 運輸巷、回風(fēng)巷標(biāo)高數(shù)據(jù)

圖17 運輸巷標(biāo)高示意

圖18 回風(fēng)巷標(biāo)高示意

按照每日生產(chǎn)班單班2刀煤組織生產(chǎn)進(jìn)行測算,單日推進(jìn)度取3.2 m,工作面由回采距離140 m推進(jìn)至190 m需16 d,工作面長度預(yù)計將以0.3 m/d的平均增長速度變長,其中工作面端頭處預(yù)計以0.18 m/d的平均增長速度變長,工作面端尾處預(yù)計以0.13 m/d的平均增長速度變長。在140～190 m的回采距離范圍內(nèi),工作面平均傾角預(yù)計將由21°增長為25°.預(yù)計在機尾處需陸續(xù)增設(shè)3臺8 000 kN支架,前部刮板輸送機機尾處加3節(jié)1.5 m溜槽,以適應(yīng)工作面長度變化,滿足安全生產(chǎn)要求。

11501工作面自9月5日4點班推進(jìn)至回采距離140 m處起,至9月25日0點班推進(jìn)至回采距離190 m處,比預(yù)計時間推遲了4 d.在此期間工作面出現(xiàn)支架推移油缸竄漏液、端頭三角區(qū)片漏等現(xiàn)象,影響工作面整體推進(jìn)度。

9月5日4點班至9月25日0點班,工作面端尾增加127號、128號支架(126號架已提前加設(shè)),前部刮板輸送機機尾加設(shè)2節(jié)1.5 m溜槽,機頭加設(shè)1節(jié)1 m溜槽、1節(jié)1.5 m溜槽。實際情況與預(yù)測情況相近,20 d內(nèi)前部刮板輸送機累計上竄1 m.如表2所示,與以往前部刮板輸送機上竄下滑隨機型、粗放型、被動型控制管理相比,采用“雙機”耦合夾角測量法掌握前部刮板輸送機上竄下滑趨勢,通過標(biāo)高變化梯度圖預(yù)測工作面長度變化,雙管齊下可超前預(yù)控前部刮板輸送機上竄下滑,已獲得顯著成效。

表2 工作面預(yù)測變化、實際變化數(shù)據(jù)

6 結(jié) 語

目前,前部刮板輸送機上竄下滑受多重因素影響,其上竄下滑具體數(shù)值仍無法預(yù)測,但“上竄下滑”趨勢及其大小可以大致掌握,通過日常監(jiān)測夾角數(shù)據(jù),可根據(jù)夾角數(shù)據(jù)圖及時采取措施,有效控制其繼續(xù)向惡化態(tài)勢演化,保障工作面正常生產(chǎn)。

調(diào)整工作面?zhèn)涡睂η安抗伟遢斔蜋C產(chǎn)生一定的影響,有時是在前部刮板輸送機“上竄下滑”失控的情況下主動調(diào)整偽斜以抑制其進(jìn)一步惡化;有時是由于工作面端頭、端尾處條件變化,為保證工作面產(chǎn)量,不得已而選擇避開條件差的一端,在另一端增加推進(jìn)度。通過現(xiàn)有的研究成果可以指導(dǎo)正偽斜、負(fù)偽斜工作面前部刮板輸送機上竄下滑控制。

本文所繪制的夾角數(shù)據(jù)圖除了能反映前部刮板輸送機“上竄下滑”趨勢外,還能根據(jù)此圖掌握前部刮板輸送機直線度情況,在需要進(jìn)行回斜調(diào)整時可以根據(jù)此圖確定回斜進(jìn)刀位置。

此外,在觀察每日夾角數(shù)據(jù)圖時,應(yīng)注意前部刮板輸送機的推移順序,若自端頭向端尾推移前部刮板輸送機,則關(guān)注端頭段夾角大小、變化趨勢以及該段“雙機”耦合相對直線度;若自端尾向端頭推移前部刮板輸送機,則關(guān)注端尾段夾角大小、變化趨勢以及該段“雙機”耦合相對直線度。

在不同偽斜工作面下,前部刮板輸送機“上竄下滑”趨勢差異性較大。在負(fù)偽斜工作面中,前部刮板輸送機直線度較好的情況下,其下滑趨勢明顯;在正偽斜工作面中,前部刮板輸送機直線度較好的情況下,其上竄趨勢明顯。

各煤礦可根據(jù)工作面所選用的支架規(guī)格測量出支架推移桿左右可活動距離,計算出其左右活動時支架推移桿與相應(yīng)溜槽可變化角度范圍,以此確定偏移線、調(diào)向線;可根據(jù)本礦區(qū)煤層地質(zhì)賦存條件自行繪制標(biāo)高變化梯度圖,用于超前預(yù)測工作面長度變化,提前控制前部刮板輸送機促使其上竄或者下滑,使其與轉(zhuǎn)載槽邊合理搭接,保障工作面正常生產(chǎn)。

7 創(chuàng)新點

1) 提出“雙機”耦合相對直線度的概念并應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中,實現(xiàn)了由視覺觀察前部刮板輸送機直線度、液壓支架直線度到根據(jù)夾角數(shù)據(jù)圖與Cubic夾角數(shù)據(jù)擬合曲線觀察“雙機” 耦合相對直線度的轉(zhuǎn)變。

2) 提出“雙機”耦合夾角測量法,并應(yīng)用于工作面前部刮板輸送機“上竄下滑”日常預(yù)測中,用于指導(dǎo)前部刮板輸送機“上竄下滑”控制,獲得顯著成效。

3) 設(shè)計并繪制出標(biāo)高變化梯度圖,將運輸巷、回風(fēng)巷兩巷沿走向標(biāo)高變化量于相應(yīng)條件下的標(biāo)高變化梯度圖中進(jìn)行取點,通過作垂線垂直于工作面變化長度軸,垂線交點即為工作面變化長度,遵循“定一議一”的原則,分別確定出運輸巷、回風(fēng)巷兩端變化量再根據(jù)公式進(jìn)行校準(zhǔn),確定工作面長度總變化量,可提前做好增設(shè)或抽減液壓支架、刮板輸送機溜槽的準(zhǔn)備,有效避免產(chǎn)生因工作面長度變化致使設(shè)備長度與工作面長度不匹配、前部刮板輸送機機頭與轉(zhuǎn)載槽邊搭接不合理、工作面端頭與運輸巷不相隨等問題而影響正常生產(chǎn)。

8 展 望

潞安化工集團潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司綜采一隊自2023年2月開始在11502工作面開展前部刮板輸送機上竄下滑預(yù)測研究工作,在11502工作面回采期間不斷摸索“雙機”耦合夾角測量法的規(guī)律性、合理性以及前部刮板輸送機在正、負(fù)偽斜工作面下出現(xiàn)“上竄下滑”的特征、規(guī)律,如今在11501工作面大致發(fā)現(xiàn)了相關(guān)規(guī)律,并堅持每日觀測,及時采取相應(yīng)措施對前部刮板輸送機進(jìn)行超前預(yù)控,研究方法初顯成效?！半p機”耦合夾角測量法在潞安化工集團潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司的成功實踐為前部刮板輸送機上竄下滑預(yù)測研究提供了一種新思路、新方法。

孟家窯煤業(yè)綜采一隊在日常生產(chǎn)過程中,夾角數(shù)據(jù)仍需要人工測量,目前主采的11501工作面沿走向為仰采,在測量方面存在諸多不利因素:

1) 安全因素。工作面傾角大,上部煤壁片幫易出現(xiàn)滾落傷人現(xiàn)象,即使正確掛設(shè)擋矸網(wǎng),仍存在一定的傷人風(fēng)險。

2) 架前浮煤清理不凈。在仰采工作面下,工作面出現(xiàn)片幫、冒頂后,易出現(xiàn)架前煤炭堆積掩埋液壓支架推移桿的情況,在架前浮煤清理不凈的情況下,測量人員需自行清理架前堆煤,延長了測量時間,影響了夾角測量精準(zhǔn)度。

鑒于前兩個因素,曾考慮過在支架推移桿與溜槽間加設(shè)角度傳感器,實現(xiàn)在線測量夾角數(shù)據(jù),但有所顧慮:工作面片幫、冒頂時,易損壞傳感器、信號線、電源線;若采用無線通信方式,在超前移架時遮擋、堆煤掩埋傳感器等情況下很難保證數(shù)據(jù)有效傳輸;此外,在采煤機工作、支架移架時,會對傳感器產(chǎn)生一定的擾動,傳感器采集數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度難以保證。

我國煤礦智能化發(fā)展尚處于初級階段,存在諸多問題亟需解決[14],期待可以盡快實現(xiàn)工作面“雙機”耦合夾角數(shù)據(jù)在線監(jiān)測,使其成為智能化開采2.0中的一部分,待技術(shù)成熟后,逐步融合至智能化開采3.0、智能化開采4.0中[15]。