彭明啟，曹新奇，馬立強(qiáng)，3

（1.山西靈石華瀛馮家壇煤業(yè)有限公司，山西晉中 031300;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇徐州 221116; 3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州 221008）

大傾角綜采工作面設(shè)備穩(wěn)定性控制措施

彭明啟1，曹新奇2，馬立強(qiáng)2，3

（1.山西靈石華瀛馮家壇煤業(yè)有限公司，山西晉中 031300;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇徐州 221116; 3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州 221008）

大傾角煤層采用綜合機(jī)械化開(kāi)采過(guò)程中，工作面設(shè)備穩(wěn)定性控制是工作面管理的技術(shù)關(guān)鍵和重大難題。分析了綜采工作面設(shè)備失穩(wěn)機(jī)理，并提出了包括改造設(shè)備、改變工作面布置方式、變革回采工藝方式等一系列的穩(wěn)定性控制措施，為實(shí)現(xiàn)大傾角綜采工作面的安全、高效生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

大傾角煤層;綜合機(jī)械化;設(shè)備;穩(wěn)定性控制

隨著煤礦開(kāi)采強(qiáng)度的不斷增大，賦存條件“優(yōu)越”的煤層儲(chǔ)量日益枯竭，促使越來(lái)越多的礦井不得不由條件相對(duì)“優(yōu)越”煤層開(kāi)采轉(zhuǎn)向復(fù)雜的大傾角煤層開(kāi)采。大傾角煤層采用安全、高效的綜合機(jī)械化開(kāi)采存在著諸多困難，其中如何確保大傾角工作面設(shè)備的穩(wěn)定性已成為大傾角綜采工作面管理的技術(shù)關(guān)鍵和重大難題［1－5］。

1 大傾角綜采面設(shè)備失穩(wěn)機(jī)理分析

1.1 采煤機(jī)失穩(wěn)機(jī)理分析

大傾角工作面開(kāi)采時(shí)，如采煤機(jī)上行割煤，受自重傾向分力與滾筒割煤時(shí)煤體阻力的復(fù)合作用，采煤機(jī)上行困難，當(dāng)采煤機(jī)所受復(fù)合作用力大于其牽引力時(shí)，采煤機(jī)將出現(xiàn)下滑;采煤機(jī)下行割煤時(shí)，由于工作面傾角大，采煤機(jī)受自重傾向分力極容易引起自動(dòng)下滑而造成飛車(chē)，另外采煤機(jī)電纜會(huì)出現(xiàn)急速下滑現(xiàn)象，極易發(fā)生安全事故;采煤機(jī)停車(chē)時(shí)，如制動(dòng)器的制動(dòng)力矩不能滿足采煤機(jī)在大傾角條件下的制動(dòng)要求，將導(dǎo)致嚴(yán)重事故發(fā)生。

工作面大角度俯采時(shí)，隨著俯角增大，采煤機(jī)重心偏向滾筒，加劇機(jī)組的不穩(wěn)定性，出現(xiàn)掉道事故并且使采煤機(jī)機(jī)身兩側(cè)的導(dǎo)向裝置磨損嚴(yán)重。當(dāng)俯角大于15°時(shí)，采煤機(jī)下滑，滾筒鉆入煤壁，采煤機(jī)的導(dǎo)向滑靴磨損加快，行走輪與銷(xiāo)排之間嚙合點(diǎn)移位，截割下來(lái)的煤難以裝入輸送機(jī)中，對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重影響。

1.2 液壓支架失穩(wěn)機(jī)理分析

液壓支架應(yīng)用于大傾角工作面，由于頂板－支架－底板運(yùn)動(dòng)情況不一致和傾角的影響，支架頂?shù)资芰Φ暮狭ζx支架重心，產(chǎn)生使支架傾倒的力矩，降低了液壓支架的穩(wěn)定性。隨著煤層傾角的增加，重力的法向及切向分量會(huì)發(fā)生變化，使得切向分力增大而法向分力減小，因此，工作面支護(hù)系統(tǒng)所受的工作載荷變小，而引起支護(hù)系統(tǒng)失穩(wěn)的外載增大，工作面液壓支架滑、倒及架間擠、咬現(xiàn)象加劇，俯角或仰角的存在會(huì)加劇這種不穩(wěn)定性［6］。

1.3 刮板輸送機(jī)失穩(wěn)機(jī)理分析

當(dāng)煤層傾角過(guò)大時(shí)，刮板輸送機(jī)自身的重力所引起的下滑是其失穩(wěn)的重要原因。工作面傾角較大時(shí)，只有當(dāng)輸送機(jī)下滑力小于或等于最大靜摩擦力時(shí)，才不會(huì)下滑。另外，在綜采工作面，輸送機(jī)與支架在不斷前移的過(guò)程中，通過(guò)推移桿的作用，彼此相互影響，相互制約，在大傾角的情況下表現(xiàn)尤為明顯。支架的穩(wěn)定在一定程度上制約著輸送機(jī)的下滑，而輸送機(jī)的下滑將直接帶動(dòng)支架下滑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致支架的歪斜與傾倒。

2 大傾角綜采面設(shè)備穩(wěn)定性控制措施

2.1 采煤機(jī)穩(wěn)定性控制措施

（1）采用單向割煤，即采煤機(jī)下行時(shí)割煤，只走架不頂溜;采煤機(jī)上行時(shí)走空刀，只頂溜不走架。這樣采煤機(jī)負(fù)荷減小，便于掌握平衡，同時(shí)也減少了由于采煤機(jī)受力不平衡而導(dǎo)致掉道。

（2）采煤機(jī)必須配備液壓制動(dòng)器。當(dāng)出現(xiàn)特殊情況時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)及時(shí)停機(jī)，啟動(dòng)抱閘裝置，防止采煤機(jī)下滑。

（3）采煤機(jī)所用的銷(xiāo)及大鏈必須隨機(jī)攜帶，檢修采煤機(jī)或人員進(jìn)入煤墻側(cè)作業(yè)時(shí)，應(yīng)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行可靠固定。

（4）及時(shí)清理電纜槽內(nèi)的浮煤、矸石。

（5）采煤機(jī)不能上行時(shí)，必須及時(shí)停機(jī)。在采煤機(jī)上閉鎖大溜，卡好銷(xiāo)，拴好大鏈，查明原因，進(jìn)行處理。嚴(yán)禁強(qiáng)行牽引。

（6）滾筒應(yīng)切入煤壁或上下滾筒全部落地后再停機(jī)，位于機(jī)頭的滾筒必須切入煤墻，以增加阻力，并盡可能將采煤機(jī)?？吭谄露认鄬?duì)較緩地段。

（7）采煤機(jī)下行割煤時(shí)，電纜夾余長(zhǎng)從工作面中部饋頭處向下折疊。

（8）大傾角采煤前及時(shí)調(diào)整PLC程序，使采煤機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行割煤時(shí)先牽引后松閘，以防止采煤機(jī)啟動(dòng)下滑。

（9）為防止采煤機(jī)下滑，采取使工作面下端頭三角煤柱適當(dāng)增大的方式。減緩工作面傾角，同時(shí)，采取上部斜切進(jìn)刀方式，采煤機(jī)下行割煤時(shí)，煤壁阻止采煤機(jī)下滑，采煤機(jī)割通機(jī)頭返刀后，當(dāng)下滾筒距下出口15m時(shí)，即停止返刀，先拉好機(jī)頭，隨后從下向上推溜，并始終保持15m的彎曲段，以減緩采煤機(jī)的下滑。

（10）在采煤機(jī)上要設(shè)置并安裝能停止工作面輸送機(jī)的閉鎖裝置。

（11）采煤機(jī)的防滑裝置和停機(jī)按鈕必須確保靈敏可靠。

2.2 液壓支架穩(wěn)定性控制措施

2.2.1 單個(gè)支架

（1）在保證對(duì)頂板有足夠支撐強(qiáng)度的前提下，盡量減輕支架重量。大傾角煤層走向長(zhǎng)壁工作面礦壓顯現(xiàn)的主要特征是由于不均勻充填導(dǎo)致沿工作面傾斜方向來(lái)壓順序、持續(xù)時(shí)間、來(lái)壓強(qiáng)度的不均衡和頂板對(duì)支架作用的載荷較緩傾斜小。同時(shí)，由于支架重量與穩(wěn)定性成反比關(guān)系，因此，只要支護(hù)強(qiáng)度能滿足要求，應(yīng)盡量減輕支架重量，以提高穩(wěn)定性，同時(shí)亦有利于支架在工作面的調(diào)整。

（2）增設(shè)防倒防滑裝置。

（3）增加初撐力和工作阻力。從提高支架穩(wěn)定性角度出發(fā)，加大支架初撐力，工作時(shí)充分利用工作阻力，移架時(shí)保持一定的阻力。加大支架阻力必須確保支架與頂?shù)装褰佑|狀況良好，以不破壞煤層底板為前提。

2.2.2 工作面整體支架

（1）保證支架頂梁間沒(méi)有間隙，使其沒(méi)有傾倒空間;支架側(cè)護(hù)板千斤頂、側(cè)推彈簧使支架頂梁相互靠緊，始終保持足夠的扶正力，防止倒架。

（2）在鄰架頂梁間增設(shè)調(diào)架千斤頂，當(dāng)支架出現(xiàn)傾倒時(shí)，以支撐頂板的相鄰支架作支點(diǎn)，用千斤頂調(diào)整該支架位置。

（3）在鄰架底座之間增設(shè)底調(diào)，約束單個(gè)支架的傾倒。增設(shè)底調(diào)效果相當(dāng)于把兩個(gè)支架連接在一起而成為一個(gè)支架，即變相的使支架底座寬度增加了1倍，其防倒能力大為增加。

（4）在頂梁與頂板間增設(shè)金屬網(wǎng)，因金屬網(wǎng)與支架間的摩擦系數(shù)較小，可釋放頂板下滑的能量（大傾角面頂板－支架－底板關(guān)系中，頂板有下滑趨勢(shì)，而支架與頂板原有的接觸方式中，支架有阻止頂板下滑的力，使支架承受了部分頂板下滑的能量，給支架傾倒穩(wěn)定性帶來(lái)了巨大的威脅），且增強(qiáng)了支架的穩(wěn)定性，并不會(huì)破壞頂板的完整性。

2.2.3 移架順序控制

大傾角綜采工作面，液壓支架的操作順序也至關(guān)重要，操作順序不當(dāng)，也會(huì)加速支架下滑。在正?；夭蛇^(guò)程中，必須實(shí)行單向割煤，即下行割煤。在采煤機(jī)割煤之后，必須從上向下采用單向依次順序式拉架，拉1號(hào)架時(shí)必須將2號(hào)架支架升緊，利用2號(hào)支架為支點(diǎn)，將1號(hào)支架向上推，最后利用1號(hào)支架側(cè)護(hù)板和底調(diào)千斤調(diào)整好1號(hào)支架，并且立即升緊，打開(kāi)護(hù)幫板護(hù)住煤壁，防止片幫。

2.2.4 其他措施

在整個(gè)支架操作過(guò)程中，必須保證液壓系統(tǒng)的完好。這項(xiàng)措施雖然不能直接控制液壓支架穩(wěn)定性，但是，這是所有措施中最基礎(chǔ)的一項(xiàng)工作。如果液壓系統(tǒng)存在跑、冒、滴、漏液等現(xiàn)象，液壓支架的初撐力就達(dá)不到，在頂板不好的條件下很容易引起漏頂、冒頂事故;初撐力達(dá)不到，支架的工作阻力就達(dá)不到，在初次來(lái)壓或周期來(lái)壓時(shí)容易壓死支架，影響正?；夭?同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致拉架推輸送機(jī)速度跟不上，在操作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)倒架等事故。這些問(wèn)題在大傾角綜采面開(kāi)采過(guò)程中尤為突出。

2.3 刮板輸送機(jī)穩(wěn)定性控制措施

控制刮板輸送機(jī)下滑措施，主要包括改造設(shè)備、改變工作面布置方式、變革回采工藝等。

（1）各支架底座內(nèi)側(cè)加裝限位鐵塊，減少底座與推拉桿間隙，限制推拉桿受輸送機(jī)下滑力拉動(dòng)向下偏移，以控制輸送機(jī)下滑。

（2）在輸送機(jī)上安裝防滑系統(tǒng)。輸送機(jī)每隔10架安裝1個(gè)千斤頂做防滑之用，該千斤頂用圓環(huán)鏈連接，一端固定在輸送機(jī)擋煤板上，另一端固定在上方支架的底座上，用單向液壓鎖控制，使其始終處于“拉”的工作狀態(tài)。

（3）工作面?zhèn)涡辈贾茫刂戚斔蜋C(jī)下滑。根據(jù)工作面煤層傾角大小，將工作面機(jī)巷調(diào)整成適當(dāng)超前風(fēng)巷回采，一方面可以減少工作面坡度，另外在推移輸送機(jī)時(shí)可以給輸送機(jī)一個(gè)向上的作用力，使得輸送機(jī)下滑量與推移輸送機(jī)產(chǎn)生的上竄量抵消一部分，達(dá)到防止輸送機(jī)上竄與下滑的目的。

利用調(diào)整工作面上下巷超前距離來(lái)控制綜采工作面設(shè)備穩(wěn)定性，對(duì)于不同地質(zhì)條件綜采面來(lái)說(shuō)，這個(gè)距離是變量，必須針對(duì)具體的礦井地質(zhì)條件、煤層傾角進(jìn)行觀察和摸索實(shí)踐?？傮w來(lái)說(shuō)，工作面傾角越大，機(jī)巷超前風(fēng)巷距離越長(zhǎng)。

（4）采取由下向上推移輸送機(jī)。

（5）改革割煤工藝控制輸送機(jī)下滑。當(dāng)工作面傾角達(dá)40°以上時(shí)，若輸送機(jī)和支架下滑明顯，采用工作面?zhèn)涡辈贾貌荒苡行Х乐馆斔蜋C(jī)下滑時(shí)，可采用單向割煤防止下滑。即:采煤機(jī)下行割煤，上行提空刀并推輸送機(jī);推輸送機(jī)時(shí)，先推較低位置的機(jī)頭，然后依次向上，可避免輸送機(jī)由機(jī)尾向下推移時(shí)的下滑推力，有效防止輸送機(jī)下滑。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）大傾角綜采工作面設(shè)備穩(wěn)定性控制應(yīng)從“支架－輸送機(jī)－采煤機(jī)”三機(jī)配套的整體上考慮，并且結(jié)合大傾角工作面的實(shí)際地質(zhì)條件，其主要控制技術(shù)包括改造設(shè)備、改變工作面布置方式、變革回采工藝等。

（2）上述一系列措施之間均有一定的聯(lián)系，相互影響，共同發(fā)揮作用。在大傾角綜采工作面，應(yīng)配合使用上述措施，才可保證大傾角工作面設(shè)備的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

［1］杜計(jì)平，孟憲銳.采礦學(xué)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

［2］任瑞云.大傾角采煤工作面設(shè)備防倒、防滑的應(yīng)用技術(shù)研究［J］.煤礦機(jī)械，2009，30（1）:181－183.

［3］張 帥.大傾角走向長(zhǎng)壁綜采配套設(shè)備的防倒防滑措施［J］.河北煤炭，2007（3）:11－12.

［4］咸旭林.大傾角綜采工作面支護(hù)中的防倒防滑技術(shù)［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2010（8）:81－82.

［5］王國(guó)青.大傾角工作面綜采設(shè)備防倒、防滑［J］.煤，2001，11（2）:53.

［6］林忠明，陳忠輝，謝俊文，等.大傾角綜放開(kāi)采液壓支架穩(wěn)定性分析與控制措施［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2004（6）:264－268.

Equipments Stability Controlling Measure for Full-mechanized Mining Face with Large Mining-height

PENG Ming-qi1，CAO Xin-qi2，MA Li-qiang2，3

（1.Shanxi Lingshi Huaying Fengjiatan Coal Co，Ltd，Jinzhong 031300，China; 2.Mining Engineering School，China University of Mining＆Technology，Xuzhou 221116，China; 3.State Key Laboratory of Coal Resource＆Safety Mining，China University of Mining＆Technology，Xuzhou 221008，China）

Equipments stability control ofmining face is a difficulty and the key technicalmatter during full-mechanized mining coalseam with large angle This paper analyzed equipments instability causes and put forward a series controlmeasures including reforming equipments，changing face layoutmanner and transferringmining technique This provided strong technical support for realizing safe and high-efficientmining coal-seam with large angle.

large angle coal-seam;full-mechanized;equipment;stability control

TD823.21 3

A

1006-6225（2011）05-0027-03

2011－07－01

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科研基金資助項(xiàng)目 （50904063）;中國(guó)礦業(yè)大學(xué)青年科研基金資助項(xiàng)目 （2008A003，2009A001）

彭明啟 （1973－），男，江蘇徐州人，助理工程師，山西靈石華瀛馮家壇煤業(yè)有限公司副總工程師。

［責(zé)任編輯:鄒正立］