杜戰(zhàn)芳 曹海崗

（國(guó)能榆林能源有限責(zé)任公司郭家灣煤礦分公司）

在煤礦綜采工作面生產(chǎn)過(guò)程中，刮板輸送機(jī)是主要的運(yùn)輸設(shè)備，在開(kāi)采不同傾角的煤層時(shí)，刮板輸送機(jī)存在不同程度的“上竄下滑”的現(xiàn)象［1-4］，若竄動(dòng)幅度較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)安全出口不暢通的情況，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，增加工作面的生產(chǎn)隱患［5-6］。因此，刮板輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行在煤炭開(kāi)采中起著至關(guān)重要的作用［7-8］。以郭家灣煤礦51108工作面為研究背景，總結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)刮板輸送機(jī)“上竄下滑”的規(guī)律，通過(guò)理論分析其力學(xué)原理，研究并采用合理的防范措施，確保刮板輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 工作面概況

51108工作面北為5-1煤輔助運(yùn)輸大巷、5-1煤帶式輸送機(jī)大巷、5-1煤中央回風(fēng)大巷，工作面西為51108回風(fēng)順槽，工作面東為51108輔運(yùn)順槽，工作面南為井田邊界。5-1煤平均厚度為4.1 m，采煤方法為一次采全高。工作面平均傾角為0°～1°，最大傾角為1.12°。51108工作面長(zhǎng)為193.5 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為2 375.6 m，直接底為深灰色粉砂巖，含植物根化石及炭屑，夾細(xì)粒砂巖和泥巖互層。工作面共安裝液壓支架115臺(tái)，其中，端頭架選用ZYT120000/24/45D型支架，共7臺(tái)；過(guò)渡架選ZYG120000/27/56D型支架，共2臺(tái)；中間支架型號(hào)為鄭煤ZY12000/27/56D型支架，共106架，采煤機(jī)選用JOY公司生產(chǎn)的JOY7LS6C型采煤機(jī)。刮板輸送機(jī)型號(hào)為SGZ1000/3000，轉(zhuǎn)載機(jī)型號(hào)為SZZ1350/525，破碎機(jī)型號(hào)為PCM400。

2 刮板輸送機(jī)“上竄下滑”的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及危害

隨著51108工作面的回采，工作面煤層走向傾角逐漸發(fā)生變化，底板出現(xiàn)起伏不平的現(xiàn)象，刮板輸送機(jī)機(jī)頭機(jī)尾存在高度落差較大的情況，隨著工作面動(dòng)態(tài)生產(chǎn)，設(shè)備表現(xiàn)出受力不均衡的現(xiàn)象。當(dāng)工作面機(jī)頭位置高于機(jī)尾位置時(shí)，在刮板輸送機(jī)、液壓支架和采煤機(jī)等的重力作用以及煤炭運(yùn)輸?shù)姆醋饔昧ο拢ぷ髅嬖O(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)向機(jī)尾運(yùn)移的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為刮板輸送機(jī)的竄動(dòng)帶動(dòng)液壓支架的移動(dòng)，將這種現(xiàn)象定義為刮板輸送機(jī)的下滑，當(dāng)刮板輸送機(jī)竄動(dòng)較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)尾的安全出口距離減小，從而影響煤炭的安全生產(chǎn)。同時(shí)，當(dāng)工作面機(jī)尾位置高于機(jī)頭位置時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中在刮板輸送機(jī)等設(shè)備的重力作用以及刮板輸送機(jī)摩擦反作用力下，刮板輸送機(jī)受力不平衡，在刮板輸送機(jī)的帶動(dòng)下整體向機(jī)頭運(yùn)移，機(jī)頭安全距離也會(huì)減小，出現(xiàn)“上竄”的情況。

刮板輸送機(jī)的“上竄下滑”對(duì)煤礦生產(chǎn)存在很大的安全隱患。當(dāng)“上竄下滑”程度較大時(shí)，會(huì)造成安全出口距離變小，甚至完全堵塞，不僅影響兩順槽的正常通行和通風(fēng)，而且會(huì)使刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)溜槽錯(cuò)茬，增加啞鈴銷(xiāo)斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，使刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的維修難度增大，同時(shí)影響工作面的工程質(zhì)量，降低工作面標(biāo)準(zhǔn)化程度；此外，還會(huì)造成支架傾斜和發(fā)生位移，在工作面生產(chǎn)過(guò)程中拉架時(shí)造成損壞，同時(shí)不能對(duì)頂板進(jìn)行正常支護(hù)，可能造成冒頂。

3 刮板輸送機(jī)“上竄下滑”機(jī)理分析

從物體受力角度對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行分析，之所以出現(xiàn)“上竄下滑”，是由于物體受力不平衡引起的物理運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)其機(jī)理分析就需要對(duì)刮板輸送機(jī)受到的作用力之間進(jìn)行分析。

3.1 工作面傾角的影響

在51108工作面回采過(guò)程中，回風(fēng)順槽與膠運(yùn)順槽存在標(biāo)高落差，整個(gè)工作面設(shè)備受傾斜狀態(tài)影響表現(xiàn)出下滑的傾向，受力分解如圖1所示。

工作面傾斜方向與水平方向的夾角為α，刮板輸送機(jī)的自重力為G，在自重下產(chǎn)生的2個(gè)分力分別為G x和G y，表達(dá)式如下。

在G y的作用下產(chǎn)生了刮板輸送機(jī)與底板間的摩擦力f，表達(dá)式為

式中，μ為刮板輸送機(jī)與底板間的摩擦系數(shù)。

在工作面傾斜方向上，當(dāng)輸送機(jī)的下滑力G x大于摩擦阻力f時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致刮板輸送機(jī)發(fā)生滑動(dòng)，同時(shí)工作面傾角越大，使得下滑力G x越大，摩擦力f越小，因此刮板輸送機(jī)滑動(dòng)程度越明顯。

3.2 支架推移千斤頂對(duì)刮板輸送機(jī)的影響

隨著刮板輸送機(jī)的“上竄下滑”，液壓支架竄動(dòng)滯后于刮板輸送機(jī)，使其之間的推移油缸連接存在角度偏差。如圖2所示，當(dāng)支架推移千斤頂?shù)牧εc刮板輸送機(jī)不垂直時(shí)，推力將會(huì)沿刮板輸送機(jī)方向產(chǎn)生一個(gè)水平分力F2，在F2的影響下刮板輸送機(jī)也會(huì)出現(xiàn)上竄下滑的趨勢(shì)。同時(shí)高度差越大，β越大，刮板輸送機(jī)受水平分力F2越大，因此越容易發(fā)生竄動(dòng)。

3.3 采煤機(jī)截割方向的影響

采煤機(jī)在工作面工作時(shí)，其受力如圖3所示，其中，f2為采煤機(jī)牽引動(dòng)力，f1和f分別為煤層底板施加給刮板輸送機(jī)的摩擦阻力和采煤機(jī)截割部所受的工作阻力，f3為輸送機(jī)受到的反作用力。當(dāng)f3與f不等時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)外力差，該差值會(huì)驅(qū)使刮板輸送機(jī)發(fā)生偏移，造成安全隱患。

除上述之外，采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的張力等也會(huì)造成刮板輸送機(jī)上竄下滑的趨勢(shì)。總之，有很多因素都會(huì)導(dǎo)致刮板輸送機(jī)偏移，只是不同的因素對(duì)刮板輸送機(jī)偏移的程度不同，究其根本，是由于其受力不平衡，因此若要確保刮板輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須控制好設(shè)備受力均勻。

4 刮板輸送機(jī)“上竄下滑”控制方法

4.1 控制措施

（1）采用偽斜推進(jìn)。通過(guò)甩采使工作面上、下端頭有一定距離差值，這樣可適當(dāng)減小工作面傾角，使得輸送機(jī)所受的下滑力減小，摩擦力增大，從而減小輸送機(jī)下滑的趨勢(shì)［9］。

（2）工作面端頭磨平。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，刮板輸送機(jī)出現(xiàn)下滑可通過(guò)磨平工作面下端頭，同時(shí)從下向上推移刮板輸送機(jī)［10-12］；同理，當(dāng)刮板輸送機(jī)上竄時(shí)，可對(duì)工作面上端頭進(jìn)行磨平，同時(shí)從上向下推移刮板輸送機(jī)，從而控制輸送機(jī)“上竄下滑”。

（3）液壓支架間配置側(cè)向推移裝置。當(dāng)工作面傾角較大、支架較重時(shí)，支架之間的側(cè)向護(hù)板力不足以調(diào)整支架沿工作面傾斜方向的下滑，因此可在支架底座安裝側(cè)向推移裝置控制支架的間距，進(jìn)而控制支架的“上竄下滑”現(xiàn)象。

（4）工作面設(shè)備采用斜切操作方式。采煤機(jī)割煤采用上端頭斜切進(jìn)刀方式，往下進(jìn)行實(shí)刀割煤，往上清理浮煤；以從頭向尾的方式進(jìn)行推溜，防止采煤機(jī)的下滑。

（5）加強(qiáng)觀測(cè)。對(duì)工作面端頭端尾安全距離進(jìn)行觀測(cè)［13-15］，每割1個(gè)循環(huán)觀測(cè)1次，同時(shí)對(duì)支架推移刮板輸送機(jī)的推移頭方向進(jìn)行觀測(cè)，以便及時(shí)對(duì)刮板輸送機(jī)采取控制措施。

4.2 調(diào)斜距離計(jì)算

51108工作面凈長(zhǎng)為193.5 m，兩端頭高差為0～4 m，工作面傾角平均為0°～1°，最大為1.12°。2021年3月下旬，在51108工作面組織生產(chǎn)，采煤工作面兩端高差約為3.8 m，自然傾角約為1.12°，按照采煤工作面調(diào)斜經(jīng)驗(yàn)公式，采煤工作面調(diào)斜距離計(jì)算見(jiàn)下式［16］。

式中，S為采煤工作面調(diào)斜距離，m；L為工作面傾斜長(zhǎng)度，m；α為工作面傾角，（°）。

根據(jù)式（4）確定采煤工作面調(diào)斜至機(jī)尾超前2 m。即在工作面傾角保持1.12°的情況下，通過(guò)加甩刀，使機(jī)頭超前機(jī)尾2 m的距離，基本控制了工作面刮板輸送機(jī)的下滑。

5 結(jié)論

本研究針對(duì)郭家灣煤礦51108工作面刮板輸送機(jī)“上竄下滑”的問(wèn)題，對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律及危害進(jìn)行了分析，同時(shí)研究了刮板輸送機(jī)出現(xiàn)“上竄下滑”的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。研究得出，工作面傾角、支架千斤頂對(duì)輸送機(jī)的推力及采煤機(jī)截割方向等均會(huì)造成刮板輸送機(jī)出現(xiàn)“上竄下滑”的趨勢(shì)。同時(shí)提出了相應(yīng)的控制措施，并通過(guò)對(duì)工作面進(jìn)行調(diào)斜，最終刮板輸送機(jī)“上竄下滑”得到控制，保證了工作面的正常生產(chǎn)。