王 震，焦渭濤

(華亭煤業(yè)集團 華亭煤礦，甘肅 華亭 744100)

綜采面刮板輸送機既是煤流輸出的源頭，也是采煤機運行的軌道，是當(dāng)前采煤工藝中最重要的設(shè)備之一。綜采面刮板輸送機的正常運轉(zhuǎn)是綜采面安全高效回采的關(guān)鍵，對提高綜采面開機率，降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

自“十三五”以來，我國煤炭行業(yè)自主創(chuàng)新能力得到了大幅提升，實現(xiàn)了從跟蹤、模仿到部分領(lǐng)域并跑，領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變，取得了突出的成就[1]。與之對應(yīng)的是綜采面刮板輸送機的研究多集中于對刮板輸送機智能化控制以及刮板輸送機機械性能的研究[2-6]。王世博等[7]結(jié)合綜采面采煤工藝?yán)霉伟遢斔蜋C檢測軌跡，建立了刮板輸送機調(diào)直方法，實現(xiàn)了在綜采面不停機情況下的刮板輸送機連續(xù)調(diào)直；孫遠敬等[8]分析了刮板輸送機的張力計算及刮板輸送機運行中的鏈條張力分布，并設(shè)計了刮板輸送機鏈條張力檢測系統(tǒng)及其自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)了刮板輸送機鏈條張力的實時檢測和控制；喬紅兵等[9]針對刮板輸送機液力耦合器組控制系統(tǒng)難以對其運行參數(shù)進行有效監(jiān)控問題，設(shè)計了一種基于MCGS組態(tài)技術(shù)的刮板輸送機液力耦合器組控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了刮板輸送機運行數(shù)據(jù)的實時采集、處理、超限報警及工作控制；贠東風(fēng)等[10]分析了大傾角綜采面刮板輸送機在現(xiàn)場實踐中的應(yīng)用效果，并提出了大傾角綜采面刮板輸送機的持續(xù)改進情況。

目前，長壁采煤方法中，刮板輸送機“上竄下滑”現(xiàn)象一直困擾著綜采面安全高效開采。國內(nèi)學(xué)者對工作面刮板輸送機“上竄下滑”相關(guān)研究如下：張科學(xué)等[11]采用現(xiàn)場調(diào)研、力學(xué)分析和工業(yè)性試驗相結(jié)合的方法，得出了刮板輸送機發(fā)生“上竄下滑”和不發(fā)生上竄或下滑的力學(xué)條件，提出了工作面聯(lián)合調(diào)斜控制技術(shù)原理及綜采智能化工作面基于實時推進度監(jiān)測的調(diào)斜控制技術(shù)；趙啟安等[12]分析了綜采工作面刮板輸送機、支架竄動的原因及其造成的后果，闡述了刮板輸送機的運行推移是工作面設(shè)備竄動的主要原因；牛劍峰[13]對設(shè)備“上竄下滑”的主要原因進行了闡述，介紹了綜采工作面?zhèn)涡笨刂频幕竟ぷ髟?，并提出使用激光對位傳感器和行程傳感器等進行工作面自動調(diào)斜控制；馬昆等[14]研究分析了大傾角工作面支架防倒防滑以及刮板輸送機“上竄下滑”自動化控制的重難點，建立了刮板輸送機“上竄下滑”工藝管控策略數(shù)據(jù)模型及工藝控制邏輯體系；員東風(fēng)等[15]闡述了大傾角煤層關(guān)于調(diào)偽仰斜的4個定義，論述并證明了4個偽仰斜推溜定理，為傾斜工作面控制刮板輸送機“上竄下滑”提供了理論指導(dǎo)；張金福[16]通過對大傾角狀態(tài)下工作面刮板輸送機的受力狀態(tài)進行分析，提出了控制工作面刮板輸送機下滑的具體措施；范志忠[17]對大傾角大采高偽斜工作面設(shè)備“上竄下滑”機理進行了分析，得出煤層傾角越大，則適用偽斜的角度比例越小，不能通過單純增大偽斜角度解決設(shè)備“上竄下滑”問題的結(jié)論；張文濤等[18]分析了單斜構(gòu)造綜采工作面刮板運輸機“上竄下滑”產(chǎn)生的原因和危害，給出了刮板運輸機“上竄下滑”的判斷依據(jù)，提出了控制刮板運輸機“上竄下滑”的技術(shù)措施；劉建輝[19]通過對近水平工作面刮板輸送機進行受力分析，得出刮板輸送機受力不平衡是造成刮板輸送機“上竄下滑”的主要原因，并提出了工作面?zhèn)蝺A斜開采是控制刮板輸送機“上竄下滑”的主要技術(shù)措施；白曉生等[20]結(jié)合工作面實際生產(chǎn)經(jīng)驗，分析了刮板輸送機“上竄下滑”的原因和影響，提出了通過工作面調(diào)斜方式防控刮板輸送機“上竄下滑”的方法，并改進了適合本礦區(qū)煤層工作面開采條件的調(diào)斜距離計算公式；仝澤文等[21]分析了旗山煤礦1124與1123緩傾斜相鄰綜采面(煤層傾角平均10°)刮板輸送機“上竄下滑”的主要原因，并提出了解決對策。

綜合國內(nèi)學(xué)者對綜采工作面刮板輸送機“上竄下滑”的相關(guān)研究表明：大多數(shù)研究集中于傾斜工作面刮板輸送機“上竄下滑”機理分析與控制技術(shù)，以及傾斜工作面刮板輸送機的智能化控制，遺憾的是，知網(wǎng)檢索近水平綜采面刮板輸送機“上竄下滑”機理分析及如何調(diào)整的研究文獻極少。因此，針對近水平綜采面刮板輸送機“上竄下滑”進行多角度研究顯得尤為重要。

1 工程概況

華亭煤礦250107-1綜采面東部為250106-1綜采面采空區(qū)，西部為未采實體煤，綜采面局部地段為強沖擊地壓危險區(qū)域。250107-1綜采面走向可采長度為2100m，寬度為200m，平均分層煤厚為12.1m，綜采面煤層傾角5°～7°，設(shè)計采高3.5m，采放比為：1∶2.46。該綜采面采用下行通風(fēng)，傾斜分層長壁俯斜全部垮落采煤方法，端部斜切進刀的方式回采。250107-1綜采面主要生產(chǎn)設(shè)備名稱、型號、數(shù)量見表1。

表1 250107-1綜采面主要設(shè)備

250107-1綜采面共有117副支架，從綜采面機頭至綜采面機尾支架依次編號為001、002、…、116、117，其中編號001、002、003支架為綜采面機頭3副過渡架，編號004、005、…、112、113為綜采面中部基本架，機尾編號114、115、116、117支架為綜采面機尾4副過渡架。ZFT18376/24/38D型端頭架布置于綜采面運輸隅角。

2 近水平綜采面刮板輸送機“上竄下滑”的危害

近水平綜采面刮板輸送機“上竄下滑”是指在長壁采煤方法中，由于回采工藝不恰當(dāng)，致使工作面刮板輸送機整體向工作面上、下出口產(chǎn)生位移的現(xiàn)象。刮板輸送機“上竄下滑”造成的危害如下。

2.1 工程質(zhì)量差

由于推移桿對支架拉移起導(dǎo)向作用，刮板輸送機“上竄下滑”嚴(yán)重時會導(dǎo)致液壓支架推移桿偏斜，進而導(dǎo)致支架位態(tài)不正，支架排列不整齊，嚴(yán)重影響生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化達標(biāo)。生產(chǎn)現(xiàn)場液壓支架推移桿偏斜如圖1所示。

圖1 液壓支架推移桿偏斜

工作面正常回采過程中，支架推移桿與液壓支架底部耳座的間隙均勻一致，并且推移桿垂直刮板輸送機中部槽。圖1中推移桿與支架底部左耳座的間隙較大，與右耳座的間隙較小，說明刮板輸送機整體向支架右部移動。若近水平工作面出現(xiàn)圖1這種情況，隨著工作面的持續(xù)推進，液壓支架也會逐漸出現(xiàn)歪斜。關(guān)于刮板輸送機“上竄下滑”與液壓支架位態(tài)的關(guān)系將在下文中作進一步描述。

2.2 煤流運輸不暢

本文中所述上竄是指綜采面前部刮板輸送機向綜采面機頭移動，下滑指刮板輸送機向綜采面機尾移動。綜采面刮板輸送機上竄嚴(yán)重時，致使刮板輸送機機頭與轉(zhuǎn)載機搭接不合理，刮板輸送機機頭與轉(zhuǎn)載機內(nèi)沿?fù)趺喊逯g的空間縮小，極易卡住大塊煤炭，導(dǎo)致煤流運行不暢，綜采面生產(chǎn)效率急劇下降。刮板輸送機機頭與轉(zhuǎn)載機相對位置如圖2所示。

圖2 刮板輸送機機頭與轉(zhuǎn)載機相對位置

另外，刮板輸送機上竄嚴(yán)重時也會影響轉(zhuǎn)載機后部煤流運輸，當(dāng)后部刮板輸送機煤流中的大塊煤炭轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)載機后，會卡在綜采面前部刮板輸送機機頭減速機下部，致使轉(zhuǎn)載機后部煤流堵塞，甚至造成煤流涌入過渡架(編號001支架)底座及相鄰的過渡架，嚴(yán)重時造成刮板輸送機機頭減速機下部的磨損。

250107-1綜采面刮板輸送機下滑嚴(yán)重時，刮板輸送機機頭與轉(zhuǎn)載機內(nèi)沿?fù)趺喊逯g的空間增大，粉細煤極易隨著刮板進入刮板輸送機中部槽底部，俗稱“倒拉煤”現(xiàn)象，“倒拉煤”嚴(yán)重時，刮板輸送機局部段中部槽會被粉細煤卡住，導(dǎo)致刮板輸送機無法高效運轉(zhuǎn)。

2.3 生產(chǎn)效率低

在刮板輸送機上竄嚴(yán)重時，機尾編號117支架與煤柱側(cè)無支護空間增大，安全隱患大，增加了打設(shè)抬棚支護工序，降低了綜采面生產(chǎn)效率。當(dāng)刮板輸送機下滑嚴(yán)重時會導(dǎo)致編號117支架與煤柱側(cè)空間縮小，嚴(yán)重時117支架緊貼煤柱側(cè)，不僅造成回風(fēng)隅角風(fēng)流不暢，瓦斯含量升高，而且機尾過渡架相互擠壓，拉移困難，特別是117支架在拉移過程中易造成煤柱側(cè)煤幫垮落，需要對117支架側(cè)煤柱巷幫重新聯(lián)網(wǎng)支護。除此之外，刮板輸送機“上竄下滑”嚴(yán)重時，采煤機行駛范圍有限，采煤機滾筒難以有效截割綜采面兩端頭煤幫，增加了人工落煤工序，嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率。

3 近水平綜采面刮板輸送機“上竄下滑”原因分析

250107-1綜采面回采期間反復(fù)出現(xiàn)刮板輸送機“上竄下滑”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響綜采面安全高效開采。通過結(jié)合現(xiàn)場實際，從刮板輸送機推移方式分析刮板輸送機“上竄下滑”原因。

3.1 近水平綜采面刮板輸送機“上竄下滑”機理

目前綜采面一般采用采煤機割煤→追機移架→推移前部刮板輸送機的回采工藝，隨著采煤機割煤和支架的拉移，刮板輸送機推移彎曲段不斷跟隨采煤機前移，當(dāng)完成一個完整的割煤工序，整個刮板輸送機所有中部槽均推移到位。綜采面設(shè)備運行狀況良好時，正常回采工藝如圖3所示。

圖3 綜采面回采工藝

由圖3可知，綜采面支架、刮板輸送機是一整體系統(tǒng)，在綜采面刮板輸送機推移過程中，刮板輸送機整體不能一次推移到位，其中部槽作圓弧運動。實踐表明，刮板輸送機彎曲度越大，刮板輸送機的“上竄下滑”越嚴(yán)重。綜采面正?；夭蛇^程中，刮板輸送機推移過程分析如圖4所示。

圖4 刮板輸送機推移過程分析

圖4(a)中，刮板輸送機A點推移量最大，O點推移量最??；弧AB是推移刮板輸送機所形成的弧長；OB是刮板輸送機推移段長度l；BC為刮板輸送機推移步距d；∠AOB為刮板輸送機彎曲度(刮板輸送機相鄰中部槽彎曲度不大于3°)；OO′為∠AOB角平分線；△l為刮板輸送機上竄或下滑微量(簡稱偏移微量，下同)。圖4(b)中，F(xiàn)1為在刮板輸送機推移過程中，來自鄰近中部槽的側(cè)推力；F2為液壓支架通過推移桿傳遞給中部槽的推力。

在圖4(a)中，由幾何關(guān)系知：△BOO′與△ABC為相似三角形，即得，

由此可知，在忽略浮煤堆積，中部槽、推移桿彈性變形等條件下，刮板輸送機推移過程中由于部分中部槽轉(zhuǎn)動，單節(jié)中部槽客觀存在偏移微量是導(dǎo)致刮板輸送機“上竄下滑”的根本原因。近水平綜采面采用單向割煤的方式回采，刮板輸送機每推移一個步距，刮板輸送機整體會沿著推移方向產(chǎn)生偏移微量△l，偏移微量△l與推移步距d、中部槽之間的夾角α成正比。

通過對刮板輸送機推移過程的分析，可得出單向割煤、推移刮板輸送機不僅會產(chǎn)生偏移微量△l，而且中部槽在被推移過程中的圓弧轉(zhuǎn)動會對鄰近中部槽產(chǎn)生側(cè)推力F1(參見圖4(b))，進一步加劇刮板輸送機的上竄或下滑。

綜采面長時間單向割煤，刮板輸送機必然單一方向推移，如果忽視單一方向推移刮板輸送機造成的偏移微量，隨著綜采面的持續(xù)推進，刮板輸送機偏移微量會累計疊加出現(xiàn)宏觀上的“上竄下滑”。與此類似，綜采工作面采用U型通風(fēng)方式時，為了防止回風(fēng)隅角瓦斯積聚，常采用插幫割煤的方式使工作面回風(fēng)巷推進超前運輸巷(插幫割煤即采煤機從工作面中部連續(xù)斜切進刀，使得工作面運輸巷超前或滯后回風(fēng)巷的割煤方式)。由于插幫割煤伴隨著工作面一端刮板輸送機推移，因此插幫次數(shù)越多，綜采面一端累計推移量越大，刮板輸送機偏移微量累計效果越明顯。

因此，對于近水平綜采工作面生產(chǎn)，雙向割煤是控制刮板輸送機“上竄下滑”的關(guān)鍵。雙向割煤、雙向推移刮板輸送機能有效抵消單一方向推移刮板輸送機產(chǎn)生的偏移微量△l，也能抵消推移刮板輸送機過程中對鄰近中部槽產(chǎn)生的側(cè)推力。

3.2 推移桿對刮板輸送機“上竄下滑”的影響

近水平綜采面刮板輸送機整體“上竄下滑”、支架歪斜是隨著綜采面推進，刮板輸送機偏移微量△l長期累積疊加的結(jié)果。刮板輸送機“上竄下滑”、支架歪斜演變的過程如圖5所示。

圖5 刮板輸送機“上竄下滑”、支架歪斜演變

圖5中，正常狀態(tài)下推移桿平行于支架，垂直于刮板輸送機中部槽，綜采面正常回采；刮板輸送機下滑前期，推移桿偏向刮板輸送機“上竄下滑”方向，支架仍垂直刮板輸送機中部槽；刮板輸送機下滑后期，不僅推移桿偏向刮板輸送機“上竄下滑”方向，而且支架整體出現(xiàn)歪斜，偏向刮板輸送機“上竄下滑”方向。

刮板輸送機“上竄下滑”、液壓支架歪斜的原因主要是液壓支架與刮板輸送機通過推移桿連接，推移桿對液壓支架拉移、刮板輸送機推移起導(dǎo)向作用，刮板輸送機的持續(xù)性下滑，必然導(dǎo)致推移桿偏斜。在綜采面移架過程中，推移桿對支架的拉力方向與支架正常前移的方向出現(xiàn)夾角，致使支架逐漸出現(xiàn)朝向刮板輸送機“上竄下滑”方向歪斜，隨著綜采面的持續(xù)推進，支架歪斜現(xiàn)象愈加明顯，進入刮板輸送機下滑后期；同理，在推移刮板輸送機過程中，由于推移桿偏斜，推移桿對中部槽產(chǎn)生沿著刮板輸送機“上竄下滑”方向的分力，進一步加劇刮板輸送機“上竄下滑”。推移桿對液壓支架、刮板輸送機中部槽的力學(xué)作用如圖6所示。

圖6 推移桿對液壓支架、刮板輸送機中部槽的力學(xué)作用

圖6中，F(xiàn)拉為推移桿對液壓支架的拉力；F推為推移桿對刮板輸送機中部槽的推力；β為推移桿與刮板輸送機中部槽垂直方向的夾角；F3為推移桿拉架力在垂直中部槽方向的分力；F4為推移桿拉架力沿著刮板輸送機“上竄下滑”方向的分力；F5為刮板輸送機推力在垂直中部槽方向的分力；F6為推移桿推力沿著刮板輸送機“上竄下滑”方向的分力。

通過圖6分析發(fā)現(xiàn)，近水平綜采面隨著刮板輸送機“上竄下滑”的加劇，推移桿出現(xiàn)偏斜，在推移刮板輸送機、移架過程中，刮板輸送機“上竄下滑”、支架歪斜將呈復(fù)雜非線性惡化。因此，推移桿偏斜是造成刮板輸送機加速“上竄下滑”、支架歪斜的根本原因。

4 近水平綜采面刮板輸送機“上竄下滑”調(diào)控方法

通過對近水平綜采面刮板輸送機“上竄下滑”原因的分析，結(jié)合工程實際，具體可通過調(diào)節(jié)偽斜、單體柱輔助推移刮板輸送機、變換刮板輸送機推移方向等方式達到控制刮板輸送機“上竄下滑”的目的。

4.1 調(diào)節(jié)偽斜

偽斜是指走向長壁采煤方法中，工作面進風(fēng)巷超前或滯后回風(fēng)巷時，兩端頭在空間上的方位稱為偽斜。依據(jù)前文近水平綜采面刮板輸送機“上竄下滑”機理分析，針對250107-1綜采面刮板輸送機反復(fù)“上竄下滑”，在工程實踐中采取調(diào)節(jié)偽斜的方法加大綜采面一端刮板輸送機推移量。具體方法是通過在機頭單方向插幫割煤，并逐漸加大插幫長度，使刮板輸送機在推移過程中沿著上竄相反方向產(chǎn)生累計下滑微量△l，并對鄰近中部槽產(chǎn)生上竄相反方向的側(cè)推力，迫使綜采面刮板輸送機整體向機尾方向移動；同理，當(dāng)綜采面刮板輸送機下滑時，通過在機尾單向插幫割煤以控制刮板輸送機持續(xù)下滑。

4.2 單體柱輔助推移刮板輸送機

推移桿偏斜是刮板輸送機“上竄下滑”加劇的最直接原因，因此，在移架、推移刮板輸送機過程中可通過單體柱限制推移桿來減緩刮板輸送機的“上竄下滑”、緩解支架歪斜。限制支架推移桿偏斜的具體方法是將單體柱柱底靠在推移桿與中部槽連接處，柱頭緊靠液壓支架底座，在推移刮板輸送機中部槽的同時給單體柱注液，迫使刮板輸送機中部槽向“上竄下滑”的相反方向移動。單體柱輔助推移刮板輸送機如圖7所示。

圖7 單體柱輔助推移刮板輸送機

注意事項為利用單體柱輔助調(diào)節(jié)刮板輸送機“上竄下滑”的前提條件是必須確保單體柱柱底、柱頭穩(wěn)固，防止注液過程中單體柱彈射傷人。

4.3 側(cè)護板調(diào)節(jié)支架位態(tài)

近水平綜采面液壓支架側(cè)護板主要功能是封堵架縫間隙，防止頂煤向支架冒落傷人。除此之外，側(cè)護板還具有導(dǎo)向、調(diào)架功能，通過側(cè)護板的伸、縮調(diào)整支架方向，控制支架位態(tài)，達到間接控制刮板輸送機“上竄下滑”的目的。

利用支架側(cè)護板調(diào)節(jié)支架位態(tài)減緩刮板輸送機“上竄下滑”的具體方法是保證鄰架充分接頂，且具有一定的支撐壓力，本架移架過程中鄰架伸出側(cè)護板，朝著刮板輸送機“上竄下滑”的相反方向擠壓本架。工程實踐中，通過側(cè)護板的調(diào)架功能，支架歪斜現(xiàn)象得到了緩解，也減小了推移桿與綜采面推進方向的夾角，一定程度上控制了刮板輸送機的“上竄下滑”。

4.4 變換刮板輸送機推移方向

當(dāng)調(diào)整綜采面刮板輸送機至搭接合理時，為預(yù)防刮板輸送機“上竄下滑”現(xiàn)象再次出現(xiàn)，可采用雙向割煤的回采工藝，確保綜采面雙向推移刮板輸送機，避免單一方向推移刮板輸送機造成偏移微量的累積疊加，同時抵消推移過程中對鄰近中部槽產(chǎn)生的側(cè)推力。

另外每班生產(chǎn)期間，通過測量刮板輸送機機頭與轉(zhuǎn)載機內(nèi)沿?fù)趺喊寰嚯x觀察刮板輸送機上竄或下滑量，相應(yīng)地采取措施，達到修正刮板輸送機機頭與轉(zhuǎn)載機搭接合理的目的。

4.5 偏移轉(zhuǎn)載機

綜采面刮板輸送機“上竄下滑”嚴(yán)重，調(diào)整困難時，可采取偏移轉(zhuǎn)載機的方式臨時性保證煤流暢通，采用柔性方法逐漸調(diào)節(jié)刮板輸送機至運行正常。具體方法是當(dāng)刮板輸送機上竄嚴(yán)重時，利用單體柱將轉(zhuǎn)載機適當(dāng)偏移，使其遠離綜采面刮板輸送機機頭，增大煤流轉(zhuǎn)載空間。同樣，當(dāng)綜采面刮板輸送機下滑嚴(yán)重時，刮板輸送機機頭與轉(zhuǎn)載機搭接空間大，刮板輸送機易出現(xiàn)“倒拉煤”現(xiàn)象，可將轉(zhuǎn)載機向綜采面內(nèi)偏移，以減小刮板輸送機與轉(zhuǎn)載機的搭接空間，減少“倒拉煤”現(xiàn)象，確保煤流運輸正常。

5 結(jié) 論

1)總結(jié)了近水平綜采面刮板輸送機上竄或下滑導(dǎo)致工程質(zhì)量差、煤流運輸不暢、生產(chǎn)效率低、職工勞動強度增大等主要危害。

2)通過分析近水平綜采面刮板輸送機“上竄下滑”原因，結(jié)果表明刮板輸送機推移過程中客觀存在上竄或下滑微量△l，并且沿著刮板輸送機“上竄下滑”存在側(cè)推力；在采用單向割煤方式回采過程中，推移桿偏斜是造成刮板輸送機加速“上竄下滑”、支架歪斜的根本原因。

3)針對近水平綜采面刮板輸送機“上竄下滑”，提出了調(diào)節(jié)綜采面?zhèn)涡?、單體柱輔助推移刮板輸送機、側(cè)護板調(diào)節(jié)支架位態(tài)、變換刮板輸送機推移方向等方法的聯(lián)合應(yīng)用，確保了綜采面的正?；夭?，為同類條件下應(yīng)對刮板輸送機“上竄下滑”方面積累了豐富的實踐經(jīng)驗。