大倾角综采工作面设备稳定性控制措施

彭明启，曹新奇，马立强，3

（1.山西灵石华瀛冯家坛煤业有限公司，山西晋中 031300;2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州 221116; 3.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州 221008）

大倾角综采工作面设备稳定性控制措施

彭明启1，曹新奇2，马立强2，3

（1.山西灵石华瀛冯家坛煤业有限公司，山西晋中 031300;2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州 221116; 3.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州 221008）

大倾角煤层采用综合机械化开采过程中，工作面设备稳定性控制是工作面管理的技术关键和重大难题。分析了综采工作面设备失稳机理，并提出了包括改造设备、改变工作面布置方式、变革回采工艺方式等一系列的稳定性控制措施，为实现大倾角综采工作面的安全、高效生产提供了强有力的技术保障。

大倾角煤层;综合机械化;设备;稳定性控制

随着煤矿开采强度的不断增大，赋存条件“优越”的煤层储量日益枯竭，促使越来越多的矿井不得不由条件相对“优越”煤层开采转向复杂的大倾角煤层开采。大倾角煤层采用安全、高效的综合机械化开采存在着诸多困难，其中如何确保大倾角工作面设备的稳定性已成为大倾角综采工作面管理的技术关键和重大难题［1－5］。

1 大倾角综采面设备失稳机理分析

1.1 采煤机失稳机理分析

大倾角工作面开采时，如采煤机上行割煤，受自重倾向分力与滚筒割煤时煤体阻力的复合作用，采煤机上行困难，当采煤机所受复合作用力大于其牵引力时，采煤机将出现下滑;采煤机下行割煤时，由于工作面倾角大，采煤机受自重倾向分力极容易引起自动下滑而造成飞车，另外采煤机电缆会出现急速下滑现象，极易发生安全事故;采煤机停车时，如制动器的制动力矩不能满足采煤机在大倾角条件下的制动要求，将导致严重事故发生。

工作面大角度俯采时，随着俯角增大，采煤机重心偏向滚筒，加剧机组的不稳定性，出现掉道事故并且使采煤机机身两侧的导向装置磨损严重。当俯角大于15°时，采煤机下滑，滚筒钻入煤壁，采煤机的导向滑靴磨损加快，行走轮与销排之间啮合点移位，截割下来的煤难以装入输送机中，对生产带来严重影响。

1.2 液压支架失稳机理分析

液压支架应用于大倾角工作面，由于顶板－支架－底板运动情况不一致和倾角的影响，支架顶底受力的合力偏离支架重心，产生使支架倾倒的力矩，降低了液压支架的稳定性。随着煤层倾角的增加，重力的法向及切向分量会发生变化，使得切向分力增大而法向分力减小，因此，工作面支护系统所受的工作载荷变小，而引起支护系统失稳的外载增大，工作面液压支架滑、倒及架间挤、咬现象加剧，俯角或仰角的存在会加剧这种不稳定性［6］。

1.3 刮板输送机失稳机理分析

当煤层倾角过大时，刮板输送机自身的重力所引起的下滑是其失稳的重要原因。工作面倾角较大时，只有当输送机下滑力小于或等于最大静摩擦力时，才不会下滑。另外，在综采工作面，输送机与支架在不断前移的过程中，通过推移杆的作用，彼此相互影响，相互制约，在大倾角的情况下表现尤为明显。支架的稳定在一定程度上制约着输送机的下滑，而输送机的下滑将直接带动支架下滑，严重时会导致支架的歪斜与倾倒。

2 大倾角综采面设备稳定性控制措施

2.1 采煤机稳定性控制措施

（1）采用单向割煤，即采煤机下行时割煤，只走架不顶溜;采煤机上行时走空刀，只顶溜不走架。这样采煤机负荷减小，便于掌握平衡，同时也减少了由于采煤机受力不平衡而导致掉道。

（2）采煤机必须配备液压制动器。当出现特殊情况时，采煤机司机及时停机，启动抱闸装置，防止采煤机下滑。

（3）采煤机所用的销及大链必须随机携带，检修采煤机或人员进入煤墙侧作业时，应对采煤机进行可靠固定。

（4）及时清理电缆槽内的浮煤、矸石。

（5）采煤机不能上行时，必须及时停机。在采煤机上闭锁大溜，卡好销，拴好大链，查明原因，进行处理。严禁强行牵引。

（6）滚筒应切入煤壁或上下滚筒全部落地后再停机，位于机头的滚筒必须切入煤墙，以增加阻力，并尽可能将采煤机停靠在坡度相对较缓地段。

（7）采煤机下行割煤时，电缆夹余长从工作面中部馈头处向下折叠。

（8）大倾角采煤前及时调整PLC程序，使采煤机启动运行割煤时先牵引后松闸，以防止采煤机启动下滑。

（9）为防止采煤机下滑，采取使工作面下端头三角煤柱适当增大的方式。减缓工作面倾角，同时，采取上部斜切进刀方式，采煤机下行割煤时，煤壁阻止采煤机下滑，采煤机割通机头返刀后，当下滚筒距下出口15m时，即停止返刀，先拉好机头，随后从下向上推溜，并始终保持15m的弯曲段，以减缓采煤机的下滑。

（10）在采煤机上要设置并安装能停止工作面输送机的闭锁装置。

（11）采煤机的防滑装置和停机按钮必须确保灵敏可靠。

2.2 液压支架稳定性控制措施

2.2.1 单个支架

（1）在保证对顶板有足够支撑强度的前提下，尽量减轻支架重量。大倾角煤层走向长壁工作面矿压显现的主要特征是由于不均匀充填导致沿工作面倾斜方向来压顺序、持续时间、来压强度的不均衡和顶板对支架作用的载荷较缓倾斜小。同时，由于支架重量与稳定性成反比关系，因此，只要支护强度能满足要求，应尽量减轻支架重量，以提高稳定性，同时亦有利于支架在工作面的调整。

（2）增设防倒防滑装置。

（3）增加初撑力和工作阻力。从提高支架稳定性角度出发，加大支架初撑力，工作时充分利用工作阻力，移架时保持一定的阻力。加大支架阻力必须确保支架与顶底板接触状况良好，以不破坏煤层底板为前提。

2.2.2 工作面整体支架

（1）保证支架顶梁间没有间隙，使其没有倾倒空间;支架侧护板千斤顶、侧推弹簧使支架顶梁相互靠紧，始终保持足够的扶正力，防止倒架。

（2）在邻架顶梁间增设调架千斤顶，当支架出现倾倒时，以支撑顶板的相邻支架作支点，用千斤顶调整该支架位置。

（3）在邻架底座之间增设底调，约束单个支架的倾倒。增设底调效果相当于把两个支架连接在一起而成为一个支架，即变相的使支架底座宽度增加了1倍，其防倒能力大为增加。

（4）在顶梁与顶板间增设金属网，因金属网与支架间的摩擦系数较小，可释放顶板下滑的能量（大倾角面顶板－支架－底板关系中，顶板有下滑趋势，而支架与顶板原有的接触方式中，支架有阻止顶板下滑的力，使支架承受了部分顶板下滑的能量，给支架倾倒稳定性带来了巨大的威胁），且增强了支架的稳定性，并不会破坏顶板的完整性。

2.2.3 移架顺序控制

大倾角综采工作面，液压支架的操作顺序也至关重要，操作顺序不当，也会加速支架下滑。在正常回采过程中，必须实行单向割煤，即下行割煤。在采煤机割煤之后，必须从上向下采用单向依次顺序式拉架，拉1号架时必须将2号架支架升紧，利用2号支架为支点，将1号支架向上推，最后利用1号支架侧护板和底调千斤调整好1号支架，并且立即升紧，打开护帮板护住煤壁，防止片帮。

2.2.4 其他措施

在整个支架操作过程中，必须保证液压系统的完好。这项措施虽然不能直接控制液压支架稳定性，但是，这是所有措施中最基础的一项工作。如果液压系统存在跑、冒、滴、漏液等现象，液压支架的初撑力就达不到，在顶板不好的条件下很容易引起漏顶、冒顶事故;初撑力达不到，支架的工作阻力就达不到，在初次来压或周期来压时容易压死支架，影响正常回采;同时，还会导致拉架推输送机速度跟不上，在操作过程中会出现倒架等事故。这些问题在大倾角综采面开采过程中尤为突出。

2.3 刮板输送机稳定性控制措施

控制刮板输送机下滑措施，主要包括改造设备、改变工作面布置方式、变革回采工艺等。

（1）各支架底座内侧加装限位铁块，减少底座与推拉杆间隙，限制推拉杆受输送机下滑力拉动向下偏移，以控制输送机下滑。

（2）在输送机上安装防滑系统。输送机每隔10架安装1个千斤顶做防滑之用，该千斤顶用圆环链连接，一端固定在输送机挡煤板上，另一端固定在上方支架的底座上，用单向液压锁控制，使其始终处于“拉”的工作状态。

（3）工作面伪斜布置，控制输送机下滑。根据工作面煤层倾角大小，将工作面机巷调整成适当超前风巷回采，一方面可以减少工作面坡度，另外在推移输送机时可以给输送机一个向上的作用力，使得输送机下滑量与推移输送机产生的上窜量抵消一部分，达到防止输送机上窜与下滑的目的。

利用调整工作面上下巷超前距离来控制综采工作面设备稳定性，对于不同地质条件综采面来说，这个距离是变量，必须针对具体的矿井地质条件、煤层倾角进行观察和摸索实践。总体来说，工作面倾角越大，机巷超前风巷距离越长。

（4）采取由下向上推移输送机。

（5）改革割煤工艺控制输送机下滑。当工作面倾角达40°以上时，若输送机和支架下滑明显，采用工作面伪斜布置不能有效防止输送机下滑时，可采用单向割煤防止下滑。即:采煤机下行割煤，上行提空刀并推输送机;推输送机时，先推较低位置的机头，然后依次向上，可避免输送机由机尾向下推移时的下滑推力，有效防止输送机下滑。

4 结束语

（1）大倾角综采工作面设备稳定性控制应从“支架－输送机－采煤机”三机配套的整体上考虑，并且结合大倾角工作面的实际地质条件，其主要控制技术包括改造设备、改变工作面布置方式、变革回采工艺等。

（2）上述一系列措施之间均有一定的联系，相互影响，共同发挥作用。在大倾角综采工作面，应配合使用上述措施，才可保证大倾角工作面设备的正常运行，实现安全高效生产。

［1］杜计平，孟宪锐.采矿学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2009.

［2］任瑞云.大倾角采煤工作面设备防倒、防滑的应用技术研究［J］.煤矿机械，2009，30（1）:181－183.

［3］张 帅.大倾角走向长壁综采配套设备的防倒防滑措施［J］.河北煤炭，2007（3）:11－12.

［4］咸旭林.大倾角综采工作面支护中的防倒防滑技术［J］.矿业安全与环保，2010（8）:81－82.

［5］王国青.大倾角工作面综采设备防倒、防滑［J］.煤，2001，11（2）:53.

［6］林忠明，陈忠辉，谢俊文，等.大倾角综放开采液压支架稳定性分析与控制措施［J］.煤炭学报，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

国家自然科学基金青年科研基金资助项目 （50904063）;中国矿业大学青年科研基金资助项目 （2008A003，2009A001）

彭明启 （1973－），男，江苏徐州人，助理工程师，山西灵石华瀛冯家坛煤业有限公司副总工程师。

［责任编辑:邹正立］