综采工作面刮板输送机上窜下滑的原因分析与防控措施

白晓生，解立赫

(1.山西汾西香源煤业有限责任公司，山西 吕梁 030500；2.中国矿业大学(北京) 资源与安全工程学院，北京 100083；3.放顶煤开采煤炭行业工程研究中心，北京 100083)

刮板输送机是综采工作面配套设备的重要组成部分，其不仅是煤炭装运的首个环节，作为采煤机的运行轨道和液压支架的推移支点，其运行的稳定性直接影响矿井的安全生产和经济效益[1-3]。而实际生产中，刮板输送机很容易发生上窜下滑现象，导致工作面不能正常循环作业，工作面推进速度降低。香源煤业1208工作面主要采用调斜开采方式来控制刮板输送机的窜动问题，根据1208工作面实际生产经验，改良了调斜距离计算公式，研究并试验了适合本矿区开采煤层工作面条件的调斜方式以及配合调斜开采控制刮板输送机窜动的措施，提出了调斜过程中需要注意的问题，对于相似条件下的综采工作面控制刮板输送机上窜下滑具有一定的参考价值。

1 工作面的基本情况

1208采煤工作面采用单一走向长壁采煤工艺，全部垮落法管理顶板。工作面开采煤层为2号煤层，煤层厚度为0.58～2.3m，平均厚度1.63m，工作面倾角为1°～8°，平均倾角5°，回风巷底板标高高于运输巷(机尾高于机头)，工作面推进长度805m，倾斜长度165.7m，平均采高1.7m，进刀方式为中部斜切进刀，截深0.6m。具体设备型号如表1、表2所示。

2 工作面刮板输送机上窜下滑的分析及观测方法

2.1 刮板输送机上窜下滑的原因分析

表1 工作面“三机”设备明细

表2 支架设备明细

(1)刮板输送机在非水平工作面中由于自重作用发生下滑。

(2)刮板运输机所运输煤炭的重量以及煤炭向倾斜方向滚动对刮板产生冲击力导致刮板输送机下滑。

(3)采煤机作业会对刮板输送机产生牵引力，受采煤机的牵引力的影响，刮板输送机出现上窜下滑现象。

(4)推移支架时，由于推移杆与刮板输送机可能会不垂直，推移千斤顶对刮板输送机产生工作面端头方向的分力F1[4]，使刮板输送机发生向F1方向的滑动，如图1所示。

图1 推移杆对刮板输送机作用力示意

(5)调斜推进过程中由于人为控制刮板输送机机头、机尾时的操作误差产生不正确的推进度。

2.2 刮板输送机上窜下滑的影响

(1)刮板输送机下滑时，与转载机距离太近，搭接过多，导致煤从刮板输送机挡板外溢出；反之刮板输送机与转载机搭接过小或脱节时，刮板输送机槽底拉回煤[5]，增加设备运行阻力，严重时影响刮板输送机的正常运转甚至造成设备损坏，例如：槽体磨损、设备使用寿命缩短、刮板输送机断链、超负荷作业致使电机烧坏等。

(2)刮板输送机的上窜下滑会造成工作面上下端头安全出口宽度变窄，导致安全出口不畅通[6]。必要时，为保证与转载机正常搭接还需将转载机向行人侧进行移动，不仅增加了劳动强度，还会使行人更加困难，降低作业效率，发生紧急情况时影响人员撤离速度。

(3)使支架推移头发生倾斜，拉架时损坏推移头，增加检修劳动时间；工作面刮板输送机上下移动带动支架[7]，易使支架发生挤架、咬架、倒架现象，损坏支架，影响工作面生产效率，引发安全事故，给检修工作带来困难。

(4)支架随着刮板输送机上窜下滑发生位移，拉移时无法正常支护顶板；上窜下滑带动支架上下移动，导致一侧端头空顶面积加大，支护密度减小，引发冒顶事故。

(5)刮板输送机上窜下滑会导致采煤机无法割通煤壁，还需人工清理端头三角煤，降低机械化程度，增加劳动强度，影响作业效率。

2.3 刮板输送机上窜下滑的观测方法

(1)观察刮板输送机头与转载机搭接程度，刮板输送机有无拉回煤现象，可测量刮板输送机机头中心线与转载机中心线的距离，以此为依据，判断刮板输送机是否发生上窜下滑。

(2)有条件的综采工作面可以采用在运输巷安设激光指向仪[8]的办法，由激光指向仪可直接观测刮板输送机是否发生上窜下滑。

(3)测量刮板输送机机尾电机壳最外沿与煤壁的距离(机头同样适用此方法)，一般以1.5m为基准，测量距离超出基准距离则为发生上窜，低于基准距离则为出现下滑。

(4)观察支架推移头受力倾斜方向，推移头开始向机头倾斜为下滑征兆，反之则可能发生上窜现象。

(5)观察工作面端头过渡支架的倾斜方向。

(6)周期性对上下端头巷道底板标高进行测量，计算工作面机头、机尾高度差h和工作倾斜角度θ，如图2所示。预判工作面向前推进过程中θ的变化量，工作面倾斜角度的变化可能会引起刮板输送机上窜下滑现象，角度变大有下滑趋势，角度变小有上窜趋势，应提前准备相应措施。

图2 工作面倾斜角度计算示意

3 工作面调斜控制刮板输送机上窜下滑

3.1 调斜距离的确定

在生产过程中最直接的办法就是根据煤层倾角对工作面进行调斜，调斜距离以工作面倾角为主要依据，按照经验公式(1)[9]进行计算：

S=L×tan(θ/2)

(1)

式中，S为经验调斜距离，m；θ为工作面倾角，(°)；L为工作面倾斜长度，m。

在1208综采工作面试验开采过程中，按照经验公式(1)对其进行调斜，以控制其工作面刮板输送机的上窜下滑。工作面回风巷底板标高771.692m，运输巷底板标高758.142m ，工作面倾斜长度L为165.7 m，对应倾角θ为 5°。依据经验公式，工作面调斜角为其倾角的一半，即2.5°，工作面调斜距离为7.2m。

在工作面倾角5°不变的条件下，严格按照7.2m的调斜距离进行调斜，但工作面刮板输送机却开始出现上窜现象，并且在几次调斜后，刮板输送机一直存在上窜现象。重新测量了两端巷道底板标高和工作面倾斜长度，并检查了计算过程，均无较大误差。据此得出，通过公式(1)计算的调斜距离偏大，所以刮板输送机总是出现上窜现象。经过对该工作面开采条件以及经验公式(1)计算结果偏差的原因进行分析得出以下结论：

(1)现场条件因素 虽然工作面整体为单斜构造，但煤层倾斜方向有一定起伏，加上构造变化较多，开采条件较差，工作面难以严格保持“三直一平”，所以依照经验公式计算的调斜距离有偏差。

(2)斜调偏差因素 工作面调斜距离与其倾角基本成正比，但不是线性比例，其比例系数大小与倾角角度有关，倾角越大比例系数越大。所以调斜经验公式中的比例系数对于该矿小角度工作面来说偏大，计算的调斜距离也偏大。

因此，决定更改调斜公式。由于2号煤为单斜构造，采区内所有采煤工作面平均倾角均为5°(1°～8°)，根据以往对工作面调斜距离公式进行改良的方法[10]，通过在1208工作面进行试验和计算，得出适合本工作面条件的调斜距离计算公式如下：

S=L×tan(2θ/5)

(2)

3.2 改良调斜距离后的实践情况

通过改良调斜公式(2)重新计算工作面的调斜距离，并在1208综采工作面进行调斜实践，该工作面倾角1°～8°，工作面斜长165.7 m，在工作面的整个开采过程中，周期性地对工作面倾角进行测量，严格按照改良调斜距离计算公式计算不同倾角下的工作面调斜距离，并进行调斜，刮板输送机未出现严重的上窜下滑现象。因此，利用改良调斜距离计算公式(2)来调斜工作面，可以在一定程度上达到控制工作刮板输送机上窜下滑的目的。

3.3 具体调斜方式

以机尾∶机头=2∶1调斜方式为例：

第1次斜调机尾作业时，采煤机从90号支架入刀截割至机尾后返回割至80号支架，从机尾向机头方向推移此段刮板输送机；采煤机继续从80号支架入刀割向机尾，反空刀至80号支架继续割向机头，从机尾向机头推移刮板输送机至70号支架，采煤机割通机头返刀割向机尾后，从70号支架向机头推移刮板输送机，完成1次调斜机尾作业。后续斜调机尾作业时，每次的入刀位置依次向机头方向退后15m。

工作面调斜比例为机尾∶机头=2∶1，每次推移刮板输送机时，以工作面煤壁凸出部分行程为准，将刮板输送机推至煤壁，每调斜2次机尾后工作面正规循环作业1次，调整工作面直线度。当工作面调斜至调斜公式计算的调斜距离时，停止调斜，正规循环。

3.4 调斜时需注意的问题

调采时，应在刮板输送机窜动的方向采斜刀，并逆着窜动方向推移刮板输送机。工作面调斜应根据其倾角的大小或变化及时调整，当工作面倾角较大或倾角变化较大时，要加大调采力度，一般采用3∶1或4∶1的调采比例，且调采需连续进行；工作面倾角较小或倾角变化较小时，一般采用2∶1的调采比例。 调斜工作面控制刮板输送机上窜下滑时，工作面液压支架也会向相应方向横向移动，为防止液压支架横向移动时歪架、挤架、咬架、倒架，必须严格保证工作面“三直一平”[11-13]。

液压支架与刮板输送机紧密相连，液压支架对于控制刮板输送机上窜下滑有很大影响，当刮板输送机与液压支架推移杆不垂直时，控制其上窜下滑就比较困难，因而，在刮板输送机调向后控制液压支架的推移非常重要。可采用单向割煤、单向推移工作面刮板输送机来避免推移杆偏移， 还可通过在拉架过程中采用单体支柱顶推支架，调整支架方向，防止支架下滑、歪斜，这还能增加支架的移架能力。

4 刮板输送机上窜下滑的其他防控措施

工作面回采是一个动态过程，仅采用工作面调斜推进不足以达到完全防控刮板输送机上窜下滑的目的，还需其他工作配合进行：

(1) 做好刮板输送机和液压支架的检修工作，保证液压支架初撑力达标，刮板输送机与液压支架紧密连接。

(2)验收员的验收工作对于控制刮板输送机的上窜下滑至关重要。每班验收员必须测量刮板输送机机头与转载机的搭接程度和机尾到煤壁的距离；检验工作面是否达到“三直一平”的标准；检验刮板输送机能否正常工作；填写动态监测台账；验收员现场交接班时，要针对刮板输送机和液压支架的运行情况多加沟通，有问题及时向队组汇报。

(3)每班技术人员需对工作面倾角、机头和机尾的推进度进行计算，结合工作面实际条件，分析并给出防控刮板输送机上窜下滑的开采方案。

(4)一旦发现刮板输送机有上窜下滑的迹象，必须及时做出调整。刮板输送机方面要针对刮板输送机上窜下滑程度及时推移机头或机尾，消除支架框架受力状态，控制刮板输送机的移动方向；支架方面要严格执行单向移架、顺序追机移架，不应任意分段移架或由两端向中间挤推。

5 结束语

综采工作面刮板输送机上窜下滑会严重影响工作面正常生产，实际表明每次影响都在3～5d左右，带来的经济损失约30～50万元。控制住刮板

输送机上窜下滑，就相当于减少了煤矿的经济损失[12]，减少了煤矿工人的劳动强度，增加了煤矿开采的安全性。由于我国煤矿井下条件复杂多变，刮板输送机上窜下滑防控是一项极为复杂的技术，还需相关专业人士的共同努力，得到一套系统的、可针对不同开采条件的防治措施，保证综采工作面安全高效生产。

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