综采工作面支架防倒调斜技术研究与应用

刘 凯

（西山煤电（集团）有限责任公司镇城底矿，山西 太原 030000）

采煤工作面在回采倾斜、急倾斜煤层时，由于受到综采设备布置方式、煤层赋存倾角、切眼与煤层夹角、作业循环方式等因素影响，回采过程中，往往造成溜子上窜下滑、支架倒架等现象[1-2]。随着煤层倾角变化，切眼内溜子出现下滑时，导致机头与转载机搭接不畅，形成大量的前溜“回头煤”，造成设备磨损严重，增加设备运转负荷。随着机头下滑，不断调整转载机位置，也会压缩工作面端头的安全空间，影响紧急避险通道。因此，如何有效解决倾斜煤层在回采过程中的设备下滑问题，提高设备安全运行效率，具有十分现实的意义。

1 工作面概况

镇城底矿28116 采煤工作面主采8#煤层，该煤层平均厚度为4.1 m，可采范围内煤层赋存相对稳定，煤层倾角为8°，煤层埋深为450 m。工作面设计切眼长度为 145 m，胶带顺槽长度533 m，轨道顺槽长度530 m。受煤层赋存及地质条件限制，切眼施工坡度为 7°。经采前勘探，工作面切眼向外110 m 处，受到地质构造影响，工作面局部坡度可达到 12～21°不等，平均坡度为 16.5°（轨道顺槽高程大于胶带顺槽）。在回采期间，受坡度不断变化的影响，工作面前后溜出现明显下滑现象，切眼内中段支架也出现局部倒架、挤架现象，严重制约工作面的正常采煤生产。

2 设备下滑因素分析

28116 采煤工作面采用综采支架放顶煤工艺进行生产，工作面内存在较大向斜构造，贯穿整个工作面。工作面胶带顺槽煤层底板标高为+748 m，轨道顺槽煤层底板标高为+772 m，巷道之间高差为24 m。当切眼垂直于两巷推进时，切眼内底板坡度呈16.5°，接近溜子与支架的极限坡度，造成管理困难，同时，增加了支架和溜子处于斜面坡度上的下滑分力，产生下滑现象。

若按照采煤机割煤循环，每班先割一刀机头，同时从机尾向下开始推溜，直至拉架结束，经过现场实际观测，此循环每排拉架可造成前溜下滑36 mm；若采煤机每班先割一刀机尾，支架从机头开始向上拉架，则每循环前溜下滑长度为7 mm。因此，经过实践验证，工作面设备下滑主要原因源自向斜构造产生的底板斜面。为了有效解决此问题，可采取调斜的方法，主要原理为：在正常割煤作业时，为及时接煤运输，随着割煤机破除煤壁落煤后，支架工会顺着采动方向拉架推溜。由于架前煤壁空间大小不一，每架的推移移近量不等等原因，造成前溜在一定程度上形成水平面和上下空间层面的弯曲，产生偏移。虽然偏移的幅度较小，但受到偏移后的分力作用，当采煤机从机尾割刀向机头运动时，该分力则主要集中作用于机头。当采煤机由机头割刀跑向机尾时，设备承受分力则作用于机尾。在设备调斜期间产生的分力会抵消部分下滑分力，最终影响设备下滑的快慢程度和移近量大小[3-4]。

3 支架防倒与调斜

3.1 工作面调斜

随着工作面底板坡度的增大，设备下滑趋势不可避免，可采用调整伪斜的方式通过坡度较大区域，在现阶段具有明显的效果。调斜方式可通过下列计算方法求得。

图1 工作面调斜示意图

由图1 可得，设定经过调斜后切眼与轨道顺槽之间的夹角为α，回采过程中未出现前溜下滑，则拉架时致使前溜上移距离为L×sin α，其中L 为每刀截割深度。据此推理，当前溜下滑距离达36 mm时，为了抵消下滑距，需L×sin α=36 mm，每刀截深为600 mm，则α 为3.4°。

设定工作面伪斜长x m，即工作面两巷间距在切眼内斜距差为x m。

x 计算公式为：x = M×sin α

式中：M 为工作面切眼长度，m；α 为工作面调斜角度，（°）。

工作面的切眼长度为 145 m，调斜角度为3.4°，把数据代入式中，可得计算结果，伪斜长度为 8.59 m，即保持工作面机头超前机尾8.59 m。

按照此公式得出结论应用于指导生产实践，若前溜与转载机搭接不合理，出现设备管理异常，可通过调整支架推移溜子距离的方式缓解前溜下滑幅度。若在推溜拉架过程中出现严重下滑现象时，可对机头机尾距进行校正微调，即机头机尾不论哪边长，就先割哪边，随着采煤机跑动后，及时拉架回位，确保支架不出现倒架、挤架，保证工作面的“三平一直两畅通”。

3.2 工艺优化

根据采煤工作面的实际开采条件，除了上述调整伪斜的开采方法用于防滑外，对工作面煤层的开采顺序和施工工艺也可进行调整优化。其工艺流程如下：

将原机头机尾通排割刀的双向采煤方法调整为“先机头后机尾”的单向采煤方法，即调整进刀方式为作业开始前，先割一刀机头，待割刀跑透后，回刀至原停机位置。此过程中暂时不推溜，由于采煤机复位过程是空刀状态，因此，煤壁一侧只有一刀截深，复位后再进行拉架推溜。然后，再次启动割煤机，向机头进刀，割完后跑刀割向机尾，随着割煤机移动，进行拉架移溜，始终保持机头超前机尾侧。结合两种防滑措施，可合理调整机头与转载机的搭接长度，另经过调整机头高度，可避免转载点大量回头煤被拉入前溜底链，造成设备损坏。

3.3 实用效果分析

28116 综采工作面在经过上述方法的实践应用后，设备倒架下滑的现状已得到明显改善，实现了正规、安全、高效的作业循环，降低了职工扶架、检修的劳动强度，便于更好地加强设备维护与管理，减少了因设备损坏导致的机电材料费用的投入，为职工实现安全作业提供了良好的环境条件，具有重要的现实意义和实用效果。

4 结论

通过对镇城底煤矿28116 采煤工作面特殊地质构造条件下采煤设备下滑原因进行了系统分析，指出客观因素条件下切眼底板伪斜角对设备下滑产生的影响，结合生产过程中的现场实际观测数据，进而通过公式计算得出结论，最终确定相对科学合理的机头机尾超前距。同时，综合优化采煤工艺与截割顺序，使得防滑措施更加完善，更加灵活地实现了宏观与微观方向的防滑调校。通过创新管理手段，不断提升工作面设备管理水平，降低职工劳动强度，最终实现了采煤工作面的安全生产与标准化双效管理，营造安全环境。