煤矿综采工作面液压支架防倒调斜技术研究

2021-06-29王旭升

机械管理开发 2021年5期

王旭升

（霍州煤电集团晋北煤业公司，山西忻州 035100）

引言

在煤矿回采的过程中，当遇到的煤层是急倾斜状态或工作面是回采倾斜的状态时，加之综合回采机器的布置方式和作业时采用的循环型方式，以及煤层赋存的倾角大小和煤层与切眼之间的夹角等诸多因素影响，形成支架倒架及溜子窜上滑下的后果。煤层切眼内的溜子随倾角变化而下滑，造成转载机不能完美搭接机头，后果就是前溜的“回头煤”增多，严重磨损设备导致其运转负荷增加。同时，机头下滑时将转载机调整到合适的位置，这样做会将工作面的端头处预留的安全距离严重缩短，导致紧急避险的通道口不通畅。所以，在设备安全的前提下提升运行效率，解决煤层回采时因倾斜导致的设备下滑现象，十分具备研究意义。

1 28116采煤工作面情况

霍州煤电集团某矿28116采煤工作面，煤层在地下450 m左右，平均煤层厚度在4.1 m左右，主采煤层是8号，煤层倾角大概为8°，煤层可采的赋存基本稳定。工作面设计145 m的切眼长度，胶带顺槽533 m的长度，轨道顺槽530 m的长度。因为地质条件和煤层赋存的限制，将切眼施工的坡度设置为7°；因地质构造不同，在采前勘探时将工作面的切眼设置在110 m以外，局部的工作面坡度在12°～21°之间，坡度平均16.5°（因为胶带顺槽高程小于轨道顺槽）。回采过程中，坡度一直在变化，工作面出现前后明显溜出和下滑的现象，而切眼内的中段支架则发生局部挤架或倒架现象，对工作面能否正常采煤和生产都有着严重的制约影响。

2 导致设备下滑的因素

在综采支架上面放顶煤是28116的工作面进行采煤生产时所采用的工艺，它工作面里面普遍贯穿了不小的向斜构造。工作面中的不同标高分别是：顺槽煤层底板的不同，其中胶带是+748 m，轨道是+772 m；另外巷道间隔是24 m。在推进时若两巷和切眼互相垂直，则切眼内的底板，它会产生大约16.5°的坡度，非常接近溜子和支架之间的最大坡度，产生下滑分力导致下滑后果，而且管理上也增加了很多困难。

采煤机如果循环割煤，据实际观测，每班首先在机头处割一刀，向下顺着机尾推溜到拉架结束，这种循环可造成每排拉架前溜，下滑长度36 mm；每班从机尾开始割一刀，支架沿着机头往上拉架，这种循环造成的每排拉架前溜下滑距离是7 mm。实践得出，向斜构造导致底板斜面，是工作面出现设备前溜下滑的主导因素。采用调斜办法可以消除这个问题，其原理为在割煤作业过程中，由于要实时接煤运输，当割煤机将煤壁破除产生落煤后，拉架会顺着采动而推溜支架工，推移产生的移近量不同，且每一个煤壁空间也不一样大，所以前溜造成了不同的上、下层弯曲以及水平面，就会出现偏移。虽然偏移程度不大，但偏移后会产生分力作用，此分力在采煤机沿机尾处向机头运动割刀时，主要作用在机头；在采煤机沿机头向机尾割刀时，就作用在机尾。某些下滑分力会被设备调斜过程产生的分力抵消，剩余的则影响设备的移近量以及下滑速度。

3 支架防倒和调斜技术

3.1 理论计算

设备下滑是由于工作面增大的底板坡度，研究表明通过调整伪斜来通过较大的坡度区域。以下是调斜方式的计算方法[1-2]：

下页图1中，将调斜以后，轨道顺槽和切眼间夹角设为α，回采时如果没有前溜下滑，拉架导致的前溜，其上移距离是L sinα，L代表每刀截割的深度。为消除滑距，若前溜滑距为36 mm，L sinα=36 mm，得出α是3.4°，每刀截深是600 mm。

图1 工作面调斜示意图

设工作面的伪斜长为xm，即切眼内两巷间距的斜距差就是xm。

公式是：x=M sinα

式中：M为工作面的切眼长度；α为工作面的调斜角度。

例如，切眼长为145 m，调斜角度3.4°，代入数据，得到8.59 m的伪斜长度，也就是说工作面的机头要保持在机尾前8.59 m。

在生产实践中可以根据公式推导结果进行实际应用，当设备管理出现由于转载机和前溜不合理的搭接导致的异常时，调整支架，把溜子距离推移，缓解前溜导致的下滑幅度。推溜拉架时若下滑现象很严重，可微调机头与机尾的间距，进行校正。机头和机尾相比，先割较长的那边，然后在采煤机开始进行跑动以后，再进行拉架，使其回位，充分保证支架不会发生倒架或挤架的现象，并使工作面实现了“三平、一直、两畅通”。

3.2 采煤工艺的优化

除了采用调整伪斜的方法减小开采过程中的防滑以外，我们也可以根据采煤实际工作面的不同开采条件，将工作面开采煤层的顺序以及施工过程的工艺进行一系列的优化，达到防滑的目的。其工艺的具体优化流程如下[3]:

调整原来机头和机尾双向采煤时使用的通排割刀方法，更改为单向采煤法，即“先机头，再机尾”，具体流程是：调整机器的进刀方式，在开始作业前，先对机头割一刀，等割刀完全跑透以后，再把到停回原来位置。这期间先不进行推溜，因为采煤机在复位时状态是空刀，所以煤壁一侧的截深仅仅是一刀，拉架推溜要等完全复位后。此时，割煤机进行二次启动，对机头处进刀以后，再向机尾处完成刀割。割煤机在移动过程中，拉架同步进行移溜，且机头一直比机尾侧超前。将这两种不同的防滑措施相结合，可以适度调节转载机搭接机头的长度，此外，再配合调整机头的高度，拉人前的溜底链可避免因转载点的回头煤数量之多造成的设备损坏。