郭家湾煤矿综采工作面刮板输送机“上窜下滑”机理及防控措施

杜战芳 曹海岗

（国能榆林能源有限责任公司郭家湾煤矿分公司）

在煤矿综采工作面生产过程中，刮板输送机是主要的运输设备，在开采不同倾角的煤层时，刮板输送机存在不同程度的“上窜下滑”的现象［1-4］，若窜动幅度较大时，会出现安全出口不畅通的情况，影响设备的正常运行，增加工作面的生产隐患［5-6］。因此，刮板输送机的稳定运行在煤炭开采中起着至关重要的作用［7-8］。以郭家湾煤矿51108工作面为研究背景，总结生产过程中出现刮板输送机“上窜下滑”的规律，通过理论分析其力学原理，研究并采用合理的防范措施，确保刮板输送机的稳定运行。

1 工作面概况

51108工作面北为5-1煤辅助运输大巷、5-1煤带式输送机大巷、5-1煤中央回风大巷，工作面西为51108回风顺槽，工作面东为51108辅运顺槽，工作面南为井田边界。5-1煤平均厚度为4.1 m，采煤方法为一次采全高。工作面平均倾角为0°～1°，最大倾角为1.12°。51108工作面长为193.5 m，推进长度为2 375.6 m，直接底为深灰色粉砂岩，含植物根化石及炭屑，夹细粒砂岩和泥岩互层。工作面共安装液压支架115台，其中，端头架选用ZYT120000/24/45D型支架，共7台；过渡架选ZYG120000/27/56D型支架，共2台；中间支架型号为郑煤ZY12000/27/56D型支架，共106架，采煤机选用JOY公司生产的JOY7LS6C型采煤机。刮板输送机型号为SGZ1000/3000，转载机型号为SZZ1350/525，破碎机型号为PCM400。

2 刮板输送机“上窜下滑”的运动规律及危害

随着51108工作面的回采，工作面煤层走向倾角逐渐发生变化，底板出现起伏不平的现象，刮板输送机机头机尾存在高度落差较大的情况，随着工作面动态生产，设备表现出受力不均衡的现象。当工作面机头位置高于机尾位置时，在刮板输送机、液压支架和采煤机等的重力作用以及煤炭运输的反作用力下，工作面设备在生产过程中出现向机尾运移的现象，主要表现为刮板输送机的窜动带动液压支架的移动，将这种现象定义为刮板输送机的下滑，当刮板输送机窜动较大时，会导致机尾的安全出口距离减小，从而影响煤炭的安全生产。同时，当工作面机尾位置高于机头位置时，生产过程中在刮板输送机等设备的重力作用以及刮板输送机摩擦反作用力下，刮板输送机受力不平衡，在刮板输送机的带动下整体向机头运移，机头安全距离也会减小，出现“上窜”的情况。

刮板输送机的“上窜下滑”对煤矿生产存在很大的安全隐患。当“上窜下滑”程度较大时，会造成安全出口距离变小，甚至完全堵塞，不仅影响两顺槽的正常通行和通风，而且会使刮板输送机与转载机搭接不稳定，甚至出现运输机溜槽错茬，增加哑铃销断裂的风险，使刮板输送机和转载机的维修难度增大，同时影响工作面的工程质量，降低工作面标准化程度；此外，还会造成支架倾斜和发生位移，在工作面生产过程中拉架时造成损坏，同时不能对顶板进行正常支护，可能造成冒顶。

3 刮板输送机“上窜下滑”机理分析

从物体受力角度对刮板输送机进行分析，之所以出现“上窜下滑”，是由于物体受力不平衡引起的物理运动。因此，对其机理分析就需要对刮板输送机受到的作用力之间进行分析。

3.1 工作面倾角的影响

在51108工作面回采过程中，回风顺槽与胶运顺槽存在标高落差，整个工作面设备受倾斜状态影响表现出下滑的倾向，受力分解如图1所示。

工作面倾斜方向与水平方向的夹角为α，刮板输送机的自重力为G，在自重下产生的2个分力分别为G x和G y，表达式如下。

在G y的作用下产生了刮板输送机与底板间的摩擦力f，表达式为

式中，μ为刮板输送机与底板间的摩擦系数。

在工作面倾斜方向上，当输送机的下滑力G x大于摩擦阻力f时，将会导致刮板输送机发生滑动，同时工作面倾角越大，使得下滑力G x越大，摩擦力f越小，因此刮板输送机滑动程度越明显。

3.2 支架推移千斤顶对刮板输送机的影响

随着刮板输送机的“上窜下滑”，液压支架窜动滞后于刮板输送机，使其之间的推移油缸连接存在角度偏差。如图2所示，当支架推移千斤顶的力与刮板输送机不垂直时，推力将会沿刮板输送机方向产生一个水平分力F2，在F2的影响下刮板输送机也会出现上窜下滑的趋势。同时高度差越大，β越大，刮板输送机受水平分力F2越大，因此越容易发生窜动。

3.3 采煤机截割方向的影响

采煤机在工作面工作时，其受力如图3所示，其中，f2为采煤机牵引动力，f1和f分别为煤层底板施加给刮板输送机的摩擦阻力和采煤机截割部所受的工作阻力，f3为输送机受到的反作用力。当f3与f不等时，会产生一个外力差，该差值会驱使刮板输送机发生偏移，造成安全隐患。

除上述之外，采煤机和刮板输送机运行过程中产生的张力等也会造成刮板输送机上窜下滑的趋势。总之，有很多因素都会导致刮板输送机偏移，只是不同的因素对刮板输送机偏移的程度不同，究其根本，是由于其受力不平衡，因此若要确保刮板输送机的正常运转，必须控制好设备受力均匀。

4 刮板输送机“上窜下滑”控制方法

4.1 控制措施

（1）采用伪斜推进。通过甩采使工作面上、下端头有一定距离差值，这样可适当减小工作面倾角，使得输送机所受的下滑力减小，摩擦力增大，从而减小输送机下滑的趋势［9］。

（2）工作面端头磨平。在现场实际生产中，刮板输送机出现下滑可通过磨平工作面下端头，同时从下向上推移刮板输送机［10-12］；同理，当刮板输送机上窜时，可对工作面上端头进行磨平，同时从上向下推移刮板输送机，从而控制输送机“上窜下滑”。

（3）液压支架间配置侧向推移装置。当工作面倾角较大、支架较重时，支架之间的侧向护板力不足以调整支架沿工作面倾斜方向的下滑，因此可在支架底座安装侧向推移装置控制支架的间距，进而控制支架的“上窜下滑”现象。

（4）工作面设备采用斜切操作方式。采煤机割煤采用上端头斜切进刀方式，往下进行实刀割煤，往上清理浮煤；以从头向尾的方式进行推溜，防止采煤机的下滑。

（5）加强观测。对工作面端头端尾安全距离进行观测［13-15］，每割1个循环观测1次，同时对支架推移刮板输送机的推移头方向进行观测，以便及时对刮板输送机采取控制措施。

4.2 调斜距离计算

51108工作面净长为193.5 m，两端头高差为0～4 m，工作面倾角平均为0°～1°，最大为1.12°。2021年3月下旬，在51108工作面组织生产，采煤工作面两端高差约为3.8 m，自然倾角约为1.12°，按照采煤工作面调斜经验公式，采煤工作面调斜距离计算见下式［16］。

式中，S为采煤工作面调斜距离，m；L为工作面倾斜长度，m；α为工作面倾角，（°）。

根据式（4）确定采煤工作面调斜至机尾超前2 m。即在工作面倾角保持1.12°的情况下，通过加甩刀，使机头超前机尾2 m的距离，基本控制了工作面刮板输送机的下滑。

5 结论

本研究针对郭家湾煤矿51108工作面刮板输送机“上窜下滑”的问题，对其运动规律及危害进行了分析，同时研究了刮板输送机出现“上窜下滑”的运动机理。研究得出，工作面倾角、支架千斤顶对输送机的推力及采煤机截割方向等均会造成刮板输送机出现“上窜下滑”的趋势。同时提出了相应的控制措施，并通过对工作面进行调斜，最终刮板输送机“上窜下滑”得到控制，保证了工作面的正常生产。