回采工作面刮板输送机上窜下跳原因分析及治理措施研究

王晋鹏

（山西煤炭运销集团首阳煤业有限公司，山西 晋城 048400）

0 引言

刮板输送机作为煤矿生产的关键机械装备，其安全、可靠的运转对回采工作面煤矸运输效率有着决定性的影响。在回采过程中，因输送机安装技术和操作水平的差别，回采层产层和地质情况的差别，导致了输送机作业过程中易发生上下跳跃，导致了煤矸石的输送效果明显降低；同时也会对刮刀输送机的安全操作产生一定的不利作用。针对山西煤炭运销集团某煤矿4317 工作面，对工作面在运行过程中出现上蹿下跳的的影响因素进行研究。

1 4317 工作面概况

山西煤炭运销集团某煤矿4317 工作面在3 号煤层一横四盘区北侧的西边。工作面地面海拔范围为969～1093 m，煤层底板海拔范围为523～555 m，工作面的开采区域为走向长度318.9m、倾斜长度195.0m，煤层厚度的最大值为6.12 m[1]。

4317 工作面开采的3 号煤层，该煤层厚度最大值为6.12 m，厚度最小值为5.84 m，煤层的平均厚度为6.09 m。煤层老顶是一种薄砂岩，厚7.40 m，呈淡灰色，中间质，主要成分是石英，其次为长石，含有石屑，硅泥质，薄层夹泥岩条；普式硬度、单向抗压强度、单向抗拉强度的均值分别为8.12、81.47 MPa、3.62 MPa。采用泥质岩石直接顶板，其厚度为5.17 m，特征为黑色，凹凸形断裂，纵向节理，内表面有划伤，含有石母和许多植物的矿物。结果表明：普式硬度、单向抗压强度、单向抗拉强度的均值分别为3.53、0.84 MPa、35.41 MPa。

2 工作面回采现状及问题分析

2.1 工作面回采现状

4317 工作面综采一体化机械化开采技术，采煤机采用的型号为上海煤机MG450/1020-WD，刮板输送机采用的型号为山东煤机生产的SGZ880/2×525kW，支架由金鼎煤炭机械造，ZF7200/17/33.5 型中间架125 架，ZF7200/17/33.5 排头排尾架7 架，利用操纵阀门装置对支座的运动进行了控制，截至到现在，工作面已经开采了252 m。

SGZ880/2×525 kW 皮带运输机前端由1 个电动机带动，尾部1 个电动机带动，全部使用525 kW 的变频式一体电动机，额定工作条件下电压为3300 V。在开采初期，由于刮板输送机的上窜下跳，不但会影响到采场的安全开采，也会降低运输效率，还会增加设备的维护成本。查阅统计部门对4317 工作面的故障情况统计，在回采的过程中，累计出现9 次刮板运输机上下跳动的现象，造成4 次皮带链断裂，造成电机损坏1 台，刮板断裂4 节，经济损失达52.4 万元，既造成了巨大的经济损失，同时也影响了开采的效率。

2.2 问题分析

2.2.1 煤层倾角影响

1）4317 工作面回采煤层为3 号煤层，其倾角平均值为7°，在回采过程中，因受煤层倾斜角度的影响，刮板输送机会出现滑落现象，且下滑方向指向倾角小的方向，经实地观测，发现其滑动量随煤层倾角增加而增加；在采煤斜度为15°的情况下，需要在刮板输送机上设置防滑机构；在煤层倾斜度低于3°的情况下，刮板输送机是比较稳定的。

2）在考虑到煤体倾斜角度的情况下，使用液压托架推进式推拉器推进式刮刀转速送机过程中，推拉杆在水平方向上会对刮板输送机造成一个斜向下的横向分动力，并随倾斜角度和推进速率增大；4317 采区初期开采时，采煤速度12 m/d，采煤速度高，使用液压推拉分力对输送带的影响很大，很可能发生滑移。

2.2.2 管理不到位

1）4317 采空区刮板式输送机在滑移后，使其尾端的煤粉积累较多，在启动的一刹那，载荷会在短时间内快速提升，由此造成了剩余链条的跳动异常。

2）由于采场刮板链的维修保养工作不到位，刮板链在长时间的负载下磨损严重，刮板链拉长，造成刮板链张紧力达不到规定值，出现松弛的问题，容易在刮板运输过程中出现刮板的上下跳动。

2.2.3 斜切进刀方式影响

4317 采煤机为平底斜切刀片，在采煤机斜切进刀时，由采煤机逆推作用于刮板输送机，其推力称为F1和F2；分力F1的方向垂直于刮板输送机，F2的方向与刮板输送机平行且与输送机的运行方向相对。当F1的数值较大时，刮板式输送机和采煤机上会出现上跳现象，在F2比传送带的摩擦力大的情况下，传送带会发生下滑。

3 上窜下跳判断方法

3.1 通过支架推移箱梁与底座出现夹角判定

前半段上的机座上的横箱横梁倾斜到机头方向，刮板要下降；前半段的机架将移动箱的横梁倾斜到机尾方向，刮板输送机要上移；同时，由刮板驱动的托架也会使其与煤墙产生一个角度。

3.2 通过顺槽刮板机与转载机搭接或转载机与巷帮距离判定

在转载机与巷帮等间距的情况下，若不能与末端卸车刮片相连接，说明刮片机上窜，否则为滑动。侧卸刮刀和铲斗机尾占据井巷的安全通道，说明刮刀往下滑动，否则为上窜。

3.3 两巷高差变化来预知刮板机是否上窜或下跳

由于工作面两个出口底板标高的变化，特别是在回顺底板高度平整度较差的情况下，运输巷标高差将会相对增加。即随着工作面斜率的增大，刮刀滑移的可能性增大，反之往上爬的可能性就越大。

4 刮板输送机上窜下跳防治措施

4.1 加强刮板输送机检修维护力度

综采工作面刮板输送机在运转18 h 后，应停机进行一次全面的检修，重点是针对刮板链松弛、刮板变形、机头移动等问题，一旦发现问题，应立即进行整改。

4.2 工作面伪斜调整

在推拉刮板输送机上，由于存在伪斜度，由于刮板式运输机和液压机构之间存在一定的角度，在斜面上不可避免出现力的作用，所以通过对综放区的假倾斜进行调节，可以有效地防止其滑移。现场观察、研究了在工作面出现正、伪斜的条件下，采用增加前部的回采率，并及时进行假斜，在采场发生正、伪斜后，对机首段提前尾区5～6 m进行了治理，可以有效地预防设备的滑落。

利用两条隧道的出口高度差进行滑移控制，在现场作业中有着最广泛的应用，同时操作的便捷性较高。公式如下：

式中：HA为运输巷在工作面出口处标高，m；HB为回风巷在工作面出口处标高，m。

应注意的是，仅靠前距来控制刮板机上窜滑是远远不够的，应采取综合措施加以控制。由于理论上的超前距离只有在刮板很平坦、无高低不平的情况下才会出现。在实际生产中，受多种影响，工作面坡度也会随之改变。按“不割砰只割煤”的准则，在沿着煤体切割后，如果底面发生上下波动，将会对刮片的上蹿和滑动产生一定的不利作用。为避免出现假倾角，采取调架、上行推溜等措施。不然，刮板不仅不向上移动，还会不断地向下滑行，如图1 所示。

图1 工作面伪斜及两巷超前距示意图（单位：mm）

4.3 机头人为把底板割成弧状减缓下滑

如在图2 中用虚线表示的那样（虚线表示回采煤层顶底板，实线表示原煤层顶底板），终端机座的基座仍然保持原状，3～4 个机座的基座升高100～200 mm，5～10 个机座的基座被切割为一个圆弧，把滑座的滑移力分成了向下的滑动力和滑移阻力，从而减缓了滑移。

图2 工作面机头底板割成弧形防滑示意图（单位：mm）

4.4 各种辅助措施减缓下滑

回风巷装有带锚链的液压缸或卷扬机牵引的刮刀。单侧割，设备向下切顶，不推滑，上侧扫尾；每次推入刮刀机头后，将其倾斜于刮板和顶部，然后将其上滑；前车支架为单体倾斜支撑，下部调油缸，侧护板，单体辅助，每一架都要调整，使得支架与煤壁垂直，并有1°～3°的迎山角，或先拉动机尾，反复推拉，并以机头为基准进行调架，以减少刮板的滑落。

4.5 采用“调度数”布置减缓下滑

从图3 可以看出，在不能采用综放法而采用综采法的情况下，在掘进时，应从机头巷道沿着顶板开挖，机尾巷在底板上开挖；切割机首设在顶板上，尾部设在底板上，人为地减小了斜率，减缓了刮板的滑动，缺点是存在较多遗煤，燃烧率大。

图3 厚煤层工作面“调度数”布置防滑示意图

4.6 设备调整

为了防止刮板式运输车出现上窜打滑的问题，可以调整推拉刮板式运输车的方位，在刮板输送机沿机头滑下时，由前向后拖拽输送机，并由后向后进行拉架；这样可以确保刮板输送机的滑行方向与上窜方向相反。

4.7 调整端卸式刮刀与翻斗机搭接部位的下滑坡度

较大时选用端卸式，而较小的采用侧卸式。它是采用了末端卸料和装载机分开的优点，将铲车尾部向上或向下与刮片设备搭边，从而克服了打滑顶巷帮不能移动或上跳后出煤的难题。

4.8 V 型转采时采用综合措施防止下滑

V 形转采法，机头运动较少，尾部运动较多。转采头可以缩短，不能扩大。设置为虚中心的伪斜调采，以1∶4 的比例将机头和尾部均匀地分割，“先短后长，后通全刀”，对下滑进行控制。

4.9 安装回柱绞车

在工作面刮板输送机发生上窜下滑的情况时，可以采用单体支撑，在工作面上，每间隔10 个支撑加设单个立柱，单个立柱的底部支撑着刮板输送机，上部支撑着一个液压支架的顶梁，并且可以在刮板输送机的下行方向（前面或后面）上设置一个旋转的绞盘，并且把提升机的缆绳和刮片传送器相连，从而避免其滑动。

4.10 增加刮板槽防止上窜下滑

在刮板式运输机出现跳动故障时，应在其上增设刮板沟槽，使其长度提升，从而使其品质得到改善，同时增加了与基材的黏合强度，避免了刮刀输送带的上升和滑动。

4.11 安装刮板链张紧监测装置

由于链条的松紧性不满足要求，不仅会对运输的效果产生不利的影响，而且很容易发生断裂、漂链等问题，特别是在受拉时，容易产生滑链上跳，当受到的拉力较大时则容易发生断裂。因此，可以在前端设置一组张紧监控设备，它包括滑动齿轮、控制器、滑道、齿轮啮合传感器等部件。当刮板链条松脱或不能充分啮合时，由传感器向控制器发送信号，由控制器控制动作带动滑轮运动，从而达到拉紧刮板链条的功能。因此，避免了由于滑轮链条的松脱而导致的上下跳。

5 结语

山西煤炭运销集团某矿4317 工作面早期开采过程中，由于刮板输送机经常发生上下窜的情况，结合生产现场观测，对其产生的原因进行了探讨，并给出了相应的防治措施，从实际使用结果来看，通过对该工艺的改进，皮带运输车的上下跳情况大为改观，利用该技术后，设备的故障率降低了82%，全年的维修费用减少了27.8 万元，确保了矿井后期的安全高效的开采，对同类矿井具有实际借鉴意义。