回采工作面刮板輸送機上竄下跳原因分析及治理措施研究

王晉鵬

（山西煤炭運銷集團首陽煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400）

0 引言

刮板輸送機作為煤礦生產(chǎn)的關鍵機械裝備，其安全、可靠的運轉(zhuǎn)對回采工作面煤矸運輸效率有著決定性的影響。在回采過程中，因輸送機安裝技術和操作水平的差別，回采層產(chǎn)層和地質(zhì)情況的差別，導致了輸送機作業(yè)過程中易發(fā)生上下跳躍，導致了煤矸石的輸送效果明顯降低；同時也會對刮刀輸送機的安全操作產(chǎn)生一定的不利作用。針對山西煤炭運銷集團某煤礦4317 工作面，對工作面在運行過程中出現(xiàn)上躥下跳的的影響因素進行研究。

1 4317 工作面概況

山西煤炭運銷集團某煤礦4317 工作面在3 號煤層一橫四盤區(qū)北側(cè)的西邊。工作面地面海拔范圍為969～1093 m，煤層底板海拔范圍為523～555 m，工作面的開采區(qū)域為走向長度318.9m、傾斜長度195.0m，煤層厚度的最大值為6.12 m[1]。

4317 工作面開采的3 號煤層，該煤層厚度最大值為6.12 m，厚度最小值為5.84 m，煤層的平均厚度為6.09 m。煤層老頂是一種薄砂巖，厚7.40 m，呈淡灰色，中間質(zhì)，主要成分是石英，其次為長石，含有石屑，硅泥質(zhì)，薄層夾泥巖條；普式硬度、單向抗壓強度、單向抗拉強度的均值分別為8.12、81.47 MPa、3.62 MPa。采用泥質(zhì)巖石直接頂板，其厚度為5.17 m，特征為黑色，凹凸形斷裂，縱向節(jié)理，內(nèi)表面有劃傷，含有石母和許多植物的礦物。結(jié)果表明：普式硬度、單向抗壓強度、單向抗拉強度的均值分別為3.53、0.84 MPa、35.41 MPa。

2 工作面回采現(xiàn)狀及問題分析

2.1 工作面回采現(xiàn)狀

4317 工作面綜采一體化機械化開采技術，采煤機采用的型號為上海煤機MG450/1020-WD，刮板輸送機采用的型號為山東煤機生產(chǎn)的SGZ880/2×525kW，支架由金鼎煤炭機械造，ZF7200/17/33.5 型中間架125 架，ZF7200/17/33.5 排頭排尾架7 架，利用操縱閥門裝置對支座的運動進行了控制，截至到現(xiàn)在，工作面已經(jīng)開采了252 m。

SGZ880/2×525 kW 皮帶運輸機前端由1 個電動機帶動，尾部1 個電動機帶動，全部使用525 kW 的變頻式一體電動機，額定工作條件下電壓為3300 V。在開采初期，由于刮板輸送機的上竄下跳，不但會影響到采場的安全開采，也會降低運輸效率，還會增加設備的維護成本。查閱統(tǒng)計部門對4317 工作面的故障情況統(tǒng)計，在回采的過程中，累計出現(xiàn)9 次刮板運輸機上下跳動的現(xiàn)象，造成4 次皮帶鏈斷裂，造成電機損壞1 臺，刮板斷裂4 節(jié)，經(jīng)濟損失達52.4 萬元，既造成了巨大的經(jīng)濟損失，同時也影響了開采的效率。

2.2 問題分析

2.2.1 煤層傾角影響

1）4317 工作面回采煤層為3 號煤層，其傾角平均值為7°，在回采過程中，因受煤層傾斜角度的影響，刮板輸送機會出現(xiàn)滑落現(xiàn)象，且下滑方向指向傾角小的方向，經(jīng)實地觀測，發(fā)現(xiàn)其滑動量隨煤層傾角增加而增加；在采煤斜度為15°的情況下，需要在刮板輸送機上設置防滑機構；在煤層傾斜度低于3°的情況下，刮板輸送機是比較穩(wěn)定的。

2）在考慮到煤體傾斜角度的情況下，使用液壓托架推進式推拉器推進式刮刀轉(zhuǎn)速送機過程中，推拉桿在水平方向上會對刮板輸送機造成一個斜向下的橫向分動力，并隨傾斜角度和推進速率增大；4317 采區(qū)初期開采時，采煤速度12 m/d，采煤速度高，使用液壓推拉分力對輸送帶的影響很大，很可能發(fā)生滑移。

2.2.2 管理不到位

1）4317 采空區(qū)刮板式輸送機在滑移后，使其尾端的煤粉積累較多，在啟動的一剎那，載荷會在短時間內(nèi)快速提升，由此造成了剩余鏈條的跳動異常。

2）由于采場刮板鏈的維修保養(yǎng)工作不到位，刮板鏈在長時間的負載下磨損嚴重，刮板鏈拉長，造成刮板鏈張緊力達不到規(guī)定值，出現(xiàn)松弛的問題，容易在刮板運輸過程中出現(xiàn)刮板的上下跳動。

2.2.3 斜切進刀方式影響

4317 采煤機為平底斜切刀片，在采煤機斜切進刀時，由采煤機逆推作用于刮板輸送機，其推力稱為F1和F2；分力F1的方向垂直于刮板輸送機，F(xiàn)2的方向與刮板輸送機平行且與輸送機的運行方向相對。當F1的數(shù)值較大時，刮板式輸送機和采煤機上會出現(xiàn)上跳現(xiàn)象，在F2比傳送帶的摩擦力大的情況下，傳送帶會發(fā)生下滑。

3 上竄下跳判斷方法

3.1 通過支架推移箱梁與底座出現(xiàn)夾角判定

前半段上的機座上的橫箱橫梁傾斜到機頭方向，刮板要下降；前半段的機架將移動箱的橫梁傾斜到機尾方向，刮板輸送機要上移；同時，由刮板驅(qū)動的托架也會使其與煤墻產(chǎn)生一個角度。

3.2 通過順槽刮板機與轉(zhuǎn)載機搭接或轉(zhuǎn)載機與巷幫距離判定

在轉(zhuǎn)載機與巷幫等間距的情況下，若不能與末端卸車刮片相連接，說明刮片機上竄，否則為滑動。側(cè)卸刮刀和鏟斗機尾占據(jù)井巷的安全通道，說明刮刀往下滑動，否則為上竄。

3.3 兩巷高差變化來預知刮板機是否上竄或下跳

由于工作面兩個出口底板標高的變化，特別是在回順底板高度平整度較差的情況下，運輸巷標高差將會相對增加。即隨著工作面斜率的增大，刮刀滑移的可能性增大，反之往上爬的可能性就越大。

4 刮板輸送機上竄下跳防治措施

4.1 加強刮板輸送機檢修維護力度

綜采工作面刮板輸送機在運轉(zhuǎn)18 h 后，應停機進行一次全面的檢修，重點是針對刮板鏈松弛、刮板變形、機頭移動等問題，一旦發(fā)現(xiàn)問題，應立即進行整改。

4.2 工作面?zhèn)涡闭{(diào)整

在推拉刮板輸送機上，由于存在偽斜度，由于刮板式運輸機和液壓機構之間存在一定的角度，在斜面上不可避免出現(xiàn)力的作用，所以通過對綜放區(qū)的假傾斜進行調(diào)節(jié)，可以有效地防止其滑移?，F(xiàn)場觀察、研究了在工作面出現(xiàn)正、偽斜的條件下，采用增加前部的回采率，并及時進行假斜，在采場發(fā)生正、偽斜后，對機首段提前尾區(qū)5～6 m進行了治理，可以有效地預防設備的滑落。

利用兩條隧道的出口高度差進行滑移控制，在現(xiàn)場作業(yè)中有著最廣泛的應用，同時操作的便捷性較高。公式如下：

式中：HA為運輸巷在工作面出口處標高，m；HB為回風巷在工作面出口處標高，m。

應注意的是，僅靠前距來控制刮板機上竄滑是遠遠不夠的，應采取綜合措施加以控制。由于理論上的超前距離只有在刮板很平坦、無高低不平的情況下才會出現(xiàn)。在實際生產(chǎn)中，受多種影響，工作面坡度也會隨之改變。按“不割砰只割煤”的準則，在沿著煤體切割后，如果底面發(fā)生上下波動，將會對刮片的上躥和滑動產(chǎn)生一定的不利作用。為避免出現(xiàn)假傾角，采取調(diào)架、上行推溜等措施。不然，刮板不僅不向上移動，還會不斷地向下滑行，如圖1 所示。

圖1 工作面?zhèn)涡奔皟上锍熬嗍疽鈭D（單位：mm）

4.3 機頭人為把底板割成弧狀減緩下滑

如在圖2 中用虛線表示的那樣（虛線表示回采煤層頂?shù)装?，實線表示原煤層頂?shù)装澹?，終端機座的基座仍然保持原狀，3～4 個機座的基座升高100～200 mm，5～10 個機座的基座被切割為一個圓弧，把滑座的滑移力分成了向下的滑動力和滑移阻力，從而減緩了滑移。

圖2 工作面機頭底板割成弧形防滑示意圖（單位：mm）

4.4 各種輔助措施減緩下滑

回風巷裝有帶錨鏈的液壓缸或卷揚機牽引的刮刀。單側(cè)割，設備向下切頂，不推滑，上側(cè)掃尾；每次推入刮刀機頭后，將其傾斜于刮板和頂部，然后將其上滑；前車支架為單體傾斜支撐，下部調(diào)油缸，側(cè)護板，單體輔助，每一架都要調(diào)整，使得支架與煤壁垂直，并有1°～3°的迎山角，或先拉動機尾，反復推拉，并以機頭為基準進行調(diào)架，以減少刮板的滑落。

4.5 采用“調(diào)度數(shù)”布置減緩下滑

從圖3 可以看出，在不能采用綜放法而采用綜采法的情況下，在掘進時，應從機頭巷道沿著頂板開挖，機尾巷在底板上開挖；切割機首設在頂板上，尾部設在底板上，人為地減小了斜率，減緩了刮板的滑動，缺點是存在較多遺煤，燃燒率大。

圖3 厚煤層工作面“調(diào)度數(shù)”布置防滑示意圖

4.6 設備調(diào)整

為了防止刮板式運輸車出現(xiàn)上竄打滑的問題，可以調(diào)整推拉刮板式運輸車的方位，在刮板輸送機沿機頭滑下時，由前向后拖拽輸送機，并由后向后進行拉架；這樣可以確保刮板輸送機的滑行方向與上竄方向相反。

4.7 調(diào)整端卸式刮刀與翻斗機搭接部位的下滑坡度

較大時選用端卸式，而較小的采用側(cè)卸式。它是采用了末端卸料和裝載機分開的優(yōu)點，將鏟車尾部向上或向下與刮片設備搭邊，從而克服了打滑頂巷幫不能移動或上跳后出煤的難題。

4.8 V 型轉(zhuǎn)采時采用綜合措施防止下滑

V 形轉(zhuǎn)采法，機頭運動較少，尾部運動較多。轉(zhuǎn)采頭可以縮短，不能擴大。設置為虛中心的偽斜調(diào)采，以1∶4 的比例將機頭和尾部均勻地分割，“先短后長，后通全刀”，對下滑進行控制。

4.9 安裝回柱絞車

在工作面刮板輸送機發(fā)生上竄下滑的情況時，可以采用單體支撐，在工作面上，每間隔10 個支撐加設單個立柱，單個立柱的底部支撐著刮板輸送機，上部支撐著一個液壓支架的頂梁，并且可以在刮板輸送機的下行方向（前面或后面）上設置一個旋轉(zhuǎn)的絞盤，并且把提升機的纜繩和刮片傳送器相連，從而避免其滑動。

4.10 增加刮板槽防止上竄下滑

在刮板式運輸機出現(xiàn)跳動故障時，應在其上增設刮板溝槽，使其長度提升，從而使其品質(zhì)得到改善，同時增加了與基材的黏合強度，避免了刮刀輸送帶的上升和滑動。

4.11 安裝刮板鏈張緊監(jiān)測裝置

由于鏈條的松緊性不滿足要求，不僅會對運輸?shù)男Чa(chǎn)生不利的影響，而且很容易發(fā)生斷裂、漂鏈等問題，特別是在受拉時，容易產(chǎn)生滑鏈上跳，當受到的拉力較大時則容易發(fā)生斷裂。因此，可以在前端設置一組張緊監(jiān)控設備，它包括滑動齒輪、控制器、滑道、齒輪嚙合傳感器等部件。當刮板鏈條松脫或不能充分嚙合時，由傳感器向控制器發(fā)送信號，由控制器控制動作帶動滑輪運動，從而達到拉緊刮板鏈條的功能。因此，避免了由于滑輪鏈條的松脫而導致的上下跳。

5 結(jié)語

山西煤炭運銷集團某礦4317 工作面早期開采過程中，由于刮板輸送機經(jīng)常發(fā)生上下竄的情況，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場觀測，對其產(chǎn)生的原因進行了探討，并給出了相應的防治措施，從實際使用結(jié)果來看，通過對該工藝的改進，皮帶運輸車的上下跳情況大為改觀，利用該技術后，設備的故障率降低了82%，全年的維修費用減少了27.8 萬元，確保了礦井后期的安全高效的開采，對同類礦井具有實際借鑒意義。