急倾斜薄煤层综采工作面防滑技术研究

急倾斜薄煤层综采工作面防滑技术研究

赵忠军王永红董明罗胜

攀枝花煤业(集团)有限责任公司四川攀枝花617000

摘要：地下开采煤层，按其倾角分为近水平、缓倾斜、倾斜和急倾斜4类，一般认为大于45°为急倾斜煤层[1]，ZQY2800/09/24支架适应煤层倾角﹤45°，用于急倾角薄煤层开采过程中，容易发生失稳、下滑等现象。经搭配具有急倾斜综采液压支架主动防倒防滑、工作面运输机防滑技术的ZY3400/10.5/24Q支架，经计算后按设计进行新旧支架搭配使用，在太平煤矿31112综采工作面经试用后，取得了良好的效果。

关键词：大倾角支架输送机防滑

1.ZQY2800/09/24支架使用现状

因设计年代较早，不具有急倾斜综采液压支架主动防倒防滑、运输机防滑技术，适应煤层倾角﹤45°，且因架体紧凑，无法改装。支架用于大倾角开采时易发生失稳、下滑现象。使用该型支架的综采工作面，运输机防滑采用的斜拉缸式防滑[2]，存在链条易崩断、拉架链条易卡在底座下等问题。

2.方案的提出

太平矿31112工作面煤厚为0.48～1.57m，平均厚度1.28m；煤层倾角为41～49°，平均倾角为45°，属于急倾斜薄煤层。攀煤公司与该煤层相适应的支架为ZQY2800/09/24，由于前期贮备量较大，不能整体淘汰。且由于当下煤炭市场萎缩，企业经营困难，没有足够的设备资金投入，经过论证决定新购置一部分能适应50°的ZY3400/10.5/24Q液压支架与现有液压支架配套使用，以综合解决工作面失稳、下滑等问题。

3.ZY3400/10.5/24Q与ZQY2800/09/24的搭配方案

3.1.31112工作面设备

支架为ZQY3400/09/24（ZQY3400/10.5/24Q）型掩护式液压支架，MG300/710-AWD1型电牵引采煤机，SGZ-730/160刮板机，根据工作面三机配套参数，该工作面最小采高不小于1.4m，最大采高不大于2.1m。

3.2.ZY3400/10.5/24Q两柱掩护式大倾角液压支架主要特点

该支架是为适应0°～55°煤层地质条件研制的一种新型液压支架。有如下特点：

（1）结合攀煤工作面条件，连杆机构为单前连杆整体双后连杆，抗扭能力强，稳定性好，安全可靠；支架工作阻力3400kN；

（2）采用双伸缩立柱设置；支架高度可达10.5～24dm，伸缩比达2.29，能适应较大采高范围；

（3）双侧活动侧护板一侧固定，一侧活动，并将顶梁侧护板延长至前端；

（4）推移千斤顶倒装。采用φ140缸径推移千斤顶倒装，拉架力大于推溜力，实现快速移架；

（5）工作面支架防倒防滑、排头排尾支架防倒防滑、输送机防滑、工作面支架调架梁、后调架、输送机防滑等均具互换性[4]。

3.3搭配使用计算

ZY3400/10.5/24Q液压支架具有输送机防滑功能。输送机防滑千斤顶布置的缸径为80mm，按工作面泵压26MPa计算，其推力为13t。当支架为采煤状态时，刮板机与支架铰接点与输送机防滑千斤顶距离为1100mm，输送机防滑千斤顶与推杆后部导杆距离为1420mm，按输送机防滑千斤顶13t计算，前部分力为7.3t，一节中部槽重量约为1.2t，其下滑分力为1.2xsin50=0.92t，因担心煤矸卡阻，考虑1.3系数，则7.3&pide;0.92&pide;1.3=6.1≈6节。

因此最小要求是每六架支架布置一架ZQY3400/10/23液压支架，因考虑到连接头的强度，新支架两架一组来布置，每十架布置两架。

3.4实际安装情况

新ZY3400/10.5/24Q支架为25架，工作面预计安装支架90架。除去排头5架，还需安装85架，相当于85架中有20架新支架，对于计算中要求12架中有2架新支架的方案有富余，效果更好。

4.工作面“三机”防滑防倒技术研究

4.1支架防倒防滑

由于ZY3400/10.5/24Q液压支架推杆有防滑限位和弹簧筒，千斤顶控制的活动侧护板有防倒作用，通常工作面支架不再设置防滑防倒装置。但是当煤层倾角≥25°时，支架须设置防倒防滑装置。一般是单作用的顶底软连接或底座侧推或调架梁装置，也可设双作用的调架装置（前调或后调架）。支架可在相邻两架顶梁安装双作用防倒装置，由千斤顶、连接件组成；两底座前、后部采用调架装置，用以调架防滑。

⑴工作面下出口前五架支架为排头支架，排头支架必须安装防倒防滑千斤顶。排头第一架支架移到位，必须紧贴支架用至少2颗单体配合半圆木（﹥Φ18cm）沿走向在支架下方打设接架柱支护稳固支架，防止支架倒架和下滑。

⑵移排头架顺序为：先移第二、四架，再移第三、五架，最后移第一架，若有倒架、摆角等现象，要及时使用调架装置进行调架，确保排头支架稳固，移第二、四架时，先对一、三、五架立柱注液以防倒架和支架下滑，然后从下往上拉架。

⑶当过地质变化带，顶板破碎，压力大、片帮严重时，应超前拉架。采煤机必须将底板割平，保证溜子、支架不倾斜。

4.2排头支架防倒防滑装置

排头支架是整个工作面的基础，只要解决了排头支架的防倒防滑，上部其余支架以此为基准（见图4.1）。排头架每两架间底座前后各设1根调架千斤顶、顶梁下前后各设1根防倒千斤顶防滑。排头支架防倒防滑装置包括：

⑴调架装置：相邻两架底座前后各设置一套调架机构，用于调节架间距和调正支架。

⑵防倒装置：排头支架除每架支架仍然有由弹簧套筒和千斤顶控制的活动侧护板防倒外，排头支架增加的防倒装置，一般分为双作用的硬连接和单作用的软连接两种结构形式。

4.3刮板运输机防滑

⑴输送机防滑能力需求

根据有关资料，钢对煤的滑动摩擦系数为0.4，当工作面倾角大于23.6°时，输送机的下滑力超过摩擦力而下滑。此外，输送机运行、采煤机割煤时的动力和静力，尤其是液压支架底座与输送机不垂直且趋向于机头方向时，输送机的下滑更严重。刮板输送机除机头可设锚固站外，本身并无防滑能力，需要由支架为其提供防滑保障。

⑵液压支架防滑功能

ZQY2800/09/24支架对输送机无主动防滑装置，ZY3400/10.5/24Q支架具有自带输送机防滑功能：支架底板前端与推溜缸处安装有输送机防滑千斤顶，为活塞杆供液式，1根/架，缸径为80mm，活塞杆45mm，初撑力（推/拉）158/108kN。

⑶输送机防滑能力计算，按两种情况来计算：

一是推溜过程中刮板机自重产生的分力：

按80mm缸径，按工作面泵压26MPa计算，其推力为13t。按输送机防滑千斤顶13t计算，前部分力为7.3t，一节中部槽重量约为1.2t，其下滑分力为1.2*sin50°=0.92t，因担心煤矸卡阻，考虑1.3系数，则7.3&pide;0.92&pide;1.3=6.1≈6节。

二是采煤机行走时牵引力对刮板机的反作用力：

710采煤机牵引力为44t，采煤机自重产生的下滑分力为45*sin50°=34.47t，总下滑力=44+34.47=78.47t。采煤机行走时输送机防滑千斤顶是固定的，起阻挡作用防止输送机下滑，按照安全阀溢流压力来计算其推力为22.6t，前端分力为12.73t，78.47&pide;12.73=6.16架≈7架，下出口是防滑基础，所以建议布置10架新做支架，来克服采煤机的下滑力。

工作面实际共布置25架ZY3400/10.5/24Q，满足设计要求。

⑷为防止刮板输送机下滑，还应采取如下措施：

①严格控制工作的仰采角度，时刻注意工作“三机”状态。

②控制在规定的采高范围内，输送机一次推移步距不得超过0.6m，长度不得超过10m。割煤时，不得推移距采煤机12m～15m内的中部槽。

③严格控制推进度，确保综采工作面平直、下口与上口超前度一致。

④根据刮板机上窜下滑不同形式，及时采取不同的推溜移架方式；坡度较大时，采取采煤机行走10架就停机、拉架，再循环运行，减少设备上窜下滑。

4.4.采煤机防滑

MG320/710-AWD1交流电牵引采煤机设计最大爬坡55°。齿轮销轨式牵引，牵引速度0～6.4/10.7m/min；采用整体式制动器，制动器参数为：静止动转矩：600Nm；开始抱闸油压：1.3MPa；行程终点油压：2.2MPa；行程：3.4mm[3]。该采煤机制动可靠性高，故障少。

采煤机防滑管理注意事项：

⑴每班采煤机司机接班，必须试验液压制动器，每天检修维护人员必须对采煤机制动系统进行检查、调试，确保可靠制动。

⑵检修采煤机时，下滚筒必须下放到底板压实，上滚筒必须可靠的顶在顶板上，在下方靠采煤机摇臂和滚筒的位置打两根或以上的防滑支柱（单体），并在采煤机两行走轮下方用销排销子插在销排里，防止机组下滑。

⑶防止采煤机在突然停电时下滑，应保证采煤机主副牵引部抱闸完好。停机后人员进入机道进行检修时，还必须外加防滑装置，防止采煤机跑车。

5.急倾斜薄煤层综采工作面防滑技术特点

⑴倾角大，一般大于39°，局部达到50°以上；

⑵工作面属于单斜构造，地质变化较小，煤层无大的地质构造影响。

⑶采区内部及主运输系统均实现连续运输，具备机械化开采条件。

⑷煤层赋存不稳定，工作面不等长，最短118m，最长147m。开采过程中需频繁撤架。

⑸急倾斜工作面综合机械化开采，容易发生片帮、滚矸伤人事故，根据需要设计了全封闭液压自动倾斜和走向挡矸设施。

⑹液压支架与刮板机连接的连接头和耳座需要强化，由原厚70mm改为90mm，支架推溜缸和推溜框亦需加强、并采用推溜千斤顶倒装技术；

⑺对损坏的设备及时维修：销轨座、8字环、推溜缸，刮板机连接环等，尤其是具备刮板机防滑功能的支架，一旦出现故障，必须立即更换，确保完好。

6.结束语

⑴在企业经营困难的情况下，依靠科学技术进步，通过新旧支架搭配使用，旧支架也可以拓展使用范围，可靠运行。

⑵新旧支架搭配使用后，刮板输送机、采煤机、液压支架防滑效果良好、运行情况良好，工作面顶、底板、煤矿控制较好，能满足生产实际生产要求。

⑶通过一系列的防滑措施，在大于45°的急倾斜薄煤层工作面实现了综合机械化开采，验证了急倾斜薄煤层综合机械化开采技术可以适用于复杂地质环境的煤层开采。

参考文献：

[1]胡绍祥.矿山地质学[M].北京：中国矿业大学出版社，2008

[2]毛汉林.胡超文.maohanlin.huchaowen.大倾角综采工作面“三机”防滑技术分析[期刊论文]现代矿业2015(5)

[3]天地科技股份有限公司上海分公司《MG320／710-WD3型采煤机使用说明书》。

[4]四川华蓥山广能集团嘉华机械有限责任公司《ZY3400/10.5/24Q型掩护式大倾角液压支架使用说明书》