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综采工作面刮板运输机“上窜下滑”问题研究

更新时间:2009-03-28

刮板输送机的“上窜下滑”,即指在采煤工作面的推进中,机器主要受到两个力,一是拉力,二是下滑力,当两个力不平衡时,就会造成机械向机头或机尾方向产生位移。在综采工作面的技术管理中,其控制技术属于其中的核心内容。针对该问题,要充分掌握其机理,选择科学合理的应对方法,这样才可以取得良好的控制效果,所以,本文以某矿1412(3)工作面为研究对象,深入探讨了该问题,希望能够为有效控制该问题提供借鉴。

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1 工作面概况以及问题的危害

1.1 工作面概况。1412(3)工作面座落在某矿的东三采区,回采16-2煤层,厚度均值达到3.60米,一次采全高。其倾角最大值为20°,平均值为10°,工作面长度为198米。直接底主要是灰色泥岩。总计配备了138台液压支架,包括6台端头支架,都配备了防倒千斤顶。因受到当地地质状况的制约,切眼机尾超前机头10m,同时按照上下端头底板实测标高得出两点高度差是36.5米(机头低)。

1.“2上窜下滑”的危害。1412(3)面在回采初期,刮板输送机就发生了下滑问题,曾造成不能顺利工作,危害包括以下几方面:

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第一,造成输送机和转载机搭接不科学,使得卸载工作难度增加,输送机输送过程中,所受到的荷载提高,严重还引起断链事故;第二,下滑甚至能够造成机尾排头液压支架进到煤壁之中,使得上端头空顶面积提高,由此将会使端头支护任务量提高、更难进行,阻碍生产的安全顺利进行;第三,对工作面质量标准化产生负面作用。下滑以后,采用甩采方法,机头多进刀,导致支架调斜、煤壁不直等现象;第四,生产效率明显减低,调整期间,影响到生产的顺利进行,无法按照正规循环施工,使得煤机开机率明显减小。

2 下滑的机理

通过上文可知,发生下滑问题,是由于其受到的下滑力大于拉力所致,所以,应当认真研究其受力情况。

3.2.1 引入该措施以后,使得倾角有所减小,使得F1、F2、F3有所减小,F′1、F′2、F′3 有所增大,最终使其收到的下滑力有所下降。

参照GB/T 16291.1—2012的方法[8],并根据实际情况做简略处理。评价小组为实验室中4名男生、5名女生。首先配制5种标准滋味溶液,分别为0.35%谷氨酸钠溶液、1%蔗糖溶液、0.7%氯化钠溶液、0.08%柠檬酸溶液、0.5% L-异亮氨酸溶液。评价员首先对5种标准溶液进行品尝鉴定,然后分别对2种酱油进行滋味鉴定,0~10分制。定量分析结果以雷达图显示。

3.2.2 把工作面调成伪倾斜回采,产生阻止下滑力F″6。在此基础上,移架过程中千斤顶给支架一个向上的拉力,以此克服支架下滑分力,确保支架前头向上甩。

其中,F1与F′1分别为下滑力与摩擦力,N;μ1用来指代两者的摩擦系数;α用来指代倾角,(°)。

其次,采煤机自重 G2 引起的力:F2=G2 sinα,F′2=μ1 G2 cosα。其中,F1与F′1两者分别用来指代下滑力与摩擦力,N。

再次,煤炭自重G3引起的力:F3=G3 sinα,F′3=μ1 G3 cosα。F3与F′3二者分别用来指代下滑力与摩擦力,N。

2.1.2 设备运行当中的张力。首先,采煤机运行当中的张力。它在牵引当中,存在着牵引力,牵引部对输送机形成方向的力F4。

其次,刮板输送机运行时中间链条的张力F5:

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F5=K1 K2[q(μ1 cosα ± sinα)+(2q0 μ1 cosα)]L/1000

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采煤机牵引对其产生的力与其牵引方向相反,采煤机上行时,对输送机形成F′4;当它下行时,则形成F″4。支架推移千斤顶过程中,当推移杆导向沿工作面倾斜方向向下、向上时,推移输送机将分别形成 F′6、F″6。

F6:F6 =nF′6 cosβ,其中 F′6指代每个千斤顶实际推力,N;n指代同时运行的千斤顶个数;β指千斤顶和溜槽的夹角。

  

图1 刮板输送机受力示意图

2.2 各种力对刮板输送机的作用。刮板输送机主要受到两种力,分别为促使与阻止下滑的力。F1、F2、F3均是促使其下滑的力,而F′1、F′2、F′3则属于阻止其下滑的力。

2.1.3 液压支架推移千斤顶所产生的力F6。当支架和刮板输送机不垂直时,推移千斤顶的推拉会使其产生向上或向下的力,刮板输送机受力示意图见图1所示。

综合上文可知,使其下滑的力是:F=F1+F2+F3+F′4+F′6

阻止其下滑的力是:F′=F′1+F′2+F′3+F″4+F″6

如果前者大于后者,那么它受到的合力是下滑力,由此将使其发生下滑。如果前者小于后者,其受到向上的合力,由此将使其发生上窜。

2.1.1 重力引起的力。在工作面,相关机械与装载的煤炭的重力,使得刮板输送机受到倾斜方向的力。

其中,K2指代输送机水平弯曲时与槽帮间的阻力系数;K1指代链条绕链轮时附加阻力系数;q0与q分别指代链条与货载每米重量,kg。

3 下滑控制技术

由上文可知,其下滑上窜主要是由于所受合力的变化造成的,所以,为对该问题进行控制,能够适当调整其受力情况,确保机械处于正常工作状态。

3.1 科学布置切眼位置。切眼设计过程中,需要根据具体的生产情况来进行,设计下端头有适当超前距离。所谓超前距离,即指工作面沿两巷垂直方向下端头超前上端头的距离。这属于有效控制该问题的首要环节。然而,具体的掘进施工当中,因受到地质构造等方面的作用,切眼所处部位和设计发生一定的偏离,这样常常会导致超前距离过低,有时候还会导致下端头滞后。工作面安装后,试采的时候如果不在第一时间之内调面,“上窜下滑”问题会表现的尤其突出,有时候无法顺利开展生产工作。比如1412(3)面,其切眼位置下端头滞后10m,这样就使得试采环节发生比较突出的下滑问题,严重阻碍到生产的顺利进行。因此,掘进过程中要充分兼顾到煤层倾角,及时做出适当地调整,尽可能地在预留合适的超前距离。

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如图5所示为正常情况下的回波信号和第一阈值,其中第一阈值与回波信号第1次相交在波峰2,3之间,得到D1点,则TDC-GP22可以分别测得波峰5、波峰6和波峰7的下降沿过零点时间t3、t2和t1,取波峰6的下降沿过零点作为特征点D2,到达特征点时间T为t2。

3.2 伪倾斜开采技术。即指利用甩采,使得下端头超前上一定距离,这属于有效防止该问题的有效措施之一。相关机理如下所示:

2.1 受力分析

首先,刮板输送机自重(G1)引起的力:F1=G1 sinα,F′1 = μ1 G1 cosα

在试采之后,及时进行甩采,确保超前距离满足要求,正常回采的时候工作面一直保持伪倾斜,可防止下滑现象。当工作面下端头超前距离太大的时候,会导致机械发生上窜问题;而如果下端头超前距离相对较小或者滞后,此时会导致机械发生下滑问题。

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按照相关经验,调斜距离(S)能够通过下面的方法来确定:S=Ltg(α/2)。其中,α与L分别指代工作面倾角与长度,m。

在这里,我们以 1412(3)面来进行计算,S=198*tg(10°*0.5)=16.83米。也就是说,当倾角处于10°的时候,利用甩采,使下端头超前距离为16.83米,这样就能够实现对机械下滑的有效控制。

3.3 应用科学合理的施工工艺

3.3.1 推输送机方式:这个过程中一定要从下往上来进行,如果使用两端头进刀双向割煤时由下端头进刀处向上推。

3.3.2 移架顺序:从下到上进行移架。下行割煤过程中应当分段移架,分段距离为5~15台支架。

4 结论

4.1 之所以发生上窜下滑问题,主要是因为刮板输送机受力的不平衡引起的。当工作面下端头超前距离太大的时候,会导致机械发生上窜问题;而如果下端头超前距离相对较小或者滞后,则会导致机械发生下滑问题。

4.2 采用伪倾斜开采,这是有效防止该问题的一个重要方法与手段,在现实中具有非常不错的效果。利用这种方式,使输送机的受力保持平衡,最终能够实现对该问题的有效控制。

4.3 按照相关经验,调斜距离(S)能够通过下面的方法来确定:S=Ltg(α/2)。以某矿1412(3)面为具体实例,确定合适的调斜距离,现场应用结果表明,下端头超前16.83米时,能够实现良好的防滑效果。

参考文献

[1]李凯.综放工作面刮板输送机“上窜下滑”控制的研究[J].煤炭科技,2017,2:67-69.

 
王广进,张建武,李红军,白鹤田
《科学技术创新》 2018年第16期
《科学技术创新》2018年第16期文献

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