煤礦大傾角走向長壁綜采工作麵布置 “三機”選型與配套淺析
近年來，隨著采礦業技術的不斷革新，礦產資源開發利用日益出現緊張局勢，為了滿足大型化工工業用煤需求，不得不對一些煤層賦存不穩定、水文地質條件極其複雜的礦山進行開采，進而湧現出一係列大傾角走向長壁綜采工作麵。
然而，經過個人長期不斷地探索總結和理論03manbetx ，就大傾角綜采工作麵“三機”選型與配套回采所存在的問題進行淺析，文中存在不足之處歡迎社會煤炭行業人士批評指正進一步討論，
目前，大傾角走向長壁綜采工作麵回采過程中主要存在以下突出問題：
1.“三機”運行時所固有的支架出現倒滑；
2.采煤機上行牽阻力大且製動困難和刮板機下滑等問題；
3.工作麵上端頭巷道維護和管理難度大；
4.采高超過3.5米時，煤壁、架前及架間作業安全係數低；
5.支架的工作阻力越大，工作麵推進時製約單產的因素較多；
6.工作麵下部與機巷之間的位置關係。
為了實現煤礦大傾角綜采麵安全高效、平穩有序、經濟合理回采，曆經大批可研與技術工作者的共同努力，致使我國大傾角煤層現代化開采技術不斷提高。綜合機械化是難采的大傾角煤層安全高效開采的根本出路。“三機”選型與配套是否合理，直接影響整個礦井的安全生產和各項技術經濟性能指標。
目前，多數礦井大傾角綜采麵的“三機”選型配套仍然基本沿用近水平綜采工作麵“三機”選型配套方法，並未針對煤層傾角大、地質條件複雜等特殊條件，因地製宜的係統研究“三機”選型配套關鍵技術，導致選型配套不佳，嚴重製約了礦井安全高效開采。
1.大傾角“三機”選型
大傾角“三機”選型的關鍵是“三機”能適應煤層傾角大這一特殊複雜條件：
1.1 即支架能自身防倒防滑，即使出現滑到也能通過調整順利及時複位；
1.2 采煤機牽引力足、製動可靠、潤滑效果好；
1.3 刮板機的強度足以滿足采煤運行與製動的要求，況且能夠抑製煤炭自溜，使得煤炭比較均勻運輸。
2.液壓支架
大傾角液壓支架是“三機”選型的重點核心要素，其選型的關鍵在於支架應加裝防倒防滑裝置，便於實現自身的防倒防滑；合理的架型與較高的初撐力以及帶壓移架功能有利於實現支架的穩定性；支架連接耳銷等部件強度要高；安全防護係統完善；加裝抬底裝置便於軟底下的移架操作。
2.1 支架架型
大傾角工作麵液壓支架隨著工作麵傾角增大，支架重力切向分力會隨之增大，而法向分力減小。綜合03manbetx ：為實現支架自穩，大傾角工作麵中，傾角越大，支架重量需越小。在保證支護性能的前提下，應盡可能地減輕支架的重量，一般選用重量較輕的兩柱式掩護支架。
2.2 工作阻力與初撐力
大傾角液壓支架選型時，重點考慮支架的穩定性，支架的工作阻力（P=9.8N SγMcosα）應適中（以具體礦的礦壓研究結果所確定支架的工作阻力為依據），不應像淺埋近水平煤層大采高支架那樣選擇過高的工作阻力。否則，過高的工作阻力使得支架重量增大，不利於支架在斜麵的穩定控製。為保證支架的穩定性，支架初撐力提高至工作阻力的80%-90%，且配備初撐力保持閥，確保支架達到初撐力。
2.3 防倒防滑裝置
大傾角支架防倒防滑裝置是在相鄰支架頂梁下安裝防倒千斤頂，底座安裝防滑千斤頂或千斤頂一端與上鄰架底座相連，另一端通過錨鏈斜拉與支架頂梁相連接。但安裝防倒防滑千斤頂後，支架的靈活性降低，拉架時操作複雜。一般在排頭排尾3-5架支架安裝防滑防倒千斤頂，以保證排頭排尾支架的整體穩定性。
2.4 支架側護板和底調裝置
側護板采用調護並舉的雙側雙活箱型結構以提高調架力，使支架側護板緊貼並主動防滑，同時加大支架側護板千斤頂和底調千斤頂缸徑，使支架具有最大的側推力以保證支架的側向穩定性。
2.5 支架頂梁與底座
支架頂梁采用整體結構，對頂板載荷的平衡能力較強。支架連杆應具有較強的抗扭性能。底座適當加寬以提高支架的穩定性。
2.6 安全防護性能
為確保支架操作安全性，支架采用鄰家操作方式，為解決大傾角綜采麵“飛矸”傷人損物問題，支架加設液壓支架升降與開閉的“縱-橫”剛性防護係統；支架設置行人台階及扶手，並在支架底座前端頂麵焊接行人防滑條，以保障行人安全。
2.7 其它
大傾角液壓支架底座采用抬底裝置。當遇到底板鬆軟或軟岩底座下陷時，移架采用抬底裝置使支架底座前端抬起。這樣既有利於帶壓擦頂移架，保持頂板對支架的約束力，還能抑製移架時底座前端鏟起（底）浮煤；另外在支架底座前端加裝刮板輸送機防滑或上調千斤頂，可抑製刮板輸送機向下滑移或滑移後上調。耳銷需要精心縮小銷軸與銷孔間隙，提高銷孔與銷軸壁的強度，以適應大傾角條件下支架承受較大的側向力。
3.采煤機
大傾角采煤機選型的關鍵在於采煤機製動可靠、牽引力足、潤滑效果好、裝煤效率高和可遙控操作。
4.刮板輸送機
大傾角工作麵刮板輸送機宜選用全封底鑄焊結構或者整體鑄造結構，減小煤層對底板比壓降低底刮板和刮板鏈上行與底板摩擦阻力，改善刮板機的防滑性能；因工作麵煤層傾角在35°以上，煤炭可自留，大傾角刮板輸送機主要限製煤炭自溜以均勻運出，宜采用單電機驅動；同時，采用準邊雙鏈，鏈條摩擦阻力小容易更換；在刮板輸送機機尾設置排出回煤的窗口，確保能及時清理底槽回煤，防止回煤堆積影響刮板輸送機正常運行，電纜槽上部應增設可翻轉擋煤矸板或者柔性膠帶，減少割煤時煤矸湧入電纜槽，電纜槽內幫增設千斤頂控製的可升降縱向擋煤板，防止煤矸飛入行人通道。
5.大傾角“三機”配套
5.1 設備防滑配套
5.1.1 刮板輸送機與液壓支架配套技術
前部刮板輸送機采用加強型單耳與支架推移杆通過Y形連接件相連，且強度高於Y形連接件，保護單耳不被破壞，最終使液壓支架與刮板輸送機形成一個防滑係統，加強整體的防滑效果；
5.1.2 刮板輸送機與采煤機防滑配套技術
大傾角工作麵管板輸送機以支撐采煤機運行與製動為主，運煤為輔，是采煤機防滑與製動的依托。因此，大傾角工作麵刮板輸送機的銷排和銷排座應改為加強型，在刮板機下部焊接楔形板，使采煤機重心向采空區側移動，提高采煤機的穩定性，減小支撐滑靴的磨損量，采煤機的滑靴采用鍛焊結構，避免因滑靴磨損過快造成行走輪與銷排不能正常齧合，甚至導致行走輪損壞。
5.2 幾何尺寸配套
大傾角綜采工作麵的“三機”幾何關係配套的關鍵是考慮處於大傾角斜麵的刮板機、采煤機和液壓支架相互配合尺寸，保證設備運行時相互不發生幹涉，並使其配套設備的效能最大的發揮。
從安全角度考慮，端麵距T應盡可能小，以防止漏頂，特別是大傾角軟煤工作麵端麵易漏冒並沿著傾斜向上不斷蔓延，護頂難度大、安全隱患多。但是從配套方麵考慮，端麵距T應盡可能過大，以免滾筒與梁端幹涉。通常采用支架伸縮梁和可升平的護幫板來臨時封閉端麵距以平衡其既要大又要小的矛盾關係。
在配套時，立柱與支架底座絞結點到煤壁距離R中包含了端麵距，R應盡可能小，但其受設備配套限製：
R=B+E+F+G+J+V+X
式中：B——截深，mm；E——煤壁與鏟煤板之間留設的間隙，mm；F——鏟煤板寬度，mm；G——刮板機中部槽寬度，mm；J——導向槽寬度，mm；V——電纜槽寬度，mm；X——底座與立柱絞結點到電纜槽的距離，mm。
上述“三機”配套圖在實際具體配套時是嚴格依據支架與溜槽垂直，且推移步距等於截深，配套尺寸單位為mm並按照比例精確繪製，但在大傾角工作麵中，由於支架重心偏後及支架掩護梁受采空區冒落的矸石滑滾等原因，導致支架尾部下擺，上鄰支架尾部下擺，造成支架尾部擠緊，更為嚴重的是，側護板掩護梁壓在下鄰架立柱上。
支架尾部下擺直接導致立柱與底座絞結點到煤壁R、梁端距T變小，有效推移步距減小，引起采煤機滾筒與支架梁端出現幹涉。
支架尾部下擺導致支架頂梁下端向煤壁前移，移動量為：
根據長期現場觀測研究發現，大傾角綜采工作麵尾部經常下擺，綜放支架下擺更為越嚴重，導致支架頂梁梁端與煤壁不平行，推移杆與溜槽不垂直，有效推移步距減小，最終造成滾筒與梁端出現幹涉。
由於被大傾角綜采工作麵采煤機裝煤效果差，特別是沿著真傾斜布置工作麵自下向上割煤時裝煤效果最差，導致浮煤量較大，尤其是刮板輸送機頭部和工作麵凹陷段浮煤量最大，遇水泥化的浮煤在刮板輸送機與煤壁處淤積，不易清理，推溜受阻。推溜後被擠壓的浮煤寬度L導致刮板輸送機推移步距不足截深。
現場雖然采用拉線移架，僅僅是支架被拉成了一條直線，但刮板輸送機並未掛線，有時拉架時又將推出的刮板機拉回一些距離。
基於上述03manbetx ，考慮支架在斜麵因重心偏後導致支架尾部下擺，支架縱向軸線與刮板輸送機或煤壁不垂直以及浮煤量大，及拉架時又拉回少許刮板輸送機，致使有效推溜步距減小，大傾角綜采麵實際出現滾筒與支架頂梁幹涉。具體解決方法是在所繪製的“三機”幾何尺寸配套圖的基礎上，適當加長推移杆（30-50mm），增大端麵距以消除幹涉。液壓鎖雖然可以保證刮板輸送機不被拉回，但是易出現故障影響拉架推溜不被采用。
雖然可通過調整支架使得支架尾部上移，頂梁前邊平行煤壁，消除梁下端向煤壁前移量，使得滾筒不再與頂梁幹涉，但是現場調整支架極其頻繁，且難度較大，影響割煤時間。再者由於浮煤量大，導致推溜受阻，難以推溜到位，需要將浮煤人工清理後才能推溜到位，勞動強度大，特別是清煤工受飛煤矸威脅，安全隱患極大。支架推移杆加長簡單易行，但隨之帶來加長後端麵距增大，這可通過相應加大伸縮梁行程來彌補，以收到消除幹涉和安全可靠之效。
5.3 圓弧段布置“三機”選型配套
大傾角特厚煤層走向長壁綜采工作麵為了有效遏製開采設備的整體下滑和支架倒滑，提高支護係統的穩定性，采用“水平—圓弧—斜線”過渡布置方式，簡稱圓弧段布置方式。由於工作麵采用了圓弧段過渡布置方式，前部刮板輸送機的上段處於斜麵上，下段處於“圓弧—水平”麵上，采煤機由斜麵向“圓弧—水平”麵運行時，采煤機的行走滾輪與銷排未能最佳耦合；當采煤機割煤運行到工作麵的“圓弧—水平”水平段時，因適當挑頂提底以保持圓弧段的正常曲率半徑，實現采煤機的行走滾輪與銷排的良好耦合；為此需在采煤機上加裝挑頂以及切底量顯示裝置來提示采煤機司機恰當地挑頂或提底操作，還需要縱向配套尺寸檢查圖來驗證最小采高時采煤機能順利通過圓弧段。這正是大傾角綜采麵圓弧段過渡布置與大傾角直線布置工作麵“三機”配套的顯著區別。
值得注意的是，采煤機在圓弧段割煤時，采高不能低於過機高度，否則采煤機在圓弧段癟卡。
圓弧段布置方式對支架的選型也有特殊的要求。處於圓弧段支架頂梁受擠壓，支架頂梁間呈線接觸，相鄰支架底座間隙較大。因此，直線段的支架不宜適應圓弧段布置方式，圓弧段支架為窄頂梁寬底座支架以便能適應圓弧段曲率，將頂梁線接觸改為麵接觸。
目前綜采麵所使用的刮板機立麵最大彎曲3°，製約了圓弧曲率半徑下限，使得圓弧段布置適應較厚煤層。因此，適當增大刮板輸送機立麵最大彎曲度以降低圓弧曲率半徑下限，並統籌考慮采煤機與銷排的耦合，擴大圓弧段過渡布置方式適用範圍，使其能夠適應傾角更大、煤層厚度更薄的煤層。
6.結論
大傾角工作麵“三機”選型與配套主要通過適當加大推移杆長度，有效地解決大傾角綜采固有的因支架尾部下擺導致梁端距變小和架前浮煤量大所致的推溜距離不足而使得采煤機滾筒與支架梁端出現幹涉的問題；大傾角特厚煤層走向長壁綜采工作麵下部采用圓弧過渡段布置時，需要通過縱向配套尺寸圖檢驗最小采高的采煤機能否順利通過圓弧段；不僅豐富了綜采“三機”選型配套的內容，而且提升了“三機”選型配套水平。
