煤矿大倾角走向长壁综采工作面布置 “三机”选型与配套浅析
近年来，随着采矿业技术的不断革新，矿产资源开发利用日益出现紧张局势，为了满足大型化工工业用煤需求，不得不对一些煤层赋存不稳定、水文地质条件极其复杂的矿山进行开采，进而涌现出一系列大倾角走向长壁综采工作面。
然而，经过个人长期不断地探索总结和理论分析，就大倾角综采工作面“三机”选型与配套回采所存在的问题进行浅析，文中存在不足之处欢迎社会煤炭行业人士批评指正进一步讨论，
目前，大倾角走向长壁综采工作面回采过程中主要存在以下突出问题：
1.“三机”运行时所固有的支架出现倒滑；
2.采煤机上行牵阻力大且制动困难和刮板机下滑等问题；
3.工作面上端头巷道维护和管理难度大；
4.采高超过3.5米时，煤壁、架前及架间作业安全系数低；
5.支架的工作阻力越大，工作面推进时制约单产的因素较多；
6.工作面下部与机巷之间的位置关系。
为了实现煤矿大倾角综采面安全高效、平稳有序、经济合理回采，历经大批可研与技术工作者的共同努力，致使我国大倾角煤层现代化开采技术不断提高。综合机械化是难采的大倾角煤层安全高效开采的根本出路。“三机”选型与配套是否合理，直接影响整个矿井的安全生产和各项技术经济性能指标。
目前，多数矿井大倾角综采面的“三机”选型配套仍然基本沿用近水平综采工作面“三机”选型配套方法，并未针对煤层倾角大、地质条件复杂等特殊条件，因地制宜的系统研究“三机”选型配套关键技术，导致选型配套不佳，严重制约了矿井安全高效开采。
1.大倾角“三机”选型
大倾角“三机”选型的关键是“三机”能适应煤层倾角大这一特殊复杂条件：
1.1 即支架能自身防倒防滑，即使出现滑到也能通过调整顺利及时复位；
1.2 采煤机牵引力足、制动可靠、润滑效果好；
1.3 刮板机的强度足以满足采煤运行与制动的要求，况且能够抑制煤炭自溜，使得煤炭比较均匀运输。
2.液压支架
大倾角液压支架是“三机”选型的重点核心要素，其选型的关键在于支架应加装防倒防滑装置，便于实现自身的防倒防滑；合理的架型与较高的初撑力以及带压移架功能有利于实现支架的稳定性；支架连接耳销等部件强度要高；安全防护系统完善；加装抬底装置便于软底下的移架操作。
2.1 支架架型
大倾角工作面液压支架随着工作面倾角增大，支架重力切向分力会随之增大，而法向分力减小。综合分析：为实现支架自稳，大倾角工作面中，倾角越大，支架重量需越小。在保证支护性能的前提下，应尽可能地减轻支架的重量，一般选用重量较轻的两柱式掩护支架。
2.2 工作阻力与初撑力
大倾角液压支架选型时，重点考虑支架的稳定性，支架的工作阻力（P=9.8N SγMcosα）应适中（以具体矿的矿压研究结果所确定支架的工作阻力为依据），不应像浅埋近水平煤层大采高支架那样选择过高的工作阻力。否则，过高的工作阻力使得支架重量增大，不利于支架在斜面的稳定控制。为保证支架的稳定性，支架初撑力提高至工作阻力的80%-90%，且配备初撑力保持阀，确保支架达到初撑力。
2.3 防倒防滑装置
大倾角支架防倒防滑装置是在相邻支架顶梁下安装防倒千斤顶，底座安装防滑千斤顶或千斤顶一端与上邻架底座相连，另一端通过锚链斜拉与支架顶梁相连接。但安装防倒防滑千斤顶后，支架的灵活性降低，拉架时操作复杂。一般在排头排尾3-5架支架安装防滑防倒千斤顶，以保证排头排尾支架的整体稳定性。
2.4 支架侧护板和底调装置
侧护板采用调护并举的双侧双活箱型结构以提高调架力，使支架侧护板紧贴并主动防滑，同时加大支架侧护板千斤顶和底调千斤顶缸径，使支架具有最大的侧推力以保证支架的侧向稳定性。
2.5 支架顶梁与底座
支架顶梁采用整体结构，对顶板载荷的平衡能力较强。支架连杆应具有较强的抗扭性能。底座适当加宽以提高支架的稳定性。
2.6 安全防护性能
为确保支架操作安全性，支架采用邻家操作方式，为解决大倾角综采面“飞矸”伤人损物问题，支架加设液压支架升降与开闭的“纵-横”刚性防护系统；支架设置行人台阶及扶手，并在支架底座前端顶面焊接行人防滑条，以保障行人安全。
2.7 其它
大倾角液压支架底座采用抬底装置。当遇到底板松软或软岩底座下陷时，移架采用抬底装置使支架底座前端抬起。这样既有利于带压擦顶移架，保持顶板对支架的约束力，还能抑制移架时底座前端铲起（底）浮煤；另外在支架底座前端加装刮板输送机防滑或上调千斤顶，可抑制刮板输送机向下滑移或滑移后上调。耳销需要精心缩小销轴与销孔间隙，提高销孔与销轴壁的强度，以适应大倾角条件下支架承受较大的侧向力。
3.采煤机
大倾角采煤机选型的关键在于采煤机制动可靠、牵引力足、润滑效果好、装煤效率高和可遥控操作。
4.刮板输送机
大倾角工作面刮板输送机宜选用全封底铸焊结构或者整体铸造结构，减小煤层对底板比压降低底刮板和刮板链上行与底板摩擦阻力，改善刮板机的防滑性能；因工作面煤层倾角在35°以上，煤炭可自留，大倾角刮板输送机主要限制煤炭自溜以均匀运出，宜采用单电机驱动；同时，采用准边双链，链条摩擦阻力小容易更换；在刮板输送机机尾设置排出回煤的窗口，确保能及时清理底槽回煤，防止回煤堆积影响刮板输送机正常运行，电缆槽上部应增设可翻转挡煤矸板或者柔性胶带，减少割煤时煤矸涌入电缆槽，电缆槽内帮增设千斤顶控制的可升降纵向挡煤板，防止煤矸飞入行人通道。
5.大倾角“三机”配套
5.1 设备防滑配套
5.1.1 刮板输送机与液压支架配套技术
前部刮板输送机采用加强型单耳与支架推移杆通过Y形连接件相连，且强度高于Y形连接件，保护单耳不被破坏，最终使液压支架与刮板输送机形成一个防滑系统，加强整体的防滑效果；
5.1.2 刮板输送机与采煤机防滑配套技术
大倾角工作面管板输送机以支撑采煤机运行与制动为主，运煤为辅，是采煤机防滑与制动的依托。因此，大倾角工作面刮板输送机的销排和销排座应改为加强型，在刮板机下部焊接楔形板，使采煤机重心向采空区侧移动，提高采煤机的稳定性，减小支撑滑靴的磨损量，采煤机的滑靴采用锻焊结构，避免因滑靴磨损过快造成行走轮与销排不能正常啮合，甚至导致行走轮损坏。
5.2 几何尺寸配套
大倾角综采工作面的“三机”几何关系配套的关键是考虑处于大倾角斜面的刮板机、采煤机和液压支架相互配合尺寸，保证设备运行时相互不发生干涉，并使其配套设备的效能最大的发挥。
从安全角度考虑，端面距T应尽可能小，以防止漏顶，特别是大倾角软煤工作面端面易漏冒并沿着倾斜向上不断蔓延，护顶难度大、安全隐患多。但是从配套方面考虑，端面距T应尽可能过大，以免滚筒与梁端干涉。通常采用支架伸缩梁和可升平的护帮板来临时封闭端面距以平衡其既要大又要小的矛盾关系。
在配套时，立柱与支架底座绞结点到煤壁距离R中包含了端面距，R应尽可能小，但其受设备配套限制：
R=B+E+F+G+J+V+X
式中：B——截深，mm；E——煤壁与铲煤板之间留设的间隙，mm；F——铲煤板宽度，mm；G——刮板机中部槽宽度，mm；J——导向槽宽度，mm；V——电缆槽宽度，mm；X——底座与立柱绞结点到电缆槽的距离，mm。
上述“三机”配套图在实际具体配套时是严格依据支架与溜槽垂直，且推移步距等于截深，配套尺寸单位为mm并按照比例精确绘制，但在大倾角工作面中，由于支架重心偏后及支架掩护梁受采空区冒落的矸石滑滚等原因，导致支架尾部下摆，上邻支架尾部下摆，造成支架尾部挤紧，更为严重的是，侧护板掩护梁压在下邻架立柱上。
支架尾部下摆直接导致立柱与底座绞结点到煤壁R、梁端距T变小，有效推移步距减小，引起采煤机滚筒与支架梁端出现干涉。
支架尾部下摆导致支架顶梁下端向煤壁前移，移动量为：
根据长期现场观测研究发现，大倾角综采工作面尾部经常下摆，综放支架下摆更为越严重，导致支架顶梁梁端与煤壁不平行，推移杆与溜槽不垂直，有效推移步距减小，最终造成滚筒与梁端出现干涉。
由于被大倾角综采工作面采煤机装煤效果差，特别是沿着真倾斜布置工作面自下向上割煤时装煤效果最差，导致浮煤量较大，尤其是刮板输送机头部和工作面凹陷段浮煤量最大，遇水泥化的浮煤在刮板输送机与煤壁处淤积，不易清理，推溜受阻。推溜后被挤压的浮煤宽度L导致刮板输送机推移步距不足截深。
现场虽然采用拉线移架，仅仅是支架被拉成了一条直线，但刮板输送机并未挂线，有时拉架时又将推出的刮板机拉回一些距离。
基于上述分析，考虑支架在斜面因重心偏后导致支架尾部下摆，支架纵向轴线与刮板输送机或煤壁不垂直以及浮煤量大，及拉架时又拉回少许刮板输送机，致使有效推溜步距减小，大倾角综采面实际出现滚筒与支架顶梁干涉。具体解决方法是在所绘制的“三机”几何尺寸配套图的基础上，适当加长推移杆（30-50mm），增大端面距以消除干涉。液压锁虽然可以保证刮板输送机不被拉回，但是易出现故障影响拉架推溜不被采用。
虽然可通过调整支架使得支架尾部上移，顶梁前边平行煤壁，消除梁下端向煤壁前移量，使得滚筒不再与顶梁干涉，但是现场调整支架极其频繁，且难度较大，影响割煤时间。再者由于浮煤量大，导致推溜受阻，难以推溜到位，需要将浮煤人工清理后才能推溜到位，劳动强度大，特别是清煤工受飞煤矸威胁，安全隐患极大。支架推移杆加长简单易行，但随之带来加长后端面距增大，这可通过相应加大伸缩梁行程来弥补，以收到消除干涉和安全可靠之效。
5.3 圆弧段布置“三机”选型配套
大倾角特厚煤层走向长壁综采工作面为了有效遏制开采设备的整体下滑和支架倒滑，提高支护系统的稳定性，采用“水平—圆弧—斜线”过渡布置方式，简称圆弧段布置方式。由于工作面采用了圆弧段过渡布置方式，前部刮板输送机的上段处于斜面上，下段处于“圆弧—水平”面上，采煤机由斜面向“圆弧—水平”面运行时，采煤机的行走滚轮与销排未能最佳耦合；当采煤机割煤运行到工作面的“圆弧—水平”水平段时，因适当挑顶提底以保持圆弧段的正常曲率半径，实现采煤机的行走滚轮与销排的良好耦合；为此需在采煤机上加装挑顶以及切底量显示装置来提示采煤机司机恰当地挑顶或提底操作，还需要纵向配套尺寸检查图来验证最小采高时采煤机能顺利通过圆弧段。这正是大倾角综采面圆弧段过渡布置与大倾角直线布置工作面“三机”配套的显著区别。
值得注意的是，采煤机在圆弧段割煤时，采高不能低于过机高度，否则采煤机在圆弧段瘪卡。
圆弧段布置方式对支架的选型也有特殊的要求。处于圆弧段支架顶梁受挤压，支架顶梁间呈线接触，相邻支架底座间隙较大。因此，直线段的支架不宜适应圆弧段布置方式，圆弧段支架为窄顶梁宽底座支架以便能适应圆弧段曲率，将顶梁线接触改为面接触。
目前综采面所使用的刮板机立面最大弯曲3°，制约了圆弧曲率半径下限，使得圆弧段布置适应较厚煤层。因此，适当增大刮板输送机立面最大弯曲度以降低圆弧曲率半径下限，并统筹考虑采煤机与销排的耦合，扩大圆弧段过渡布置方式适用范围，使其能够适应倾角更大、煤层厚度更薄的煤层。
6.结论
大倾角工作面“三机”选型与配套主要通过适当加大推移杆长度，有效地解决大倾角综采固有的因支架尾部下摆导致梁端距变小和架前浮煤量大所致的推溜距离不足而使得采煤机滚筒与支架梁端出现干涉的问题；大倾角特厚煤层走向长壁综采工作面下部采用圆弧过渡段布置时，需要通过纵向配套尺寸图检验最小采高的采煤机能否顺利通过圆弧段；不仅丰富了综采“三机”选型配套的内容，而且提升了“三机”选型配套水平。
