1、工作面概況
章村礦1809工作面位于18采區(qū)膠帶坡西南側(cè)，地層整體為一向斜構(gòu)造，向斜軸位于工作面中部，走向近似南北。1809工作面地質(zhì)條件特殊、構(gòu)造復(fù)雜，工作面范圍內(nèi)共有大小斷層15個(gè)，最大落差達(dá)26 m，運(yùn)輸巷最大俯采角度達(dá)35。，膠帶運(yùn)輸巷最大俯采角度達(dá)420，為急俯斜開(kāi)采。特殊的地質(zhì)條件給采面的“三機(jī)”（采煤機(jī)、輸送機(jī)、液壓支架）配套及巷道設(shè)備的安裝、布置、使用帶來(lái)了很大的困難。
2、“三機(jī)”設(shè)備改造措施
實(shí)現(xiàn)大傾角急俯斜綜合機(jī)械化開(kāi)采，首先要解決“三機(jī)”配套設(shè)備和相關(guān)輔助設(shè)施在工作面的滑移問(wèn)題，加強(qiáng)現(xiàn)有綜采設(shè)備的適用性和防倒滑能力；同時(shí)，還要解決工作面內(nèi)煤炭的裝運(yùn)和由于頂板支護(hù)狀態(tài)改變帶來(lái)的頂板管理和維護(hù)等一系列問(wèn)題。因此，需要整體考慮，系統(tǒng)地對(duì)配套設(shè)備進(jìn)行改造。
2.1采煤機(jī)改造
由于急俯斜工作面地質(zhì)條件特殊，造成采煤機(jī)機(jī)體歪斜，橫向穩(wěn)定性差。采煤機(jī)在俯斜工作面工作時(shí)，機(jī)身和滾筒重力對(duì)位于運(yùn)輸機(jī)靠采空區(qū)側(cè)的導(dǎo)向裝置0點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，而滾筒在截割中的軸向阻力和滑靴反力對(duì)0點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)反轉(zhuǎn)矩；同時(shí)，機(jī)身和滾筒重力沿煤層層面的合力有使采煤機(jī)滑向煤壁的趨勢(shì)，這個(gè)力與導(dǎo)向裝置、煤壁和輸送機(jī)各部件的摩擦阻力相平衡。
根據(jù)采煤機(jī)受力狀態(tài)可知，傳統(tǒng)的采煤機(jī)無(wú)法適應(yīng)急俯斜工作面的開(kāi)采條件，必須對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行關(guān)鍵部件改進(jìn)，以滿足工作需求。①對(duì)機(jī)組的牽引部分進(jìn)行改造。將牽引的電氣系統(tǒng)由原來(lái)的滑差牽引改為交流變頻電牽引，使系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，開(kāi)機(jī)率有了較大的提高；換用功率較大的牽引電機(jī)，增加了機(jī)組的牽引力。②對(duì)機(jī)組導(dǎo)向滑靴進(jìn)行改造。經(jīng)力學(xué)性能分析，在大角度俯采過(guò)程中，機(jī)組導(dǎo)向滑靴受力明顯增大，需提高導(dǎo)向滑靴強(qiáng)度，對(duì)導(dǎo)向滑靴煤幫側(cè)附加肋板，底部和采空區(qū)側(cè)進(jìn)行加厚，兩端附加螺紋鋼，從而提高導(dǎo)向滑靴的整體強(qiáng)度和耐磨性。③對(duì)機(jī)組的平滑靴進(jìn)行了加厚，降低了平滑靴的受力程度。④將支撐板的材質(zhì)改為高強(qiáng)度耐磨板。這不僅增加了采煤機(jī)的穩(wěn)定性，也降低了其他部件的損壞程度。⑤將滾筒割煤與裝煤方式由外旋式改為內(nèi)旋式，避免了滾筒窩煤、不裝煤，減少了截割阻力，對(duì)截割電機(jī)起到了有效的保護(hù)作用。
2.2輸送機(jī)改進(jìn)
在大傾角俯采過(guò)程中，刮板輸送機(jī)受力狀態(tài)差，不穩(wěn)定，尤其在大傾角急俯采（或仰采）時(shí)，煤幫溜槽滑道受力較大，易磨損，嚴(yán)重時(shí)可將滑道磨透。外，由于大傾角俯采時(shí)裝煤效果特別差，對(duì)溜槽強(qiáng)度要求比正常使用時(shí)高。針對(duì)以上特點(diǎn)，更換了刮板輸送機(jī)機(jī)槽材質(zhì)，以增加其強(qiáng)度；采用堆焊的方式在刮板輸送機(jī)機(jī)槽滑道表面附著一層耐磨材料，增強(qiáng)其耐磨性，降低滑道磨損；增大推移耳厚度，防止推移耳變形扭曲；軌座銷軸固定方式也由原來(lái)的彈性圓柱銷固定改為擋銷固定，方便受損時(shí)拆卸更換。
2.3液壓支架改進(jìn)
1809工作面回采期間俯角分布特征如圖2所示。針對(duì)工作面俯角分布范圍，在保證位置相同、傾角一致以及煤層厚度、開(kāi)采技術(shù)等條件相同或相近的情況下，對(duì)不同俯角時(shí)的支架工作阻力進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示。
由工作面俯角與支護(hù)阻力的關(guān)系可知，在其他條件相同的情況下，工作面俯角對(duì)支護(hù)阻力有顯著影響，與支架阻力成反比，即工作面俯角增大時(shí)支架工作阻力明顯降低。尤其當(dāng)俯角達(dá)到臨界值時(shí)，俯角成為影響頂板活動(dòng)規(guī)律的主要因素，大于這一角度的回采區(qū)域支架工作阻力大幅降低。大傾角俯采推進(jìn)時(shí)，與俯角較小或者水平推進(jìn)相比，在上覆巖層中更容易形成砌體梁結(jié)構(gòu)，直接頂承載了上覆巖層的一部分重力，緩解了支架的壓力，支架支護(hù)阻力變小；同時(shí)，隨著俯角的增大，支架所受的垂直應(yīng)力減小，水平應(yīng)力增加。因此，支架的防倒、防滑管理問(wèn)題將更加突出。
為了使支架適應(yīng)大傾角急俯斜開(kāi)采的特點(diǎn)，綜合分析支架在該工作面的基本受力狀況關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對(duì)支架進(jìn)行了一些改造。①增大底調(diào)千斤頂活塞直徑，增加千斤頂?shù)捻斖屏Γ虎陧斄骸⒀谧o(hù)梁、后連桿的活動(dòng)側(cè)護(hù)板設(shè)計(jì)為分別由3片操縱閥控制，在調(diào)架過(guò)程中，既可實(shí)現(xiàn)側(cè)護(hù)板的整體動(dòng)作，又可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)操作；③在架間支架頂梁橫連千斤頂，開(kāi)切眼傾角較大處每架安裝l套斜拉防倒千斤頂，其他每5架安裝1套（圖4），防止倒架發(fā)生。
在支架的防滑措施中，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)頭機(jī)尾處的防滑工作。利用頂錨系統(tǒng)進(jìn)行防滑處理。此外，中間支架底側(cè)推千斤頂，防止工作面中間架下滑。
3、其他技術(shù)改造
在1809工作面開(kāi)采之前，章村礦積極和有關(guān)單位合作，根據(jù)1809工作面地質(zhì)條件，對(duì)急俯斜煤層開(kāi)采礦壓特征和分布規(guī)律進(jìn)行分析，并采用UDEC建模技術(shù)對(duì)采場(chǎng)圍巖進(jìn)行數(shù)值模擬，得到較為可靠的綜采工作面巖層移動(dòng)及應(yīng)力分布規(guī)律，為綜采工作面的重點(diǎn)管理提供了理論指導(dǎo)。
積極利用新工藝，確保大傾角急俯斜綜合機(jī)械化開(kāi)采的順利實(shí)踐。①由于工作面傾角、俯角較大，輸送機(jī)裝煤效果差，造成工作面輸送機(jī)推移不到位。針對(duì)該情況，對(duì)割煤速度進(jìn)行了有效控制。②為提高裝煤效果，采用“上行割煤，下行空刀裝煤”的回采新工藝。③為盡量減小工作面的俯采角度，將工作面調(diào)成偽斜，并在俯采中實(shí)行擦頂帶壓移架。④在俯采角度較大地段，為保證刮板輸送機(jī)和支架能在合理的俯斜傾角內(nèi)運(yùn)行，采用階梯形開(kāi)采方案，降低采高到合理范圍，根據(jù)每班俯采角度的大小修改刮板輸送機(jī)及支架人行道下方的人工臥底量，依靠人工臥底的方法，使刮板輸送機(jī)和支架始終在各自合理的俯斜角度下運(yùn)行，階梯形推進(jìn)確保了俯采角度能跟上煤層傾角。
4、應(yīng)用效果分析
通過(guò)改造機(jī)械設(shè)備、改進(jìn)回采工藝，在3918采區(qū)1809工作面9‘煤開(kāi)采中，章村礦真正實(shí)現(xiàn)了大傾角急俯斜綜合機(jī)械化開(kāi)采，且效果顯著：實(shí)現(xiàn)了月產(chǎn)5萬(wàn)t，多回收特殊塊段煤炭資源2. 87萬(wàn)t，減少常規(guī)情況下的工作面搬家1次，減少重新布置工作面切巷l條，延長(zhǎng)工作面服務(wù)期限3個(gè)月，增加經(jīng)濟(jì)效益667.91萬(wàn)元。
5、結(jié)語(yǔ)
綜合機(jī)械化開(kāi)采是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，要重點(diǎn)搞好輔助系統(tǒng)，特別是排水和運(yùn)輸工作，為回采工作提供良好的安全生產(chǎn)條件。大傾角急俯斜開(kāi)采面臨采煤機(jī)掉道、設(shè)備下滑傾翻、頂?shù)装蹇刂凭S護(hù)困難等諸多問(wèn)題，對(duì)“三機(jī)”配套技術(shù)重新審視，因地制宜地進(jìn)行改進(jìn)、開(kāi)發(fā)是非常必要的。
相關(guān)輸送機(jī)產(chǎn)品：
1、皮帶輸送機(jī)
2、刮板輸送機(jī)
