关于综采工作面溜子上窜下滑现象的分析与控制

关于综采工作面溜子上窜下滑现象的分析与控制摘要：文章通过对综采工作面溜子的受力及运动规律分析，从原理上提出了控制溜子窜动的方法，为实践运用提供了工作思路。关键词：溜子；受力分析；移动分析；上窜下滑；对策措施溜子是综采工作面重要的配套设备，由于其使用环境的复杂性，经常出现溜子沿工作面整体向下或向下的窜动，使溜子和转载机之间的搭接距离发生变化，造成拉煤不畅、拉回煤或安全出口不够等实际问题，严重影响煤矿安全生产。针对这一现象，文章进行了探讨与分析，提出了解决的办法。1溜子在生产中的运动分析1.1溜子的受力分析把工作面溜子首先抽象为一个刚性整体，不考虑支架推移对溜子的影响时，其受力情况如图1所示。沿工作面煤层倾斜方向和垂直方向建立坐标系，如图2所示，则溜子在X轴和Y轴上的合力分别为：Fx=P3+P4+P1sinα；Fy=P2+P1cosα。式中：P1为重力t（包含溜子自重、采煤机自重和溜子拉煤的重量）；P2为煤层底板对溜子的支撑力t；P3为煤层底板对溜子的摩擦力t；P4为采煤面割煤过程中对溜子的反作用力t；α为煤层倾角，°。如果溜子保持平衡，则：Fx=0，Fy=0。如果溜子沿工作面发生上窜或下滑，则Fx≠0。当Fx＞0时，溜子将整体上窜；如果Fx＜0，则溜子将整体下滑。从图2可知，P1sinα方向和X轴方向相反，其值始终为负。P4的方向随采煤机的割煤方向发生变化，当采煤机沿X轴的正方向（即上行割煤）割煤时，P4为负，反之为正。P3的方向随着溜子的滑移方向也在变化，当溜子有下滑倾向时，P3为正，反之为负。当溜子在X轴上保持平衡时，则Fx=0，即P3+P4+P1sinα＝0。因P4和P1sinα是促使溜子发生上窜或下滑的主动力，从力学原理可知，在平衡间段，P3的大小和方向随P4和P1sinα合力P合的大小和方向在发生变化，并成比例关系。即：P3＝－P合，P合＝P4+P1sinα。当P合为正时，P3为负，P合为负时，P3为正。随着P合的增大，P3也在增大，当P3＝μP1cosα时（μ为溜子与煤层底板的摩擦系数），溜子与煤层底板的摩擦力达到最大，不在增大。P3与P合的关系如图3所示。当|P合|＞|μP1cosα|时，溜子沿X轴的平衡状态被打破，溜子开始上窜或下滑。因此，要使溜子保持平衡，不发生上窜或下滑，P合的绝对值要小于|μP1cosα|。在实际工作中，为了改变P合的大小，通常采用外力干预法，即通过调整支架的推移杆与溜子之间的夹角或在工作面按一定距离安装防滑千斤等方法，在推移过程中给溜子一个向上或向下的附加干预力，从而改变P合的大小，使其绝对值小于|μP1cosα|，附加干预力的方向应和溜子滑移的方向相反。1.2溜子的推移分析溜子由刮板链、溜槽、传动装置等几部分组成，从总体结构上来看，可能将其看成由一节一节刚性溜槽组成的一个组合体，在生产中，相临的两节溜槽相互约束，在支架推移千斤的作用下完成前移。当溜子从机头向机尾（反之一样）推移时，见图4，每节溜槽在支架推移千斤的作用下向煤帮移动，当第一节溜槽移动步距达到工作面规定移动步距S时，这时溜子成单弯曲状态。由图可知：sin（β/2）=L/2R→R=L/2sin（β/2）。在△OAD中，OD2=OA2+AD2，则R2=（R-S）2+LQ12因此溜子弯曲段的长度：LQ1＝■。在△OAD，sinγ＝LQ1/R→γ＝arcsinLQ1/R，γ为弧度。则弯曲段的弧长BD＝Rγ。由此可以推出弯曲段的溜槽数：n=Rγ/L。因推移造成溜子向机尾的移动量：ΔL1=BD－LQ1=Rγ－■。式中：L为每节溜槽长度，m；S为溜子的移动步距，m；β为相临溜槽的转动角度，°；R为溜子的弯曲半径，m；LQ1为溜子弯曲段长度，m；ΔL1为单弯曲段时溜子沿工作面的滑移量，m；γ为弯曲段对应圆心角，rad。在工作实践中，L=1.5m，S＝0.6m，β＝3°。通过计算可知：R=L/2sin（β/2）＝1.5/2sin（3°/2）＝28.65m。LQ1＝■＝5.833m。γ＝arcsinLQ1/R＝0.20502rad。n1=Rγ/L＝3.916，实际应取4节溜槽。ΔL1==Rγ－■＝4.085cm。随着采煤机向前割煤，溜子不断推移，溜子开始成为双弯曲，见图5。由图可知，在△OCD中OC2=OD2+CD2→R2=（R-S/2）2+（LQ2/2）2。可得：LQ2＝■。在△OCD中sinγ2＝CD/OC=■/2R→γ2＝arcsin■/2R，γ2为弧度。则弯曲段的弧长AB＝AC+CB=2Rγ2。由此可以推出弯曲段的溜槽数：n2=2Rγ2/L推移造成溜子向机尾的移动量:ΔL2=AB－LQ2=2Rγ2－■其中：LQ2为溜子弯曲段长度；γ2为各弯曲段对应的圆心角。通过计算可知：LQ2＝■＝8.2704m。γ2＝arcsin■/2R＝0.1448rad。n2=2Rγ2/L＝5.53，实际应取6节溜槽。ΔL2=2Rγ2－■＝2.902cm从计算结果可以看出，ΔL1＞ΔL2，说明在从机头向机尾推移溜子的过程中，溜子弯曲段沿工作面方向有一个向上的滑移量，随着推移溜槽的增加其数值逐步增加，达到图6时，为最大值，滑移量为ΔL1，此时为溜子的单弯曲段。随着溜子的继续推移，溜子开始从单弯曲向双弯曲过度，完全进入双弯曲段时，溜子弯曲段沿工作面向上的滑移量为ΔL2。滑移运动曲线如图7。ΔL2是溜子在推移过程中向上的最终移动量，此滑移量随着弯曲段的上移，在溜槽的相互推压作用下上传到机尾，使溜子整体上移ΔL2。由于工作面正规循环作业为双向追机顶溜作业，当从机尾向机头方向移溜时，在不考虑其它外来因素影响的情况下，溜子又下移ΔL2，这样，溜子的上移量和下移量互相抵消，溜子达到动态平衡，溜子的整体移动曲线见图7。在控制溜子上窜下滑中，ΔL2的意思也是很大的，在实践中常采用单向顶溜等方面，人为打破溜子的滑移平衡，起到控制或改善溜子上窜下滑的作用。2防止溜子上窜下滑的对策措施主要以防止下滑为例进行说明，防止上窜，原理一样。①单向割煤法。当溜子沿工作面下滑时，采用采煤机从机尾向机头单向割煤，到机头时返空刀方式，使采煤机对溜子的反作用力沿工作面向上，来克服因自重等方面的分力，使P合变小，防止溜子下滑。②单向顶溜法。当溜子沿工作面下滑时，采用从机头向机尾单向顶溜，人为打破溜子移动的动态平衡，使溜子整体上移。为保证移动效果，在溜子机头推移成单弯曲时，就要及时锚固机头，防止因受力过大等因素影响，使上移量提前下移。③伪斜法。当溜子沿工作面下滑时，通过在机头磨三角的方式，使下机头超前上机头，工作面成伪斜状态，使溜子的实际倾斜角度变小，从而减小P合，使溜子保持平衡。当然，溜子调成伪斜时，工作面长度变长，可使溜子向工作内移动，加大溜子和转载机搭接距离，改善拉煤条件。但超前量过大，会造成支架拉斜，相互咬架，影响生产。④外力调整法。在机头或机尾加设锚固装置，沿工作一定距离在支架和溜子前安设防溜千斤，通过机头锚固和防溜千斤的推拉，控制P合大小，防治溜子下滑。⑤综合防治法。利用防治方法中的两项或多项进行溜子上窜下滑的防治，就是综合防治法。3结语防治溜子上窜下滑是一项很复杂的工作，在实际应用中，要结合工作面实际情况，合理利用其中一项或多项，并随时进行调整，方可取得较好效果。参考文献：[1]廖米和,刘广文.关于综放工作面输送机窜动的控制[J].煤矿机械,2003,(3).[2]逯贵章,高儒.矿山机械[M].太原:山西科学技术出版社,1992.“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”