近年來，隨著采礦業(yè)技術(shù)的不斷革新，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用日益出現(xiàn)緊張局勢，為了滿足大型化工工業(yè)用煤需求，不得不對一些煤層賦存不穩(wěn)定、水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜的礦山進(jìn)行開采，進(jìn)而涌現(xiàn)出一系列大傾角走向長壁綜采工作面。

然而，經(jīng)過個人長期不斷地探索總結(jié)和理論分析，就大傾角綜采工作面“三機(jī)”選型與配套回采所存在的問題進(jìn)行淺析，文中存在不足之處歡迎社會煤炭行業(yè)人士批評指正進(jìn)一步討論，

目前，大傾角走向長壁綜采工作面回采過程中主要存在以下突出問題：

1.“三機(jī)”運(yùn)行時所固有的支架出現(xiàn)倒滑；

2.采煤機(jī)上行牽阻力大且制動困難和刮板機(jī)下滑等問題；

3.工作面上端頭巷道維護(hù)和管理難度大；

4.采高超過3.5米時，煤壁、架前及架間作業(yè)安全系數(shù)低；

5.支架的工作阻力越大，工作面推進(jìn)時制約單產(chǎn)的因素較多；

6.工作面下部與機(jī)巷之間的位置關(guān)系。

為了實現(xiàn)煤礦大傾角綜采面安全高效、平穩(wěn)有序、經(jīng)濟(jì)合理回采，歷經(jīng)大批可研與技術(shù)工作者的共同努力，致使我國大傾角煤層現(xiàn)代化開采技術(shù)不斷提高。綜合機(jī)械化是難采的大傾角煤層安全高效開采的根本出路。“三機(jī)”選型與配套是否合理，直接影響整個礦井的安全生產(chǎn)和各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。

目前，多數(shù)礦井大傾角綜采面的“三機(jī)”選型配套仍然基本沿用近水平綜采工作面“三機(jī)”選型配套方法，并未針對煤層傾角大、地質(zhì)條件復(fù)雜等特殊條件，因地制宜的系統(tǒng)研究“三機(jī)”選型配套關(guān)鍵技術(shù)，導(dǎo)致選型配套不佳，嚴(yán)重制約了礦井安全高效開采。

1.大傾角“三機(jī)”選型

大傾角“三機(jī)”選型的關(guān)鍵是“三機(jī)”能適應(yīng)煤層傾角大這一特殊復(fù)雜條件：

1.1 即支架能自身防倒防滑，即使出現(xiàn)滑到也能通過調(diào)整順利及時復(fù)位；

1.2 采煤機(jī)牽引力足、制動可靠、潤滑效果好；

1.3 刮板機(jī)的強(qiáng)度足以滿足采煤運(yùn)行與制動的要求，況且能夠抑制煤炭自溜，使得煤炭比較均勻運(yùn)輸。

2.液壓支架

大傾角液壓支架是“三機(jī)”選型的重點核心要素，其選型的關(guān)鍵在于支架應(yīng)加裝防倒防滑裝置，便于實現(xiàn)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于實現(xiàn)支架的穩(wěn)定性；支架連接耳銷等部件強(qiáng)度要高；安全防護(hù)系統(tǒng)完善；加裝抬底裝置便于軟底下的移架操作。

2.1 支架架型

大傾角工作面液壓支架隨著工作面傾角增大，支架重力切向分力會隨之增大，而法向分力減小。綜合分析：為實現(xiàn)支架自穩(wěn)，大傾角工作面中，傾角越大，支架重量需越小。在保證支護(hù)性能的前提下，應(yīng)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(hù)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(wěn)定性，支架的工作阻力（P=9.8N SγMcosα）應(yīng)適中（以具體礦的礦壓研究結(jié)果所確定支架的工作阻力為依據(jù)），不應(yīng)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，不利于支架在斜面的穩(wěn)定控制。為保證支架的穩(wěn)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(dá)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后，支架的靈活性降低，拉架時操作復(fù)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(wěn)定性。

2.4 支架側(cè)護(hù)板和底調(diào)裝置

側(cè)護(hù)板采用調(diào)護(hù)并舉的雙側(cè)雙活箱型結(jié)構(gòu)以提高調(diào)架力，使支架側(cè)護(hù)板緊貼并主動防滑，同時加大支架側(cè)護(hù)板千斤頂和底調(diào)千斤頂缸徑，使支架具有最大的側(cè)推力以保證支架的側(cè)向穩(wěn)定性。

2.5 支架頂梁與底座

支架頂梁采用整體結(jié)構(gòu)，對頂板載荷的平衡能力較強(qiáng)。支架連桿應(yīng)具有較強(qiáng)的抗扭性能。底座適當(dāng)加寬以提高支架的穩(wěn)定性。

2.6 安全防護(hù)性能

為確保支架操作安全性，支架采用鄰家操作方式，為解決大傾角綜采面“飛矸”傷人損物問題，支架加設(shè)液壓支架升降與開閉的“縱-橫”剛性防護(hù)系統(tǒng)；支架設(shè)置行人臺階及扶手，并在支架底座前端頂面焊接行人防滑條，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(dāng)遇到底板松軟或軟巖底座下陷時，移架采用抬底裝置使支架底座前端抬起。這樣既有利于帶壓擦頂移架，保持頂板對支架的約束力，還能抑制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(jī)防滑或上調(diào)千斤頂，可抑制刮板輸送機(jī)向下滑移或滑移后上調(diào)。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(qiáng)度，以適應(yīng)大傾角條件下支架承受較大的側(cè)向力。

3.采煤機(jī)

大傾角采煤機(jī)選型的關(guān)鍵在于采煤機(jī)制動可靠、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(jī)

大傾角工作面刮板輸送機(jī)宜選用全封底鑄焊結(jié)構(gòu)或者整體鑄造結(jié)構(gòu)，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(jī)的防滑性能；因工作面煤層傾角在35°以上，煤炭可自留，大傾角刮板輸送機(jī)主要限制煤炭自溜以均勻運(yùn)出，宜采用單電機(jī)驅(qū)動；同時，采用準(zhǔn)邊雙鏈，鏈條摩擦阻力小容易更換；在刮板輸送機(jī)機(jī)尾設(shè)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(jī)正常運(yùn)行，電纜槽上部應(yīng)增設(shè)可翻轉(zhuǎn)擋煤矸板或者柔性膠帶，減少割煤時煤矸涌入電纜槽，電纜槽內(nèi)幫增設(shè)千斤頂控制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(jī)”配套

5.1 設(shè)備防滑配套

5.1.1 刮板輸送機(jī)與液壓支架配套技術(shù)

前部刮板輸送機(jī)采用加強(qiáng)型單耳與支架推移桿通過Y形連接件相連，且強(qiáng)度高于Y形連接件，保護(hù)單耳不被破壞，最終使液壓支架與刮板輸送機(jī)形成一個防滑系統(tǒng)，加強(qiáng)整體的防滑效果；

5.1.2 刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)防滑配套技術(shù)

大傾角工作面管板輸送機(jī)以支撐采煤機(jī)運(yùn)行與制動為主，運(yùn)煤為輔，是采煤機(jī)防滑與制動的依托。因此，大傾角工作面刮板輸送機(jī)的銷排和銷排座應(yīng)改為加強(qiáng)型，在刮板機(jī)下部焊接楔形板，使采煤機(jī)重心向采空區(qū)側(cè)移動，提高采煤機(jī)的穩(wěn)定性，減小支撐滑靴的磨損量，采煤機(jī)的滑靴采用鍛焊結(jié)構(gòu)，避免因滑靴磨損過快造成行走輪與銷排不能正常嚙合，甚至導(dǎo)致行走輪損壞。

5.2 幾何尺寸配套

大傾角綜采工作面的“三機(jī)”幾何關(guān)系配套的關(guān)鍵是考慮處于大傾角斜面的刮板機(jī)、采煤機(jī)和液壓支架相互配合尺寸，保證設(shè)備運(yùn)行時相互不發(fā)生干涉，并使其配套設(shè)備的效能最大的發(fā)揮。

從安全角度考慮，端面距T應(yīng)盡可能小，以防止漏頂，特別是大傾角軟煤工作面端面易漏冒并沿著傾斜向上不斷蔓延，護(hù)頂難度大、安全隱患多。但是從配套方面考慮，端面距T應(yīng)盡可能過大，以免滾筒與梁端干涉。通常采用支架伸縮梁和可升平的護(hù)幫板來臨時封閉端面距以平衡其既要大又要小的矛盾關(guān)系。

在配套時，立柱與支架底座絞結(jié)點到煤壁距離R中包含了端面距，R應(yīng)盡可能小，但其受設(shè)備配套限制：

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(shè)的間隙，mm；F——鏟煤板寬度，mm；G——刮板機(jī)中部槽寬度，mm；J——導(dǎo)向槽寬度，mm；V——電纜槽寬度，mm；X——底座與立柱絞結(jié)點到電纜槽的距離，mm。

上述“三機(jī)”配套圖在實際具體配套時是嚴(yán)格依據(jù)支架與溜槽垂直，且推移步距等于截深，配套尺寸單位為mm并按照比例精確繪制，但在大傾角工作面中，由于支架重心偏后及支架掩護(hù)梁受采空區(qū)冒落的矸石滑滾等原因，導(dǎo)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(yán)重的是，側(cè)護(hù)板掩護(hù)梁壓在下鄰架立柱上。

支架尾部下擺直接導(dǎo)致立柱與底座絞結(jié)點到煤壁R、梁端距T變小，有效推移步距減小，引起采煤機(jī)滾筒與支架梁端出現(xiàn)干涉。

支架尾部下擺導(dǎo)致支架頂梁下端向煤壁前移，移動量為：

根據(jù)長期現(xiàn)場觀測研究發(fā)現(xiàn)，大傾角綜采工作面尾部經(jīng)常下擺，綜放支架下擺更為越嚴(yán)重，導(dǎo)致支架頂梁梁端與煤壁不平行，推移桿與溜槽不垂直，有效推移步距減小，最終造成滾筒與梁端出現(xiàn)干涉。

由于被大傾角綜采工作面采煤機(jī)裝煤效果差，特別是沿著真傾斜布置工作面自下向上割煤時裝煤效果最差，導(dǎo)致浮煤量較大，尤其是刮板輸送機(jī)頭部和工作面凹陷段浮煤量最大，遇水泥化的浮煤在刮板輸送機(jī)與煤壁處淤積，不易清理，推溜受阻。推溜后被擠壓的浮煤寬度L導(dǎo)致刮板輸送機(jī)推移步距不足截深。

現(xiàn)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(jī)并未掛線，有時拉架時又將推出的刮板機(jī)拉回一些距離。

基于上述分析，考慮支架在斜面因重心偏后導(dǎo)致支架尾部下擺，支架縱向軸線與刮板輸送機(jī)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(jī)，致使有效推溜步距減小，大傾角綜采面實際出現(xiàn)滾筒與支架頂梁干涉。具體解決方法是在所繪制的“三機(jī)”幾何尺寸配套圖的基礎(chǔ)上，適當(dāng)加長推移桿（30-50mm），增大端面距以消除干涉。液壓鎖雖然可以保證刮板輸送機(jī)不被拉回，但是易出現(xiàn)故障影響拉架推溜不被采用。

雖然可通過調(diào)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干涉，但是現(xiàn)場調(diào)整支架極其頻繁，且難度較大，影響割煤時間。再者由于浮煤量大，導(dǎo)致推溜受阻，難以推溜到位，需要將浮煤人工清理后才能推溜到位，勞動強(qiáng)度大，特別是清煤工受飛煤矸威脅，安全隱患極大。支架推移桿加長簡單易行，但隨之帶來加長后端面距增大，這可通過相應(yīng)加大伸縮梁行程來彌補(bǔ)，以收到消除干涉和安全可靠之效。

5.3 圓弧段布置“三機(jī)”選型配套

大傾角特厚煤層走向長壁綜采工作面為了有效遏制開采設(shè)備的整體下滑和支架倒滑，提高支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)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。由于工作面采用了圓弧段過渡布置方式，前部刮板輸送機(jī)的上段處于斜面上，下段處于“圓弧—水平”面上，采煤機(jī)由斜面向“圓弧—水平”面運(yùn)行時，采煤機(jī)的行走滾輪與銷排未能最佳耦合；當(dāng)采煤機(jī)割煤運(yùn)行到工作面的“圓弧—水平”水平段時，因適當(dāng)挑頂提底以保持圓弧段的正常曲率半徑，實現(xiàn)采煤機(jī)的行走滾輪與銷排的良好耦合；為此需在采煤機(jī)上加裝挑頂以及切底量顯示裝置來提示采煤機(jī)司機(jī)恰當(dāng)?shù)靥繇敾蛱岬撞僮?，還需要縱向配套尺寸檢查圖來驗證最小采高時采煤機(jī)能順利通過圓弧段。這正是大傾角綜采面圓弧段過渡布置與大傾角直線布置工作面“三機(jī)”配套的顯著區(qū)別。

值得注意的是，采煤機(jī)在圓弧段割煤時，采高不能低于過機(jī)高度，否則采煤機(jī)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。處于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(yīng)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(yīng)圓弧段曲率，將頂梁線接觸改為面接觸。

目前綜采面所使用的刮板機(jī)立面最大彎曲3°，制約了圓弧曲率半徑下限，使得圓弧段布置適應(yīng)較厚煤層。因此，適當(dāng)增大刮板輸送機(jī)立面最大彎曲度以降低圓弧曲率半徑下限，并統(tǒng)籌考慮采煤機(jī)與銷排的耦合，擴(kuò)大圓弧段過渡布置方式適用范圍，使其能夠適應(yīng)傾角更大、煤層厚度更薄的煤層。

6.結(jié)論

大傾角工作面“三機(jī)”選型與配套主要通過適當(dāng)加大推移桿長度，有效地解決大傾角綜采固有的因支架尾部下擺導(dǎo)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(jī)滾筒與支架梁端出現(xiàn)干涉的問題；大傾角特厚煤層走向長壁綜采工作面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(jī)能否順利通過圓弧段；不僅豐富了綜采“三機(jī)”選型配套的內(nèi)容，而且提升了“三機(jī)”選型配套水平。