Moving mechanism and active control method of scraper conveyor in fully-mechanized mining face
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摘要:
为研究综采工作面刮板输送机窜动机理，综合分析进刀工艺、工作面倾角、支架推力对刮板输送机窜动的影响，理清了刮板输送机的窜动机理，界定了刮板输送机窜动的临界位置与允许窜动量，设置了窜动预警区，明晰了刮板输送机的窜动状态，并提出监测和主动控制窜动的有效方法。研究表明：两端头推进度差、工作面倾角变化、液压支架推力与刮板输送机窜动趋向关系是产生窜动的主要原因；以采煤机恰能完成端部斜切进刀与采煤工作面安全出口最小宽度（0.8 m）为临界，确定了刮板输送机窜动的临界位置；当采煤机在机头恰能完成斜切进刀时，刮板输送机机头位置为机头窜后的临界位置；当桥式转载机挡煤板距煤柱帮的距离为0.8 m时，刮板输送机机头位置为机头窜前的临界位置；当采煤机在机尾恰能完成斜切进刀时，刮板输送机机尾位置为机尾窜前的临界位置；当刮板输送机机尾距煤柱帮的距离为0.8 m时，刮板输送机机尾位置为机尾窜后的临界位置；机头（尾）在窜前临界位置与窜后临界位置之间运动的区间长度即为刮板输送机的允许窜动量；为及时预警、主动控制窜动，将允许窜动量等量划分为窜前严重区、窜前警戒区、正常区、窜后警戒区、窜后严重区5个区域；采用激光定位方法，记录激光定位点与基准标记点的水平错距，精准判定两端头所在窜动区域；根据刮板输送机机头、机尾所在的窜动区域可将窜动状态分为正常状态、单窜状态、双窜状态；针对特定的窜动状态，因地制宜提出调整进刀工艺、工作面伪斜角、支架推力等主动控制窜动的有效措施；相关成果在华阳新材料股份有限公司二矿展开应用，确定了80807工作面机头与机尾的允许窜动量分别为0.8 m与1.0 m，划分了窜动预警区域，利用激光监测精准判定了刮板输送机的窜动状态，并及时采取对应的控窜措施，取得了良好的控制效果。
Abstract:In order to study the movement mechanism of the scraper conveyor in the fully-mechanized mining face, the influence of cutting process, working face dip angle and thrust force of hydraulic support on the movement of scraper conveyor are analyzed comprehensively, the movement mechanism of scraper conveyor is clarified, the critical position and permissible movement value of the scraper conveyor are defined, the moving alert areas are set up, the movement states of scraper conveyor are clarified, ulteriorly the effective monitoring method and initiative control of scraper conveyor movement are put forward. The research shows that the propulsion difference of both ends, the change of working face dip angle, the relationship between support thrust and the scraper conveyor movement trend are the main reasons for the movement.The critical position and moving value at both ends are determined by the minimum width (0.8 m) of the safe exit of the coal mining face and the coal mining machine only just complete end oblique cutting. When the coal mining machine can just complete the oblique cutting at the head, the head position of the scraper conveyor is the critical position of rearward movement ; when the distance between the coal retaining plate of the bridge stage loader and the coal pillar is 0.8 m, the head position of the scraper conveyor is the critical position of forward movement. When the the coal mining machine can just complete the oblique cutting at the tail, the tail position of the scraper conveyor is the critical position of forward movement. When the distance between the tail of the scraper conveyor and the coal pillar is 0.8 m, the tail position of the scraper conveyor is the critical position of rearward movement. The permissible movement value of the scraper conveyor is the interval length between the critical position of rearward movement and the critical position of forward movement of scraper conveyor movement. For conducting timely warning and initiative measures to control scraper conveyor movement, permissible movement value is divided equally into five areas:serious area of foward movement, warning area of foward movement, normal area, warning area of rearward movement and serious area of rearward movement. The laser positioning method is used to record the horizontal offsets between the laser positioning point and the fiducial mark point, and the moving area of both ends is determined accurately. According to the moving areas of both ends of scraper conveyor, the moving states can be divided into normal state, single moving state and double moving state. Aiming at the specific movement state, according to local conditions, effective measures for initiative control of movement are put forward, such as adjusting cutting process, obliquity of working face, thrust direction of support and other measures. The relevant results have been applied in No.2 Coal Mine of Huayang New Material Co., Ltd., the permissible movement value of the head and tail of the 80807 working face are 0.8 m and 1.0 m respectively, and the moving alert area is divided, the moving state of scraper conveyor is accurately determined by laser monitoring, and initiative control measures are taken in time, and good control results have been achieved.
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0. 引 言
刮板输送机在采煤工作面动态推进过程中常发生前后窜动，会导致以下常见的6种隐患：①采煤机在端头不能正常斜切进刀，影响工作面正常推进；②支架跟随刮板输送机前后窜动，导致支架不能有效支护端头顶板；③发生支架挤架、歪斜等现象，严重影响工作面顶板支护质量；④输送机与转载机搭接不合理，造成卸载困难，输送机输送循环煤，使负荷增大甚至造成断链事故；⑤采用端头多进刀控制刮板输送机窜动时，造成输送机、煤壁、支架不直等；⑥工作面安全出口不通畅，不符合《煤矿安全生产标准化基本要求及评分方法（试行）》中有关安全出口基本要求。因此，控制刮板输送机的窜动对保证工作面高产高效和安全生产至关重要。
在窜动机理方面，王庄[1]、王伟[2]、程昆坡等[3]、白晓生等[4]从采煤工作面倾角、支架与刮板输送机位置关系、采斜、推移刮板输送机方向、采煤机截割方向、刮板输送机张力、采煤工作面面长变化及底板平直等影响刮板输送机窜动的因素入手，分析了刮板输送机致窜机理。
在窜动控制方法方面，从采煤工艺的角度出发，赵启安等[5]提出了调伪斜布置采用激光定位法控制窜动；赵鹏翔等[6]提出伪斜工作面长度优化方法；王震等[7]运用单体柱辅助推移刮板输送机、侧护板调节支架位态、变换刮板输送机推移方向等方法，确保了综采面的正常回采。从大倾角综采设备稳定性的角度出发，马昆等[8]建立了大倾角自动化开采过程中刮板输送机“上窜下滑”工艺管控策略数据模型及工艺控制方案；陈建国等[9]采用双俯伪斜综采技术，降低工作面煤层倾角；曲秋扬等[10]、田权[11]、伍永平等[12-15]开展了大倾角长壁综采关键技术与装备、大倾角煤层伪俯斜开采支架稳定性研究，提出了防止支架下滑和转动失稳的临界阻力与伪倾角关系。从工作面直线度控制的角度出发，沈铭华等[16]介绍了惯性导航技术的工作面自动找直技术，在开采过程中实现液压支架、刮板输送机的直线度矫正控制，增加防止刮板输送机“上窜下滑”的移架控制功能；牛剑峰[17]、王世博等[18]研究了工作面直线度控制方法，实现了工作面液压支架、刮板输送机的直线度控制；方清秋等[19]、宁耀圣[20]研究了工作面刮板输送机智慧感知关键技术，设计并研发了光纤光栅三维曲率传感器，能够满足智能工作面对直线度的检测精度要求。
前人的研究为工作面刮板输送机的窜动机理及控制做出了有益的研究[21]，在此基础上，笔者从进刀工艺、工作面倾角、支架刮板输送机相互作用原理入手，分析刮板输送机窜动的机理，界定刮板输送机的窜动临界位置与允许窜动量，确定精准监测刮板输送机窜动程度的定量指标，并提出主动控制窜动的有效方法。
1. 刮板输送机窜动机理
支架推移刮板输送机过程，其受力的独特之处在于工作面支架在推移输送机之前和完成推移输送机之后，刮板输送机所受空间力系为平衡力系，在支架推杆动态推移过程中，刮板输送机所受空间力系处于不平衡状态，在空间力系的合力作用下，改变了刮板输送机的运动状态，导致刮板输送机“上窜下滑”。刮板输送机的窜动轨迹受进刀方式、工作面倾角、支架刮板输送机相互作用等因素影响。
1.1 进刀方式
刮板输送机相邻两节溜槽上下、左右均有一定的活动量，形成刮板输送机的可弯曲性能，在推移过程中可以将其看成可变形体。理论力学的刚化公理指出变形体在某一力系作用下平衡，如将此变形体看作（刚化）为刚体，其平衡状态不会改变。因此，可以将刮板输送机成组推溜弯曲段简化为刚性直线段。
如图1所示，以综采工作面常采用的端部斜切进刀、双向割煤（往返2刀）的采煤工艺为例，采用成组推移方式，从1号液压支架到（n−1）号液压支架推杆成组推动工作溜，n号支架推杆固定，刮板输送机移动轨迹如图2所示，根据理论力学的刚化理论，将刮板输送机弯曲段${\overset{\frown} {{AC}}} $简化为直线段（刚性段）AC，1号支架推杆推动工作溜机头（尾）架的运动轨迹简化以A为圆心，线段AB（AH）为半径，与工作面煤壁相交于C的${\overset{\frown} {{BC}}} $（${\overset{\frown} {{HC}}} $），α为推移工作溜偏移角。
成组推溜段长度S为
$$ S = {l_{AB}} = {l_{AC}} = \frac{{l(2n - 1)}}{2} + (n - 1)m $$ (1) 式中：lAB、lAC为成组推溜段长度，m；l为支架宽度，m；m为架间间隙，m；n为支架数量，架。
成组推移工作溜偏移角α为
$$ \alpha = \arcsin \frac{{{h_{\text{t}}}}}{{{l_{AC}}}} = \arcsin \frac{{{h_{\text{t}}}}}{S} $$ (2) 式中：ht为机头进刀截深，m。
从C作AB的垂线CD，则刮板输送机在端部斜切进刀过程中产生的窜动位移lBD为
$$ {l_{BD}} = S(1 - \cos\; \alpha ) $$ (3) 联解式（1）—式（3）可得头部斜切进一刀刮板输送机向尾部窜动位移lBD为
$$ {l}_{BD}=\left[\frac{l(2n-1)}{2}+(n-1)m\right]\left[1-\mathrm{cos}\left(\mathrm{arcsin}\frac{{h}_{\text{t}}}{S}\right)\right] $$ (4) 式中，ht为头部进入截深，m。
同理，尾部斜切进一刀工作溜向头部窜动位移lFH为
$$ {l}_{FH}=\left[\frac{l(2n-1)}{2}+(n-1)m\right]\left[1-\mathrm{cos}\left(\mathrm{arcsin}\frac{{h}_{\text{w}}}{S}\right)\right] $$ (5) 式中：hw为尾部进刀截深，m。
则两端头窜动位移差Δl为
$$ \mathrm{\Delta } \mathit{l} \mathrm= \mathit{l} _{ \mathit{BD} } \mathrm{－} \mathit{l} _{ \mathit{FH} } $$ (6) 联合式（4）—式（6）可得：
$$ \begin{gathered} \Delta l=\left[\frac{l(2n-1)}{2}+(n-1)m\right]\times\\ \left[\mathrm{cos}\left(\mathrm{arcsin}\frac{{h}_{\text{w}}}{S}\right)-\mathrm{cos}\left(\mathrm{arcsin}\frac{{h}_{\text{t}}}{S}\right)\right]\end{gathered} $$ (7) 由式（7）可知，当hw > ht，Δl < 0，刮板输送机向机头窜动；当hw < ht，Δl > 0，刮板输送机向机尾窜动；当hw＝ht，Δl＝0，刮板输送机不窜动。
1.2 工作面伪斜布置
工作面空间位置如图3所示，工作面伪斜长度与工作面两巷进度差、工作面平距的关系为
$$ {L_2} = \sqrt {{L_1}^2 + {L^2}{\text{ + }}{H^{\text{2}}}} $$ (8) 式中：L2为工作面伪斜长度，m；L1为两巷平距，m；H为两巷实际高差，m；L为两巷进度差，m。
两巷超前角δ为
$$ \delta {\text{ = }}\arccos \left( {\frac{{\sin \;\gamma }}{{\sin \;\beta }}} \right) $$ (9) 式中：δ为工作面与倾斜方向的夹角，（°）；γ为工作面与水平面夹角，（°）；β为煤层倾角，（°）。
根据式（8）、式（9）说明工作面伪斜开采时，当工作面平距L1、两巷推进度差L一定时，煤层倾角β增大，导致H增大，则工作面伪斜长L2随之增大，这时刮板输送机可能并未窜动，但是机头、机尾却出现“窜前”“窜后”，其本质上是工作面斜长发生变化导致的。因此在实际生产过程中，必须考虑工作面回采全过程伪斜长L2的变化，适时适度超前调节两巷超前角δ，从而预防工作面因煤层倾角β变化产生的“窜动”。
1.3 支架推移刮板输送机力学作用
刮板输送机所受的空间力系可以由沿工作面走向和倾向2个平面力系合成，刮板输送机沿垂直于工作面推进方向发生窜动，因此着重分析刮板输送机垂直于推进方向的力系。采用隔离法，取一节溜槽进行受力分析，如图4所示。
图4中刮板输送机上作用有煤炭重力Gm，刮板输送机重力Gg，支架推杆对刮板输送机作用力FT沿垂直于推进方向分力为FT2，其大小和方向与支架推移杆和溜槽的相对位置有关（当支架推移方向与溜槽垂直时，支架推移杆推力FT沿垂直于工作面推进方向没有分力，当支架推移方向与溜槽不垂直时，FT沿垂直于工作面推进方向的分力FT2的方向可能向上或向下），底板对刮板输送机的支承力FN，溜槽与底板间的沿倾向方向摩擦力f（方向与煤层倾角和支架推力有关，但必定与刮板输送机运动趋向相反），刮板链上链对溜槽的摩擦力Ft1与刮板链下链对溜槽的摩擦力Ft2方向相反，ε为工作面倾角。当支架对刮板输送机无推力FT时，摩擦力f方向沿煤层倾角向上，当支架对刮板输送机有推力FT时，此时支架推力将主导刮板输送机运动趋向，因此重点分析支架推力与刮板输送机窜动的关系，对综采工作面窜动控制具有理论指导意义。
在图5a中支架推力FT与窜动趋向夹角ζ < 90°时，支架推力加剧刮板输送机窜动；在图5b中支架推力FT与窜动趋向夹角ζ = 90°时，支架推力对刮板输送机窜动无影响；在图5c中支架推力FT与窜动趋向夹角ζ > 90°时，支架推力阻碍刮板输送机窜动。
2. 刮板输送机窜动判定原理
综采工作面处于周而复始的动态推进过程，刮板输送机在支架推移作用下运动状态不断改变，因此精准判定刮板输送机的窜动程度一直是综采工作面管理的难点。本文以采煤机在两端头恰能完成斜切进刀与综采工作面安全出口达到最小宽度（800 mm）为临界，判定窜动的临界位置及窜动预警区域。
2.1 判定窜动临界位置
2.1.1 机头窜动临界位置
要实现主动控制工作面刮板输送机的窜动，必须确定工作面刮板输送机窜动的临界位置。以机头为例，如图6a所示，当工作面刮板输送机机头窜后严重，导致采煤机截割滚筒在机头刚好能够完成正常进刀时，此时刮板输送机机头的位置即为窜后临界位置。如图6b所示，当工作面刮板输送机机头窜前，导致转载机挡煤板与煤柱帮距离达到综采工作面安全出口宽度的临界值（即i1 = 800 mm），此时刮板输送机机头位置即为窜前临界位置。
2.1.2 机尾窜动临界位置
机尾窜动临界位置的确定原理上同机头相同，不同就在于机尾不搭接桥式转载机。机尾窜动临界位置如图7所示。
2.2 确定允许窜动量
2.2.1 机头允许窜动量
计算如图6a所示，机头在窜后临界位置时，机头距巷道轮廓线的距离为
$$ {s_{\text{1}}} = d + c - e\cos \;\eta $$ (10) 式中：s1为机头窜后临界时机头架卸载口外沿距巷道轮廓线的水平垂距，m；d为机头架长度，m；c为采煤机在过渡槽上销轨末端停止牵引时，过渡槽上剩余长度，m；e为摇臂长度，m；η为摇臂升角，（°）。
同理如图6b所示，机头在窜前临界位置时，机头距巷道轮廓线的距离为
$$ {s_{\text{2}}} = a - {{g}} - t - {i_{\text{1}}} $$ (11) 式中：s2为机头窜前临界时机头架卸载口外沿距巷道轮廓线的水平垂距，m；a为进风巷净宽，m；g为机头架距挡煤板距离，为保证运煤通畅，不应小于0.5 m；t为转载机挡煤板宽度，m；i1为转载机挡煤板至煤帮距离，取0.8 m。
刮板输送机机头的允许窜动量为
$$ \Delta {s_{\text{1}}} = {s_{\text{2}}} - {s_{\text{1}}} $$ (12) 式中：Δs1为刮板输送机机头允许窜动量，m。
联解式（10）—式（12）可得
$$ \Delta {s_{\text{1}}} = a - {{g}} - t - {i_{\text{1}}} - d - c + e\cos\; \eta $$ (13) 2.2.2 机尾允许窜动量
图7a中，机尾在窜前临界位置时，机尾距巷道轮廓线的水平距离为
$$ {s_{\text{3}}} = {d^\prime } - e\cos \;\eta $$ (14) 式中：s3为机尾窜前临界时，机尾架距巷道轮廓线的水平距离，m；$d^\prime $为机尾架长度，m。
同理如图7b所示，机尾在窜后临界位置时，机尾距巷道轮廓线的距离为
$$ {s_{\text{4}}} = {a^\prime } - {i_{\text{2}}} $$ (15) 式中：s4为窜后临界时机尾距巷道轮廓线的水平距离；a'为回风巷净宽，m；i2为机尾架距煤柱帮距离，不应小于0.8 m。
刮板输送机机尾的允许窜动量为
$$ \Delta {s_{\text{2}}} = {s_{\text{4}}} - {s_{\text{3}}} $$ (16) 式中：Δs2为刮板输送机机尾允许窜动量，m。
联解式（14）—式（16）可得
$$ \Delta {s_{\text{2}}} = {a^\prime } - {i_{\text{2}}} - {d^\prime } + e\cos \;\eta $$ (17) 2.3 确定窜动预警区
为提前预警、主动控制刮板输送机窜动，将2.2节确定的允许窜动量Δs1、Δs2等量划分为窜后严重区、窜后警戒区、正常区、窜前警戒区和窜前严重区5个区域，并设计表1所示的窜动预警区域。
表 1 刮板输送机窜动预警区域划分Table 1. Division of scraper conveyor movement warning aream 窜动区域 机头窜动区间 机尾窜动区间 窜后严重 （−Δs1/2，−3Δs1/10] （−Δs2/2，−3Δs2/10] 窜后警戒 （−3Δs1/10，−Δs1/10] （−3Δs2/10，−Δs2/10] 正常 （−Δs1/10，Δs1/10] （−Δs2/10，Δs2/10] 窜前警戒 （Δs1/10，3Δs1/10] （Δs2/10，3Δs2/10] 窜前严重 （3Δs1/10，Δs1/2] （3Δs2/10，Δs2/2] 3. 窜动监测与控制方法
3.1 窜动监测方法
确定了窜动预警区，也就找到了监测刮板输送机窜动的量化指标。以监测刮板输送机机头为例，根据2.1、2.3节确定的工作面刮板输送机窜动临界位置及窜动区间，刮板输送机机头架在距工作面帮（s1+s2）/2时处于窜动正常区域，在刮板输送机机头架做标记，即为基准标记点，此时激光对准基准标记点，即为窜动的初始位置，在工作面推进工程中，记录基准标记点偏离激光定位点的水平错距，就能判定刮板输送机的窜动程度，机头窜动监测激光布置方法如图8所示。刮板输送机机尾监测方法与机头相同。
机头窜动监测方法如图9所示。激光定位点指示窜动区域，基准指标点指示窜动量。图9a中机头处于窜动正常区，红色的激光定位点定位在正常区域，基准标记点读数在（−Δs1/10，Δs1/10]范围；图9b中激光定位点指示机头处于窜前警戒区，基准标记点读数在（Δs1/10，3Δs1/10]范围；图9c中激光定位点指示机头处于窜前严重区，基准标记点读数在（3Δs1/10，Δs1/2]范围；图9d中激光定位点指示机头处于窜后警戒区，基准标记点读数在（−3Δs1/10，−Δs1/10]范围；图9e中激光定位点指示机头处于窜后严重区，基准标记点读数在（−Δs1/2，−3Δs1/10]范围。
3.2 窜动状态分类及控制方法
根据工作面的刮板输送机机头、机尾所处的相对位置，可将刮板输送机的窜动状态分为3类：正常状态、单窜状态和双窜状态。根据前述刮板输送机窜动机理及监测技术，对症施策，才能有效地将刮板输送机窜动控制在合理区域，保证工作面稳定有序生产，具体分类及控制方法见表2。
表 2 刮板输送机窜动状态分类及控制方法Table 2. Analysis of scraper conveyor moving state classification and control method分类 状态描述 机头位置 机尾位置 控制方法 正常状态 头尾正常 正常区 正常区 正常推进，保证进刀截深，控制Δl=0 单窜状态 一端窜入工作面，一端正常 正常区 窜前区 ①窜入端少进刀或不进刀，正常端正常进刀；②利用支架调架千斤调整支架推力方向，并且支架单向推移输送机，使FT2与窜动趋向相反 窜后区 正常区 一端窜出工作面，一端正常 窜前区 正常区 ①窜出端多进刀，正常端正常进刀；②利用支架调架千斤调整支架推力方向，并且支架单向推移输送机，使FT2与窜动趋向相反 正常区 窜后区 双窜状态 同向双窜 窜前区 窜前区 ①同向窜动，则刮板输送机整体窜向进风巷或回风巷，表现为一端窜出工作面、一端窜入工作面，则窜出端多进刀，窜入端少进刀或不进刀；②利用支架调架千斤调整支架推力，支架单向推移输送机，使FT2与窜动趋向相反 窜后区 窜后区 异向双窜 窜前区 窜后区 机头、机尾同时窜出工作面，工作面斜长变短时发生这种情况，可以调整两端头进刀数，加长工作面伪斜长L2，适时适度超前调节两巷超前角δ 窜后区 窜前区 机头、机尾同时窜入工作面，需要进行如下判定：①如果工作面因倾角β增大导致伪斜长L2增大，则准备机头、机尾安装支架、溜槽，增加设备长度，适应工作面斜长变长；②工作面因弯曲度增大，导致窜动，调整进刀工艺，将工作面煤壁割直，减小工作面倾斜长度 4. 现场实践
4.1 生产地质条件及设备状况
80807工作面埋深320～480 m，倾向长182.5 m，走向长885 m，采高3.5 m，进风巷净宽4.6 m，回风巷净宽4.4 m，进风巷标高低于回风巷，两巷高差25～38 m，采用走向长壁后退式综合机械化采煤方法。该工作面共安液压支架126架，型号为ZY6400/17/31D，工作阻力为
6400 kN，支护宽度1.42～1.59 m。刮板输送机为SGZ1000-1400型刮板输送机，采煤机为MG400/930交流电牵引采煤机。选用YBJ-500C/800隔爆型激光指向仪定位。4.2 确定窜动临界位置及允许窜动量
根据2.1、2.2节内容及80807工作面设备尺寸和巷道尺寸（表3），可确定80807工作面机头、机尾窜动临界位置及允许窜动量，见表4。
表 3 设备及巷道尺寸参数Table 3. Size parameter of equipment and roadway参数 数值 参数 数值 a 4.6 m e 2.4 m a′ 4.2 m g 0.5 m c 1.9 m t 0.1 m d 2.9 m i1、i2 0.8 m d′ 5.0 m η 10° 表 4 刮板输送机窜动临界位置及允许窜动量Table 4. Movement critical position and permissible movement value of scraper conveyorm 机头 数值 机尾 数值 s1 2.4 s3 2.6 s2 3.2 s4 3.6 Δs1 0.8 Δs2 1.0 4.3 确定窜动预警区
根据2.2节、2.3节内容，可确定80807工作面机头、机尾窜动预警区域，见表5。
表 5 80807工作面刮板输送机窜动区域划分Table 5. Division of scraper conveyor moving area in 80807 working facem 窜动区域 机头窜动区间 机尾窜动区间 窜后严重 （−0.40，−0.24] （−0.50，−0.30] 窜后警戒 （−0.24，−0.08] （−0.30，−0.10] 正 常 （−0.08，0.08] （−0.10，0.10] 窜前警戒 （0.08，0.24] （0.10，0.30] 窜前严重 （0.24，0.40] （0.30，0.50] 4.4 窜动监测
在80807工作面推进过程中，采用激光定位方法即时监测刮板输送机窜动状态，80807综采工作面窜动监测控制数据见表6。工作面推进前50 m范围，机头、机尾激光定位均指示正常区范围，机头、机尾正常进刀；当工作面推进到60 m时，机头基准点坐标为+0.09 m，激光定位点指示窜前警戒区，机尾基准点坐标为−0.05 m，激光定位点指示窜前警戒区指示正常区，判定此时为机头单窜状态，并且工作面高差H从30.2 m变为26.0 m，高差变化4.2 m，此时采用头三（刀）尾二（刀）的进刀方式进行斜采微调；工作面进风巷推进到70 m，回风巷推进到65 m时，机头基准点坐标为+0.14 m，激光定位点指示窜前警戒区，机头累计向前窜动了0.14 m，机尾基准点坐标为−0.04 m，激光定位点指示正常区，判定此时为机头单窜状态，采取头三尾二进刀配合调整支架推力，从进风侧向回风侧推移输送机；工作面进风推进到80 m，回风推进到72 m时，机头基准点坐标为+0.20 m，机头累计向前窜动了0.20 m，激光定位点指示窜前警戒区，机尾基准点坐标为−0.01 m，机尾指示正常区，判定此时为机头单窜状态，但是对比窜动数据发现，虽然机头单窜状态，但是刮板输送机整体向进风窜动，此时在采取调整支架推力，从进风巷侧向回风巷侧单向推移输送机的基础上，进刀工艺改为机头进3刀机尾不进刀，相当于加大了调窜的力度；工作面进风巷推进到90 m，回风巷推进到72 m时，机头基准点坐标为+0.12 m，激光定位点指示窜前警戒区，机头累计向前窜动了0.12 m，机尾基准点坐标为−0.01 m，机尾激光定位点指示正常区，判定此时为机头单窜状态，加大调窜力度后，机头窜前累计量明显减小，为防止调窜过度，适当减小调窜力度，机头、机尾开始正常进刀，从进风侧向回风侧推移输送机；工作面进风巷推进到100 m，回风巷推进到82 m时，机头基准点坐标为+0.08 m，激光定位点指示正常区，机尾基准点坐标为−0.03 m，激光定位点指示正常区，判定此时为正常状态，工作面进风巷进度超前回风巷18 m，两巷高差20.3 m，工作面伪斜长度为182.7 m，与初采工作面伪斜长度182.5 m相近，说明调斜技术参数合理，设备窜动情况正常，调窜卓有成效。
表 6 80807综采工作面刮板输送机窜动监测数据Table 6. Scraper conveyor moving monitoring data of 80807 fully mechanized working face进风巷
推进度/m回风巷
推进度/mL/m H/m L1/m L2/m β/（°） γ/（°） δ/（°） 机头基准点
坐标/m机头
状态机尾基准点
坐标/m机尾
状态窜动
状态控窜方法 0 0 0 30.2 180 182.5 9.5 9.5 0 0 正常 0 正常 正常 正常推进 10 10 0 28.4 180 182.2 9.0 9.0 0 +0.05 正常 −0.08 正常 正常 正常推进 20 20 0 29.3 180 182.4 9.2 9.2 0.6 +0.04 正常 −0.04 正常 正常 正常推进 30 30 0 32.5 180 182.9 10.0 10.0 0 +0.02 正常 −0.04 正常 正常 正常推进 40 40 0 34.3 180 183.2 10.6 10.6 0 +0.04 正常 −0.06 正常 正常 正常推进 50 50 0 28.0 180 182.1 8.8 8.8 0 +0.06 正常 −0.06 正常 正常 正常推进 60 60 0 26.0 180 181.9 8.2 8.2 0 +0.09 窜前警戒 −0.05 正常 单窜 机头多进刀，机尾正常进刀，
采用头三尾二进刀方式70 65 5 25.4 180 181.9 8.0 7.9 1.6 +0.14 窜前警戒 −0.04 正常 正常 机头进3刀，机尾2刀，调整支架推力，
从进风侧向回风侧推移刮板输送机80 72 ８ 20.5 180 181.3 6.5 6.4 2.5 +0.20 窜前警戒 −0.01 正常 单窜 机头进3刀，机尾不进刀，调整支架推力，
从进风侧向回风侧推移刮板输送机90 72 18 20.3 180 182.7 6.4 6.4 5.7 +0.12 窜前警戒 −0.01 正常 单窜 机头正常进刀，从进风侧向回风侧推移
刮板输送机，机尾开始正常进刀100 82 18 20.3 180 182.7 6.4 6.4 5.7 +0.08 正常 −0.03 正常 正常 正常推进 5. 结 论
1）工作面端部斜切进刀过程中产生的推进度差、工作面倾角变化、支架推力与刮板输送机窜动趋向关系是刮板输送机产生窜动的主要原因。适时调整头尾推进度差、超前工作面伪斜布置、调整支架推力与刮板输送机窜动趋向是控制窜动的主要方法。
2）刮板输送机的允许窜动量由采掘设备尺寸和巷道尺寸决定，以采煤机在两端头恰好完成进刀和工 作面行人安全出口不小于0.8 m为临界，确定了刮板输送机机头（尾）窜前、窜后的临界位置和允许窜动量。为提前预防、主动控制刮板输送机窜动，将允许窜动量分为窜前严重区、窜前警戒区、正常区、窜后警戒区、窜后严重区，同时结合机头、机尾所处的窜动区域，将刮板输送机整体窜动状态分为正常状态、单窜状态和双窜状态，为对症制窜提供了理论依据。
3）利用激光定位的方法监测刮板输送机窜动。刮板输送机处在正常区域时，在机头、尾标记基准定位点，将激光点定位到基准标记点，在工作面推进工程中，监测基准标记点与激光定位点的水平错距，与窜动区间进行比对，即可快速判断刮板输送机的窜动状态。
4）在80807工作面进行刮板输送机窜动监测与控制试验，采集采掘设备参数、巷道尺寸，确定了刮板输送机机头、机尾的窜动量分别为0.8、1.0 m，确定了确定了窜动区域与窜动区间，并利用激光定位监测的方法，精准、即时完成了刮板输送机窜动状态的判定，并提前采取控窜措施，保证了综采工作面安全高效生产。
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表 1 刮板输送机窜动预警区域划分
Table 1 Division of scraper conveyor movement warning area
m 窜动区域 机头窜动区间 机尾窜动区间 窜后严重 （−Δs1/2，−3Δs1/10] （−Δs2/2，−3Δs2/10] 窜后警戒 （−3Δs1/10，−Δs1/10] （−3Δs2/10，−Δs2/10] 正常 （−Δs1/10，Δs1/10] （−Δs2/10，Δs2/10] 窜前警戒 （Δs1/10，3Δs1/10] （Δs2/10，3Δs2/10] 窜前严重 （3Δs1/10，Δs1/2] （3Δs2/10，Δs2/2] 
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表 2 刮板输送机窜动状态分类及控制方法
Table 2 Analysis of scraper conveyor moving state classification and control method
分类 状态描述 机头位置 机尾位置 控制方法 正常状态 头尾正常 正常区 正常区 正常推进，保证进刀截深，控制Δl=0 单窜状态 一端窜入工作面，一端正常 正常区 窜前区 ①窜入端少进刀或不进刀，正常端正常进刀；②利用支架调架千斤调整支架推力方向，并且支架单向推移输送机，使FT2与窜动趋向相反 窜后区 正常区 一端窜出工作面，一端正常 窜前区 正常区 ①窜出端多进刀，正常端正常进刀；②利用支架调架千斤调整支架推力方向，并且支架单向推移输送机，使FT2与窜动趋向相反 正常区 窜后区 双窜状态 同向双窜 窜前区 窜前区 ①同向窜动，则刮板输送机整体窜向进风巷或回风巷，表现为一端窜出工作面、一端窜入工作面，则窜出端多进刀，窜入端少进刀或不进刀；②利用支架调架千斤调整支架推力，支架单向推移输送机，使FT2与窜动趋向相反 窜后区 窜后区 异向双窜 窜前区 窜后区 机头、机尾同时窜出工作面，工作面斜长变短时发生这种情况，可以调整两端头进刀数，加长工作面伪斜长L2，适时适度超前调节两巷超前角δ 窜后区 窜前区 机头、机尾同时窜入工作面，需要进行如下判定：①如果工作面因倾角β增大导致伪斜长L2增大，则准备机头、机尾安装支架、溜槽，增加设备长度，适应工作面斜长变长；②工作面因弯曲度增大，导致窜动，调整进刀工艺，将工作面煤壁割直，减小工作面倾斜长度
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表 3 设备及巷道尺寸参数
Table 3 Size parameter of equipment and roadway
参数 数值 参数 数值 a 4.6 m e 2.4 m a′ 4.2 m g 0.5 m c 1.9 m t 0.1 m d 2.9 m i1、i2 0.8 m d′ 5.0 m η 10°
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表 4 刮板输送机窜动临界位置及允许窜动量
Table 4 Movement critical position and permissible movement value of scraper conveyor
m 机头 数值 机尾 数值 s1 2.4 s3 2.6 s2 3.2 s4 3.6 Δs1 0.8 Δs2 1.0
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表 5 80807工作面刮板输送机窜动区域划分
Table 5 Division of scraper conveyor moving area in 80807 working face
m 窜动区域 机头窜动区间 机尾窜动区间 窜后严重 （−0.40，−0.24] （−0.50，−0.30] 窜后警戒 （−0.24，−0.08] （−0.30，−0.10] 正 常 （−0.08，0.08] （−0.10，0.10] 窜前警戒 （0.08，0.24] （0.10，0.30] 窜前严重 （0.24，0.40] （0.30，0.50]
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表 6 80807综采工作面刮板输送机窜动监测数据
Table 6 Scraper conveyor moving monitoring data of 80807 fully mechanized working face
进风巷
推进度/m回风巷
推进度/mL/m H/m L1/m L2/m β/（°） γ/（°） δ/（°） 机头基准点
坐标/m机头
状态机尾基准点
坐标/m机尾
状态窜动
状态控窜方法 0 0 0 30.2 180 182.5 9.5 9.5 0 0 正常 0 正常 正常 正常推进 10 10 0 28.4 180 182.2 9.0 9.0 0 +0.05 正常 −0.08 正常 正常 正常推进 20 20 0 29.3 180 182.4 9.2 9.2 0.6 +0.04 正常 −0.04 正常 正常 正常推进 30 30 0 32.5 180 182.9 10.0 10.0 0 +0.02 正常 −0.04 正常 正常 正常推进 40 40 0 34.3 180 183.2 10.6 10.6 0 +0.04 正常 −0.06 正常 正常 正常推进 50 50 0 28.0 180 182.1 8.8 8.8 0 +0.06 正常 −0.06 正常 正常 正常推进 60 60 0 26.0 180 181.9 8.2 8.2 0 +0.09 窜前警戒 −0.05 正常 单窜 机头多进刀，机尾正常进刀，
采用头三尾二进刀方式70 65 5 25.4 180 181.9 8.0 7.9 1.6 +0.14 窜前警戒 −0.04 正常 正常 机头进3刀，机尾2刀，调整支架推力，
从进风侧向回风侧推移刮板输送机80 72 ８ 20.5 180 181.3 6.5 6.4 2.5 +0.20 窜前警戒 −0.01 正常 单窜 机头进3刀，机尾不进刀，调整支架推力，
从进风侧向回风侧推移刮板输送机90 72 18 20.3 180 182.7 6.4 6.4 5.7 +0.12 窜前警戒 −0.01 正常 单窜 机头正常进刀，从进风侧向回风侧推移
刮板输送机，机尾开始正常进刀100 82 18 20.3 180 182.7 6.4 6.4 5.7 +0.08 正常 −0.03 正常 正常 正常推进
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