滾筒位置參數(shù)及搖臂厚度對裝煤性能的影響研究

劉彬彬

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉牛公司，山西 臨汾 041079）

引言

綜采工作面生產(chǎn)能力與采煤機(jī)截割能力、支護(hù)質(zhì)量、裝煤性能等相關(guān)。采煤機(jī)裝煤性能的提升對提升工作面生產(chǎn)效率具有間接促進(jìn)作用，為保證煤礦生產(chǎn)效益具有重要意義。影響滾筒采煤機(jī)裝煤性能的因素包括有采煤機(jī)滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)、煤層條件參數(shù)以及滾筒的位置參數(shù)和搖臂的結(jié)構(gòu)。因此，針對滾筒位置參數(shù)和搖臂厚度對滾筒式采煤機(jī)裝煤性能的影響進(jìn)行研究，具體闡述如下。

1 滾筒采煤機(jī)裝煤理論研究

滾筒式采煤機(jī)的主要任務(wù)包括有截煤和裝煤，目前針對截煤方向的研究已經(jīng)很深入，而針對裝煤的研究還處于瓶頸階段，對提升滾筒采煤機(jī)的裝煤效率存在一定的限制。滾筒式采煤機(jī)包括有拋射裝煤和推擠裝煤[1]。從理論層面分析，影響滾筒式采煤機(jī)裝煤性能的主要因素除了與采煤機(jī)本身結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)外，還與直接接觸的煤層特性、滾筒工作時(shí)的動態(tài)參數(shù)相關(guān)。

其中，直接接觸的煤層特性包括有煤炭的摩擦系數(shù)、濕度、粒度大小、松散系數(shù)和孔隙性等；采煤機(jī)滾筒本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括有滾筒的直徑、葉片邊緣的直徑、葉片內(nèi)緣螺旋升角和外緣螺旋升角；滾筒工作時(shí)的動態(tài)參數(shù)包括有滾筒的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)速。具體表現(xiàn)為：煤炭的粒度越大其對應(yīng)的裝煤率越高；采煤機(jī)滾筒的直徑越大，截割深度越小其對應(yīng)的裝煤率越高；采煤機(jī)滾筒葉片的螺旋升角越小，葉片的包角越大，其對應(yīng)的裝煤率越高；在實(shí)際生產(chǎn)中需合理控制采煤機(jī)的牽引速度和滾筒的轉(zhuǎn)速使得滾筒的填充系數(shù)達(dá)到最佳，實(shí)現(xiàn)最大的裝煤率。

本文采用仿真模擬手段分別對滾筒位置參數(shù)和搖臂厚度對裝煤性能的影響機(jī)理進(jìn)行研究。

2 仿真模型的搭建

為真實(shí)反應(yīng)綜采工作面的截煤、裝煤狀態(tài)，除了本文所研究的主體采煤機(jī)和煤壁外，還為其添加液壓支架、刮板輸送機(jī)等設(shè)備，綜采工作面的生產(chǎn)情況如圖1所示：

圖1 綜采工作面生產(chǎn)示意圖

如圖1所示，采煤機(jī)在實(shí)際截割過程中所截割的原煤在螺旋葉片的作用下，一部分被拋灑至采空區(qū)，而另一部分被拋至滾筒的末端[2]。其中：被拋灑至采空區(qū)的原煤由刮板輸送機(jī)運(yùn)輸；被拋灑至滾筒末端的原煤一部分由于搖臂的阻擋被反彈回去形成浮煤或循環(huán)煤，另一部分原煤由于煤壁和刮板輸送機(jī)的中間位置存在一定的距離，被滯留在煤壁和刮板輸送機(jī)中間形成道浮煤。由此看來，滾筒的位置參數(shù)及其配套設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)對采煤機(jī)的裝煤率具有重大影響[3]。本文將對采煤機(jī)滾筒搖臂的厚度、滾筒底端與刮板輸送機(jī)中部槽的垂直距離、煤壁與刮板輸送機(jī)中部槽的水平距離三項(xiàng)參數(shù)對采煤機(jī)的裝煤率進(jìn)行研究。

所搭建的仿真模型的基本參數(shù)尺寸如下頁表1所示。

除上述基礎(chǔ)參數(shù)外，基于所搭建的模型分別對采煤機(jī)滾筒搖臂厚度為275 mm、300 mm、325 mm、350 mm；煤壁與刮板輸送機(jī)中部槽的水平距離為150 mm、200 mm、250 mm、300 mm以及煤壁與刮板輸送機(jī)中部槽垂直距離為-120 mm、-60 mm、0 mm、60 mm、120 mm、180 mm不同情況下的裝煤性能進(jìn)行仿真分析，所搭建的基礎(chǔ)仿真模型如圖2所示：

表1 仿真模型中基本參數(shù)尺寸

圖2 采煤機(jī)裝煤性能仿真模型

3 仿真結(jié)果分析

本節(jié)將分別對采煤機(jī)滾筒搖臂的厚度、滾筒底端與刮板輸送機(jī)中部槽的垂直距離、煤壁與刮板輸送機(jī)中部槽的水平距離三項(xiàng)參數(shù)對采煤機(jī)的裝煤率影響的仿真結(jié)果進(jìn)行分析。

3.1 滾筒底端與刮板輸送機(jī)中部槽的垂直距離對裝煤率的影響

滾筒底端與刮板輸送機(jī)中部槽的垂直距離分別為-120 mm、-60 mm、0 mm、60 mm、120 mm、180 mm。與此同時(shí)，模型中對應(yīng)搖臂的厚度為350 mm，煤壁與刮板輸送機(jī)中部槽的水平距離為250 mm，采煤機(jī)運(yùn)行中對應(yīng)的牽引速度為2 m/min，采煤機(jī)滾筒的旋轉(zhuǎn)速度為60 r/min，其對應(yīng)的仿真結(jié)果如表2所示：

表2 不同滾筒底端與刮板輸送機(jī)中部槽的垂直距離下的裝煤率

如表2所示，當(dāng)滾筒底端與刮板輸送機(jī)中部垂直距離的絕對值越大時(shí)其對應(yīng)煤炭的裝煤率越高[4]。在上述仿真基礎(chǔ)上，分別對滾筒轉(zhuǎn)速分別為90 r/min、120 r/min下對應(yīng)的裝煤率進(jìn)行仿真，得出，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增大對應(yīng)煤炭的裝煤率增加。

3.2 煤壁與刮板輸送機(jī)中部槽的水平距離對裝煤率的影響

煤壁與刮板輸送機(jī)中部槽的水平距離分別為150 mm、200 mm、250 mm、300 mm。與此同時(shí)，模型中對應(yīng)搖臂的厚度為350 mm，滾筒底端與刮板輸送機(jī)中部槽的垂直距離為60 mm，采煤機(jī)運(yùn)行中對應(yīng)的牽引速度為2 m/min，采煤機(jī)滾筒的旋轉(zhuǎn)速度為60 r/min，其對應(yīng)的仿真結(jié)果如表3所示：

表3 不同煤壁與刮板輸送機(jī)中部槽的水平距離下的裝煤率

如表3所示，當(dāng)滾筒底端與刮板輸送機(jī)中部水平距離增大時(shí)其對應(yīng)煤炭的裝煤率越低。因此，為提升采煤機(jī)的裝煤率應(yīng)在合理范圍內(nèi)盡可能地減小煤壁與刮板輸送機(jī)中部槽的水平距離。

3.3 搖臂厚度對裝煤率的影響

搖臂厚度分別為275 mm、300 mm、325 mm、350 mm。與此同時(shí)，模型中對應(yīng)搖煤壁與刮板輸送機(jī)中部槽的距離為260 mm，滾筒底端與刮板輸送機(jī)中部槽的垂直距離為60 mm，采煤機(jī)運(yùn)行中對應(yīng)的牽引速度為2 m/min，采煤機(jī)滾筒的旋轉(zhuǎn)速度為60 r/min，其對應(yīng)的仿真結(jié)果如表4所示：

表4 不同搖臂厚度下的采煤機(jī)裝煤率

如表4所示，隨著采煤機(jī)搖臂厚度的增加對應(yīng)采煤機(jī)的裝煤率減小[5]。在此基礎(chǔ)上，分別對滾筒轉(zhuǎn)速為90 r/min、120 r/min下對應(yīng)采煤機(jī)的裝煤率進(jìn)行仿真分析，得到同樣的結(jié)論，而且滾筒轉(zhuǎn)速越高對應(yīng)采煤機(jī)的裝煤率降低。

4 結(jié)論

1）當(dāng)滾筒底端與刮板輸送機(jī)中部垂直距離的絕對值越大時(shí)其對應(yīng)煤炭的裝煤率越高，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增大對應(yīng)煤炭的裝煤率增加。

2）當(dāng)滾筒底端與刮板輸送機(jī)中部水平距離增大時(shí)其對應(yīng)煤炭的裝煤率越低。

3）隨著采煤機(jī)搖臂厚度的增加對應(yīng)采煤機(jī)的裝煤率減小，而且滾筒轉(zhuǎn)速越高對應(yīng)采煤機(jī)的裝煤率降低。