綜采面采煤機(jī)效率影響因素及改進(jìn)措施分析

趙向榮

（山西高平科興牛山煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

引言

采煤機(jī)的作用是對煤壁進(jìn)行截割，并將截割下的煤體向刮板輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)送，在實(shí)際生產(chǎn)過程中就要保證采煤機(jī)螺旋滾筒的裝煤能力大于剝落煤體的能力，確保不會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。因此，為了提升綜采面采煤機(jī)的開采效率，應(yīng)合理設(shè)計(jì)采煤機(jī)滾筒的直徑以及滾筒葉片傾角，確保截割下的煤體能夠落入刮板輸送機(jī)中。直徑較大的滾筒，其落煤能力較大，堵塞現(xiàn)象不明顯，但滾筒直徑較小時(shí)，由于其落煤時(shí)速度較低，且煤體賦存空間也較小，堵塞現(xiàn)象也就較為嚴(yán)重。

1 工程實(shí)際

山西某煤礦3102 工作面采用綜合機(jī)械化采煤法對煤炭資源進(jìn)行開采，其工作面平均煤厚3.8 m，工作面傾角2°～8°，頂?shù)装鍘r性中等穩(wěn)定，采用一次采全厚工藝。初步設(shè)計(jì)采用KSW-1500EU/3300V 型號(hào)電牽引采煤機(jī)對煤炭資源進(jìn)行開采，如圖1 所示。在實(shí)際生產(chǎn)過程中效果并不理想，現(xiàn)對采煤機(jī)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，以提高煤炭資源的開采效率，采煤機(jī)具體參數(shù)見表1。

表1 電牽引采煤機(jī)參數(shù)

圖1 KSW-1500EU/3300V 電牽引采煤機(jī)

2 采煤機(jī)割煤效率影響因素

2.1 滾筒以及筒體直徑

綜采工作面采煤機(jī)滾筒直徑的選擇對采煤機(jī)割煤效率有著直接的影響，直徑大的滾筒，其割煤效果較好。但當(dāng)采煤機(jī)滾筒直徑大于一定范圍時(shí)，由于體積過大，需更大的采煤機(jī)電機(jī)功率進(jìn)行帶動(dòng)，造成的能耗也就越大。大直徑下采煤機(jī)滾筒進(jìn)行煤壁截割時(shí)煤體的塊狀度也明顯降低，塊度低的煤價(jià)出售價(jià)格要低于大塊度煤體，這對煤炭的經(jīng)濟(jì)效益造成了嚴(yán)重的影響。同時(shí)，當(dāng)滾筒直徑大小固定時(shí)，采煤機(jī)簡體的直徑越大，葉片的高度也就越小。這造成的影響就是煤體截割時(shí)的葉片賦存空間會(huì)很小，造成煤體的堵塞現(xiàn)象，對采煤機(jī)滾筒的割煤效率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，甚至阻礙采煤機(jī)滾筒正常的煤壁截割作業(yè)[1]。

2.2 滾筒螺旋葉片的傾角

采煤機(jī)滾筒葉片的螺旋傾角指的是其螺旋線的切線與軸上的軸心夾成的角度，計(jì)算公式如下：

式中：a 為采煤機(jī)滾筒葉片的螺旋傾角；H 為螺旋導(dǎo)程；D 為滾筒葉片的直徑；s 為滾筒上的葉片數(shù)量；R為兩葉片間的螺距。

采煤機(jī)滾筒葉片在進(jìn)行煤壁截割過程中的作業(yè)實(shí)質(zhì)是通過滾筒葉片將破碎的煤塊推入刮板輸送機(jī)中，煤塊賦存在滾筒葉片當(dāng)中，在滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，葉片會(huì)帶動(dòng)煤塊向刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，其葉片轉(zhuǎn)動(dòng)速度v的大小為：

式中：u 為采煤機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

由式（2）可以看出，采煤機(jī)滾筒的導(dǎo)程越大，運(yùn)煤速度也就越快。因此可以得出結(jié)論，采煤機(jī)滾筒葉片的傾角增大時(shí)，對煤體的排出速度越快，裝煤效果也就更好；傾角變小時(shí)，對煤體排出的速度就越小，而且會(huì)造成滾筒葉片的堵塞。同樣在傾角過大時(shí)，由于對煤體拋出的力較大，很容易拋出到滾筒的另一側(cè)而不是落到刮板輸送機(jī)上，裝煤效果會(huì)大大降低。合理制定葉片傾角能夠顯著提升采煤機(jī)滾筒截割煤壁效率以及裝煤效率，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)測試，葉片傾角定在8°～28°時(shí)裝煤效果較高[2]。在對采煤機(jī)滾筒葉片的傾角進(jìn)行調(diào)高設(shè)計(jì)的同時(shí)，裝煤效果會(huì)同步得到提高，但由于增大螺旋傾角的過程中煤壁的截割效果也在增加，因此產(chǎn)出的煤體總量也在增加，并沒有提高采煤工作面的滾筒裝煤效率。若持續(xù)增加采煤機(jī)滾筒的葉片傾角，則滾筒葉片的裝煤效率反而會(huì)開始下降，這不但會(huì)對生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響，還會(huì)增加煤體在滾筒葉片中堵塞的現(xiàn)象。因此合理設(shè)計(jì)滾筒葉片的傾角，確保傾角設(shè)計(jì)能保證裝煤效率達(dá)到最大值的同時(shí)，采煤機(jī)對工作面煤壁的截割效果也會(huì)達(dá)到最優(yōu)，從而達(dá)到增加采煤機(jī)開采效率的目的。另外葉片的導(dǎo)程對裝煤效率的提高也很有幫助，從上式可以看出，逐漸增大螺旋導(dǎo)程，滾筒裝煤速度會(huì)有所提高。但導(dǎo)程變化會(huì)增大對葉片的設(shè)計(jì)難度，僅適用于小直徑的滾筒，在本文不做考慮，可以確定當(dāng)采煤機(jī)滾筒直徑較大時(shí)，其葉片的螺旋導(dǎo)程可以保持不變[3]。

2.3 滾筒葉片的數(shù)量

采煤機(jī)滾筒的導(dǎo)程是螺旋線旋轉(zhuǎn)一周的軸向距離，要確保滾筒旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，葉片將煤推出的距離記為C，滾筒葉片的導(dǎo)程要大于這個(gè)距離，即H＞C，而葉片的數(shù)量要大于兩者的比值，即保證葉片的數(shù)量b≥H/C，這樣在采煤機(jī)滾筒旋轉(zhuǎn)一周時(shí)才能確保每一部分都有葉片的分布，否則將無法順利進(jìn)行煤體裝運(yùn)。

2.4 滾筒的轉(zhuǎn)向

此處的采煤機(jī)一般指綜采面雙滾筒采煤機(jī)，為保證采煤機(jī)滾筒截割時(shí)的截割阻力得到合理釋放，一般采煤機(jī)滾筒的兩個(gè)轉(zhuǎn)向是相反的。滾筒的轉(zhuǎn)向一般有正向反向兩種方式，當(dāng)反向截割時(shí)，前滾筒進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)會(huì)減少煤塵排除，崩落出的碎煤也比較少，可保證工作面的工人安全作業(yè)。采用正向截割時(shí)，前滾筒產(chǎn)生的煤塵大且容易將碎塊煤體拋出，工作環(huán)境較為惡劣。一般來說反向截割作業(yè)適用于中厚煤層煤壁截割作業(yè)，而薄煤層開采一般使用正向截割，好處是在薄煤層中采煤機(jī)滾筒的直徑以及裝煤口的尺寸會(huì)受到限制，正向截割可提高采煤機(jī)裝煤效率。

3 改進(jìn)措施

從采煤機(jī)滾筒葉片傾角以及采煤機(jī)截割工藝對采煤機(jī)開采效率進(jìn)行改進(jìn)處理，主要包括以下兩個(gè)方面：

1）采煤機(jī)作業(yè)過程中牽引速度提高會(huì)帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)速度同步增加，提高裝煤效果，但同時(shí)會(huì)增加對煤壁的截割量，煤體的總量也會(huì)增加，因此裝煤效率仍不能得到改善。通過設(shè)計(jì)合理的葉片傾角可減緩這種現(xiàn)象的發(fā)生，在保持采煤機(jī)牽引速度不變的情況下，提升葉片傾角大小，保持其軸向速度提高到最大值，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為27°。此時(shí)若再增大葉片角度，軸向速度將開始降低。因此這個(gè)角度將對增大裝煤效率起到關(guān)鍵作用，同時(shí)對截割煤體的效果也不會(huì)產(chǎn)生較大影響。

2）對采煤機(jī)滾筒直徑的選取應(yīng)符合煤礦實(shí)際生產(chǎn)條件，該煤礦工作面采高3.8 m，滾筒直徑設(shè)計(jì)不易過大，采煤機(jī)滾筒直徑仍為2 300 mm；更換采煤機(jī)滾筒葉片傾角，設(shè)計(jì)定為27°，并可根據(jù)具體截割工藝過程進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)；滾筒螺旋導(dǎo)程保持不變，采用反向截割方式，即前滾筒截割頂煤順時(shí)針截割，后滾筒截割底煤逆時(shí)針截割。具體工藝流程根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。因此改進(jìn)后的KSW-1500EU/3300V 型號(hào)電牽引采煤機(jī)在工作面進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際操控生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，基本符合設(shè)計(jì)需要，比改進(jìn)前工作面多產(chǎn)出煤炭20%，煤炭資源開采效率得到顯著提高[4-7]。

4 結(jié)語

經(jīng)過對綜采面采煤機(jī)開采效率影響因素的分析，合理確定采煤機(jī)滾筒直徑的大小。采用正向、反向截割煤體的工藝和采煤機(jī)滾筒葉片數(shù)量的選擇，滾筒葉片傾角的設(shè)計(jì)，都會(huì)影響到采煤機(jī)開采效率。其中對采煤機(jī)滾筒葉片傾角的合理設(shè)計(jì)尤為重要，提高葉片傾角過程中，確保裝煤效率的提高而不是裝煤能力的提高，以保證截割出的煤體能夠全部運(yùn)輸?shù)焦伟遢斔蜋C(jī)，這對采煤機(jī)開采效率的影響至關(guān)重要，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)將采煤機(jī)滾筒葉片傾角設(shè)計(jì)為27°，在工作面實(shí)際生產(chǎn)過程中取得了良好的應(yīng)用效果。這對煤炭企業(yè)的高產(chǎn)高效發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。