對刨削深度及混合刨煤優(yōu)化分析

賈東修　魯連喜　張迎軍　王則行

[摘要]刨削深度是刨煤工作面工藝技術(shù)的關(guān)鍵。刨深選取過大，會導(dǎo)致刨頭載荷過大，引起輸送機過載，影響正常運行時間；刨深過小，刨煤量不能滿足生產(chǎn)能力要求。

本文對曉南礦N1-1403刨煤工作面刨深進行了優(yōu)化分析，為實現(xiàn)高產(chǎn)高效提供了技術(shù)依據(jù)，達到了降低能耗及材料損耗的目的。由于該工作面長度達到了242.5m，當刨頭以高于運輸機的速度運行，疊加裝煤對運輸機超載運輸也進行了分析。

[關(guān)鍵詞]刨削深度；疊加裝煤；混合刨煤；單位能耗

引言

在刨煤時，需要克服刨煤阻力和裝煤阻力。因此，消耗的能量和刨深有關(guān)，希望在刨煤過程中，用盡可能少的能量刨削更多的煤，故用單位能耗來衡量刨煤機的能量利用率。在設(shè)計回采工藝時，應(yīng)該給出刨深的合理變化范圍，在使用刨煤機時也應(yīng)盡量維持這個范圍不變。但是由于煤層的賦存條件、煤層的物理機械性質(zhì)和工作面地質(zhì)條件的隨機性，改變刨深也是正常的。

對于硬度相同的煤層，減小截割深度則截割力也隨之減??；對于硬度不同的煤層，減小截割深度則能使截割力保持在一定的水平。因此，適當?shù)乜刂婆倜荷疃缺憧捎行У靥岣吲倜簷C截割硬煤的能力。根據(jù)附圖分析可知，如將刨深控制在110mm以內(nèi)，則實際消耗功率接近于2×400kW滑行刨的裝機功率。在減小刨深的同時可考慮提高開機率，來增加工作面的效益，即如果每次刨深由60mm減為30mm，而同時開機率由30%提高到60%，那么這兩種運行狀況所得到的產(chǎn)量是相同的。

以單位能耗最小為目標優(yōu)化刨削深度

在一定的煤層條件下，煤的性質(zhì)如煤層抗截強度A是確定的，刨頭結(jié)構(gòu)、刨刀的相關(guān)參數(shù)及其他系數(shù)均為定值，截線距t和崩落角α均可表示為刨削深度H的函數(shù)。因此，單位能耗僅是h的函數(shù)，則設(shè)計變量為：

X=[h]=[x]

單位能耗是指刨削單位體積的煤所作的功。在刨煤過程中，消耗在落煤和裝煤上的能量是在設(shè)計刨煤機時需要考慮的關(guān)鍵問題之一。這里僅考慮刨刀刨削力（包括與煤壁之間產(chǎn)生的摩擦力）和刨頭的裝煤力所作的功。因此，將單位能耗作為目標函數(shù)，則有：

F（x）=HW=（W1+W2）/V

式中：

HW---單位能耗，（kWh）/m3；

W1---刨削力（包括煤壁摩擦力）作的功，kWh；

W2---裝煤力作的功，kWh；

V---刨削煤的體積，m3。

其中，刨削下來的煤的體積

V=HhLb

式中：

H---刨煤機工作面煤層采高，m；

h---刨深，m；

Lb---刨頭的運行距離，m。

刨削深度受刨刀的結(jié)構(gòu)限制，不應(yīng)超過刨刀露于刀座之外的長度（即刨刀外露長度）。若在脆性很大的煤層，截割時崩落角很大，可適當增加刨深進行刨削，但以不超過刀座較寬部位為宜。因此，有：

0﹤h≤lP

式中：

lP---刨刀的外露長度，cm。

數(shù)學模型和選用求解方法

以單位能耗最小為目標的優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型為

Minf（x）=[f1（x）+f2（x）]/HLbx

g1（x）=x﹥0

g2（x）=lP-x≥0

采用外懲罰函數(shù)法編制程序?qū)ε偕钸M行優(yōu)化，得到優(yōu)化結(jié)果。經(jīng)過多次反復(fù)計算，再考慮其他因素，就能給出刨深的合理變化范圍。

本工作面優(yōu)化計算

工作面參數(shù)以及刨煤機部分參數(shù)如下：

煤層采高H 1.44m

煤的抗截強度A 1500N/cm

刨刀寬度b 2.7cm

刨刀外露長度lP 7.5cm

裝煤阻力系數(shù)μ 0.5～1

煤的視密度γ 1.35g/cm3

結(jié)論

由優(yōu)化程序得到的優(yōu)化結(jié)果：刨深h=10.5cm時，單位能耗最小，為0.41（kWh）/cm3。還要結(jié)合其他影響因素，才能最終確定合理刨深。

優(yōu)化結(jié)果表明，刨深越大時，單位能耗越小。因此，在設(shè)計時應(yīng)盡量選擇較大的刨深，以降低能耗。但在實際應(yīng)用中，需要考慮輸送機供載情況以及生產(chǎn)能力等情況，然后再合理選擇。N1-1403工作面下行刨煤時，由于運輸機與刨頭同向運行，嚴重制約了運輸機運力，為防止運輸機局部超載后煤矸竄至下幫影響安全生產(chǎn)，刨深設(shè)定為2.5cm，實踐證明，減少停機次數(shù)，會增加上行（大刨深）刨煤開機率，對提高產(chǎn)能效果明顯。N1-1403工作面當月生產(chǎn)28天，產(chǎn)煤達到了11.5萬噸，設(shè)備運行平穩(wěn)，生產(chǎn)過程中沒有超負荷現(xiàn)象。

參考文獻

[1]J.克拉克等.薄煤層開采技術(shù)[M].海國治等譯.煤炭工業(yè)出版社，1990年

[2]樊玉泉.復(fù)雜條件下薄煤層礦井高產(chǎn)高效[M].煤炭工業(yè)出版社，1997年

[3]陳引亮.中國刨煤機采煤技術(shù)[M].煤炭工業(yè)出版社，2000年

[4]Bialy W.hartl clal reserves in Ploand in aspect of coal plough use possibility[j].Przeglad Gorniczy，2004（1）

作者簡介

賈東修、男、高工、現(xiàn)任曉南礦工程地測大隊隊長。