關(guān)于薄煤層采煤機螺旋滾筒的分析

李光煜

摘 要：薄煤層采煤機螺旋滾筒普遍存在生產(chǎn)能力低、截割性能、裝煤效果差等問題，因此螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計和選取至關(guān)重要。本文對薄煤層采煤機螺旋滾筒進行研究，針對現(xiàn)行研究辦法及手段，提出了未來薄煤層采煤機螺旋滾筒的研究趨勢，對現(xiàn)行研究具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：薄煤層;采煤機;螺旋滾筒

一、引言

在我國，對薄煤層的定義是：厚度小于1.3m的煤層為薄煤層，新建煤礦始建于1958年，位于七臺河礦區(qū)西部，井田面積約49.2平方公里，是全國保護性開采的三大主焦煤生產(chǎn)基地之一。井田煤系地層屬白堊系下統(tǒng)雞西群含煤地層，主要由城子河組上、中、下部地層組成。地層厚度約800m，含煤32層，煤層總厚度20.82m，含煤系數(shù)2.60%，巖性以粉砂巖、細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖互層為主，其次是中粗砂巖及炭頁巖，下部較細(xì)，自下而上中、粗砂巖增多。

新建煤礦屬薄煤層礦井，緩傾斜煤層平均厚度不足1.2米，還延續(xù)使用原來的機械化采煤設(shè)備，礦井年產(chǎn)量將直線下滑，且服務(wù)年限將不足12年。

新建煤礦開拓煤量、準(zhǔn)備煤量、回采煤量充足，截止至2020年3月末新建煤礦開拓煤量591.45萬噸，可采期6.23年;準(zhǔn)備煤量125.94萬噸，可采期15.9月;回采煤量90.89萬噸，可采期11.48月。

新建煤礦共有五個生產(chǎn)采區(qū)（一采區(qū)、二采區(qū)、三采區(qū)、五采區(qū)、九采區(qū)）、兩個開拓區(qū)（開拓一區(qū)、開拓二區(qū)）。全礦5組采煤隊，均為4個高檔普采、1個綜采，全礦21組掘進隊。

新建煤礦一采區(qū)011采煤隊現(xiàn)回采93層，煤層采高0.6～0.65米、煤層傾角8°～10°。采用薄煤層采煤機此項技術(shù)。

二、采煤機的現(xiàn)狀

采煤機是薄煤層開采的主要設(shè)備之一，它集機械、電氣、液壓以及控制系統(tǒng)為一身，具有控制、操作可靠方便、牽引功率大、自動化程度高、塊煤產(chǎn)出率高、節(jié)能降耗、環(huán)保等特點被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外薄煤層開采作業(yè)中。

我國采煤機在薄煤層開采過程中還存在著一定的不足。具體表現(xiàn)在： 采煤機的生產(chǎn)能力、螺旋滾筒的截割性能以及裝煤效果上。

1、 采煤機的生產(chǎn)能力低

由于薄煤層空間有限，目前開采過程中使用的采煤機普遍存在著裝機功率偏小、機械強度偏低、過煤空間小等問題，導(dǎo)致采煤機的生產(chǎn)效率及適應(yīng)能力低。

2、 螺旋滾筒的截割性能差

采煤機滾筒上截齒的布置方式直接影響到采煤機的生產(chǎn)能力、截割比能耗、工作時的負(fù)載狀況、截齒的受力情況、塊煤率、粉塵量、工作平穩(wěn)性、截齒磨損率和裝煤效果等各項性能指標(biāo)。我國設(shè)計的采煤機滾筒截齒受力不均、磨損嚴(yán)重，嚴(yán)重的影響到采煤機的生產(chǎn)效率。

3、 螺旋滾筒的裝煤效果差

由于薄煤層采煤機螺旋滾筒直徑小，螺旋葉片高度低，使得采煤機的裝煤效果差，在井下使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)空走裝浮煤的現(xiàn)象，影響工作效率。因此如何提高采煤機的生產(chǎn)能力，加大過煤空間，提高螺旋滾筒的裝煤效果，改善螺旋滾筒的截割性能，提高采煤機對工作面的適應(yīng)性，成為了薄煤層采煤機需要解決的首要課題。

三、采煤機螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)

影響薄煤層采煤機生產(chǎn)能力、螺旋滾筒截割性能以及裝煤效果的因素與所截割的煤巖性質(zhì)、運動學(xué)參數(shù)有關(guān)，但也與螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。薄煤層采煤機螺旋滾筒主要由截齒、齒座、葉片、端盤筒轂、尾塊等機構(gòu)組成，螺旋葉片以分段滾壓或金屬板分片搭接等形式焊接在筒轂上，將截齒插入齒座并沿螺旋葉片方向按截線距進行焊接形成滾筒組件，如圖 1 所示。

薄煤層采煤機滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)是滾筒設(shè)計的重要參數(shù)，其選取及設(shè)計合適與否將會直接影響到滾筒截割性能、裝煤效果，也會對采煤機的生產(chǎn)能力產(chǎn)生影響。其主要設(shè)計參數(shù)包括： 滾筒直徑、滾筒寬度、螺旋葉片參數(shù)及截齒排列參數(shù)。

四、薄煤層采煤機螺旋滾筒的發(fā)展趨勢

采煤機螺旋滾筒研究發(fā)展趨勢如下：

1、離散元類軟件在采煤機裝煤效果分析上應(yīng)用發(fā)展的快速化隨著離散元類軟件的誕生，其分析功能也將日益完善，技術(shù)人員只需要設(shè)置好機械系統(tǒng)、煤巖顆粒的物性參數(shù)，設(shè)置好顆粒之間的粘結(jié)模型、運動學(xué)參數(shù)及顆粒形狀、顆粒工廠參數(shù)即可實現(xiàn)裝煤效果的仿真。仿真后可獲取粒子的速度、位置、塊度、能量、3 向力等相關(guān)信息因此，很方便獲得采煤機裝煤性能方面的信息，其應(yīng)用也必然越來越廣泛。

2、相關(guān)物理實驗驗證截割、裝煤數(shù)值模擬正確性發(fā)展的必然化數(shù)值模擬技術(shù)極大的簡化了技術(shù)人員的工作，通過電腦和相關(guān)軟件即可解決復(fù)雜的工程設(shè)計問題，但由于仿真結(jié)果的正確性受到設(shè)置參數(shù)、邊界條件等因素的影響因此，要想獲得準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，必須充分考慮這些因素。而這些因素相關(guān)量值的獲取又需要相關(guān)的物理實驗，因此，截割、裝煤數(shù)值模擬需要物理實驗的驗證，在獲得可靠的參數(shù)、邊界條件后，才可以對滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運動參數(shù)進行修改，進而設(shè)計出合理的、高效的螺旋滾筒。

3、多款軟件搭建平臺聯(lián)合分析復(fù)雜工程問題發(fā)展的可行化隨著軟件接口技術(shù)的不斷發(fā)展，多款軟件聯(lián)合分析復(fù)雜工程問題也已經(jīng)變得越來越普遍，未來采用有限元與離散元耦合綜合分析采煤機螺旋滾筒截割、裝煤性能以及滾筒可靠性問題將成為研究的熱點。

新建煤礦針對82層、93層極薄煤層，煤層平均厚度0.6～0.65米，煤質(zhì)硬度系數(shù)f=3，煤層傾角80～100局部頂?shù)装宀黄郊白儽?，在回采工藝落煤方式上，首選為爆破落煤，因其炮采工藝適應(yīng)性強，對采高，頂?shù)装鍫顩r要求不高，但其產(chǎn)量低，工人進入硬幫攉煤勞動強度大，增大了不安全因素，采用機采就能克服以上不利因素。于是，新建煤礦引進了重慶永榮機械有限公司推出的MG100—TP型極薄煤層采煤機。礦里技術(shù)人員積極探索改造現(xiàn)有的爬底板機組，并進行了改革創(chuàng)新，取得了很好的效果。

五、結(jié)論

本文對采煤機進行研究，更加全面的研究薄煤層采煤機螺旋滾筒性能成為可能。結(jié)合實際開采，新建煤礦一采區(qū)采煤工作面引進了重慶永榮機械有限公司推出的MG100—TP型極薄煤層采煤機。新建煤礦從礦專業(yè)副總及采區(qū)技術(shù)人員積極探索改造現(xiàn)有的爬底板機組，并進行了改革創(chuàng)新，不僅解決了薄煤層建設(shè)安全高效礦井的瓶頸，提高新建煤礦煤炭回采率、還極大的促進了七臺河資源枯竭礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

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