采煤機裝運裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)對裝煤效率的影響研究

喬雙樹

（山西煤炭運銷集團錦瑞煤業(yè)有限公司， 山西 呂梁 033000）

引言

目前，在中功率淺層地下采煤，普遍采用螺桿式窄捕集采煤機，其特點是既能進行大規(guī)模破壞作業(yè)，又能將煤從破壞區(qū)卸到輸送機上，設(shè)計簡單，工作可靠。螺旋執(zhí)行機構(gòu)的作用理論是以螺旋輸送機力理論的主要原理為基礎(chǔ)。確定剪切機螺桿執(zhí)行機構(gòu)的幾何和結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作模式的方法和規(guī)范材料是基于對非真實樣品、模型的實驗研究結(jié)果以及在生產(chǎn)條件下廣泛測試的結(jié)果。專家指出，隨著采礦過程強度地增加，采煤機螺旋執(zhí)行機構(gòu)的弊端更加明顯的表現(xiàn)出來，滯后螺桿對土壤地清洗加劇、煤在氣流中的循環(huán)和伴隨研磨增加、易揮發(fā)、有害衛(wèi)生標準的微細粉塵的形成加劇和爆炸、增加了比能耗[1-4]。因此，改進煤的卸煤工藝，滯后于螺桿執(zhí)行機構(gòu)，將其從破壞區(qū)卸到井下輸送機上是一項緊迫的任務。作為研究對象的課題考慮的過程主要特征是由外部因素和內(nèi)部因素決定，外部因素包括采礦和地質(zhì)條件、已開發(fā)地層的強度參數(shù)和處理工程的工藝參數(shù)。下面著重說明內(nèi)部因素對加載過程的影響。

1 材料和方法

內(nèi)部因素對研究過程有重要影響，其中包括螺桿執(zhí)行機構(gòu)的幾何參數(shù)、采煤機和采煤機機械化復合體的一般參數(shù)和工作模式。幾何參數(shù)包括降低執(zhí)行機構(gòu)的直徑、直徑的螺桿中心、葉片距繞組、螺旋葉片厚度、螺旋葉片的數(shù)目、葉片間填充系數(shù)螺旋輸送器的參數(shù)門齒的安排、加載窗口的截面積、螺旋距輸送機的距離、裝載空間的形狀和尺寸、輸送機的高度等。剪切機和處理機械化綜合設(shè)備的工作參數(shù)包括進給速度和切割速度、輸送或鏈條速度。這些參數(shù)的值通常取決于外部條件、復雜機械化工作面的工作組織、采煤機建立的工作模式，并在一定范圍內(nèi)有所變化。例如在設(shè)計作業(yè)期間，表征煤體的一些參數(shù)的值隨著挖掘具有確定性變化，可以用平均值（期望值）表示，其他參數(shù)的形成具有隨機性，可以用離散度、標準差、變異系數(shù)和光譜表示。

煤炭從數(shù)組中分離，卸載破壞質(zhì)量的螺旋葉片，被動摧毀了大規(guī)?？臻g區(qū)域之間的螺旋輸送機側(cè)和輸送機上的貨物流的形成，機械本質(zhì)是不同的，影響這些進程因素的數(shù)量及其影響這些進程的性質(zhì)。因此，這些過程具有多因素和復雜性，需要對其進行分析，以確定特征，并在考慮這些過程的四個空間區(qū)域內(nèi)分別進行改進。

每一個過程，由于其物理和力學性質(zhì)復雜，且影響因素的數(shù)量多，因此本文采煤機裝煤到工作面輸送機的過程進行建模，對生產(chǎn)效率和比熱耗進行分析，探明輸送機角度、速度變化對煤流的運動阻力，煤流循環(huán)的影響。

2 結(jié)果與討論

影響裝煤效率最重要的參數(shù)包括螺旋鉆和裝卸設(shè)備幾何、結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)。正是這些參數(shù)可以隨著煤在輸送機裝載過程的改進而改變。研究這種復雜的多因素過程最有效的方法是建模。建模是為了評估進行裝煤過程的效率，輸送機改變參數(shù)；加載窗口的橫截面積尺寸，螺旋輸送機之間的差距，螺旋輸送機的進給速度和葉片的角度。在仿真中使用了EDEM 3D程序。以生產(chǎn)率、比能耗、粒徑分布為工藝效率指標，評價加載過程中巖體的二次磨礦。

考慮到螺旋執(zhí)行器的直徑為1 800 mm，建模時參數(shù)變化的范圍為：螺釘加載窗口的截面積為0.55 ～1.00 m2；螺旋與輸送機之間的間隙為250～450 mm；聯(lián)合進給速度從2～6 m/min；螺旋葉片的螺旋角度為16°、18°、20°、22°、24°。

在仿真過程中，如表1 所示設(shè)計參數(shù)采用如下值：螺桿直徑1 800 mm；輪轂直徑600 mm；螺旋葉片螺旋角度α=20°；葉片數(shù)3；葉片厚度50 mm；工作寬度-800 mm；輸送距hk=350 mm；輸送機盤寬800mm；變速箱壁高350 mm；螺桿轉(zhuǎn)速50 r/min。表征煤體分散質(zhì)量的參數(shù)值為平均粒徑30 mm；分散質(zhì)量中顆粒的摩擦系數(shù)0.8；顆粒在金屬上的摩擦系數(shù)為0.6，材料在塊體中的休止角ρ=350°。在建模過程中，將煤裝到輸送機帶滯后螺桿執(zhí)行機構(gòu)時的性能由以下公式確定：

表1 螺旋執(zhí)行器參數(shù)變化

式中：M 為裝載到輸送機上的煤的質(zhì)量，kg；t 為時間，s。

結(jié)果表明加載窗口橫截面積的增加會顯著增加輸送機的生產(chǎn)率（見圖1）。距離越大的螺旋輸送機傳動裝置，由于交配的單位設(shè)備的布局特征，煤流裝載到輸送機上時，阻力越大。被破壞物料到輸送機的移動路徑越短，裝載過程的效率越高。然而，在現(xiàn)代設(shè)計的剪切機和輸送機中，這個距離是300 mm 或更多。由于其布局的設(shè)計特點，減少螺旋和輸送機之間的這種差距是困難的。裝載通道長度分析和比較分析仿真結(jié)果（見圖2），在此之前，在螺旋輸送機的進給速率增加，加載過程強度（生產(chǎn)力）增加，（見圖3），因此，在選擇輸送機運行方式（給料速度）時，要考慮到工藝指標的值：分煤能力、裝載量、扭矩和比能耗（見圖4）。裝載煤炭到輸送機的過程可以表示為一個拋物線，加載強度在螺旋葉片彎曲角的范圍的實際值16°～24°（見圖5）。在這種情況下，19.2°是最大生產(chǎn)率對應于螺旋葉片的角度。

圖1 生產(chǎn)率與加載窗口截面積的關(guān)系

圖2 生產(chǎn)率與加載窗口的長度關(guān)系

圖3 生產(chǎn)率與進料速度的關(guān)系

圖4 裝載到輸送機上的煤的體積隨時間的關(guān)系

圖5 螺旋角度與生產(chǎn)率的關(guān)系

3 結(jié)語

提高裝載過程的效率只能通過一個全面的技術(shù)解決方案來實現(xiàn)，該解決方案提供了減少煤流運動阻力，減少循環(huán)，并在輸送機上形成了合理的煤流斷面；加載窗口的橫截面積增加到0.55～1.00 m2導致加載性能增加了1.73 倍，增加螺釘和輸送機之間的差距減少了2.28 倍，加載性能由于間歇被動區(qū)電阻；進料速度增加3 倍，加載性能提高1.45 倍；輸送機上裝煤的最大生產(chǎn)率對應于螺旋葉片的角度為19.2°。