關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能力低、截割性能、裝煤效果差等問題，因此螺旋滾筒的結構參數設計和選取至關重要。本文對薄煤層采煤機螺旋滾筒進行研究，針對現行研究辦法及手段，提出了未來薄煤層采煤機螺旋滾筒的研究趨勢，對現行研究具有借鑒意義。

關鍵詞：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基地之一。井田煤系地層屬白堊系下統雞西群含煤地層，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2.60%，巖性以粉砂巖、細砂巖、粉細砂巖互層為主，其次是中粗砂巖及炭頁巖，下部較細，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，還延續使用原來的機械化采煤設備，礦井年產量將直線下滑，且服務年限將不足12年。

新建煤礦開拓煤量、準備煤量、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采區（一采區、二采區、三采區、五采區、九采區）、兩個開拓區（開拓一區、開拓二區）。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011采煤隊現回采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。

二、采煤機的現狀

采煤機是薄煤層開采的主要設備之一，它集機械、電氣、液壓以及控制系統為一身，具有控制、操作可靠方便、牽引功率大、自動化程度高、塊煤產出率高、節能降耗、環保等特點被廣泛應用于國內外薄煤層開采作業中。

我國采煤機在薄煤層開采過程中還存在著一定的不足。具體表現在： 采煤機的生產能力、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，導致采煤機的生產效率及適應能力低。

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能力、截割比能耗、工作時的負載狀況、截齒的受力情況、塊煤率、粉塵量、工作平穩性、截齒磨損率和裝煤效果等各項性能指標。我國設計的采煤機滾筒截齒受力不均、磨損嚴重，嚴重的影響到采煤機的生產效率。

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常出現空走裝浮煤的現象，影響工作效率。因此如何提高采煤機的生產能力，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構

影響薄煤層采煤機生產能力、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、運動學參數有關，但也與螺旋滾筒的結構密切相關。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構參數是滾筒設計的重要參數，其選取及設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能力產生影響。其主要設計參數包括： 滾筒直徑、滾筒寬度、螺旋葉片參數及截齒排列參數。

四、薄煤層采煤機螺旋滾筒的發展趨勢

采煤機螺旋滾筒研究發展趨勢如下：

1、離散元類軟件在采煤機裝煤效果分析上應用發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，技術人員只需要設置好機械系統、煤巖顆粒的物性參數，設置好顆粒之間的粘結模型、運動學參數及顆粒形狀、顆粒工廠參數即可實現裝煤效果的仿真。仿真后可獲取粒子的速度、位置、塊度、能量、3 向力等相關信息因此，很方便獲得采煤機裝煤性能方面的信息，其應用也必然越來越廣泛。

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

3、多款軟件搭建平臺聯合分析復雜工程問題發展的可行化隨著軟件接口技術的不斷發展，多款軟件聯合分析復雜工程問題也已經變得越來越普遍，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，煤質硬度系數f=3，煤層傾角80～100局部頂底板不平及變薄帶，在回采工藝落煤方式上，首選為爆破落煤，因其炮采工藝適應性強，對采高，頂底板狀況要求不高，但其產量低，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。礦里技術人員積極探索改造現有的爬底板機組，并進行了改革創新，取得了很好的效果。

五、結論

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。結合實際開采，新建煤礦一采區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。新建煤礦從礦專業副總及采區技術人員積極探索改造現有的爬底板機組，并進行了改革創新，不僅解決了薄煤層建設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的可持續發展。

參考文獻：

[1] 陶馳東，陳翀. 采煤機滾筒模化實驗研究[J].中國礦業大學學報，1989，18（1） ： 51-58.

[2] 趙麗娟，田震，鮑文杰，等. 基于 EDEM 對薄煤層采煤機裝煤性能的研究新方法及應用[J].機械強度，2017，39（3） ： 663-667.