截割參數對采煤機生產率的影響研究

趙春利

（大同煤礦集團同地益晟煤業有限公司， 山西 大同 037103）

引言

目前，在礦井煤巖開采中，主要設備有刮板輸送機、采煤機及液壓支架，三者統稱為綜采工作面的“三機”，其中采煤機作為井下機械化開采最主要的設備，是通過截割滾筒完成煤層截割作業，并將割落的煤巖裝入刮板輸送機中，即完成煤礦開采的落煤、裝煤動作，再通過順槽區的轉載機，將截割的煤塊輸送出綜采工作面[1]。實際在采煤作業時，通過煤壁側的滑靴，采煤機在刮板輸送機上滑動，行走輪嚙合作用于刮板輸送機銷排，沿前進工作面方向完成往復動作，并利用調高油缸的調節作用，使截割滾筒能夠隨時適應煤層的變化，完成割煤作業。同時，在滾筒的旋轉進程中，采煤機上的螺旋葉片將割下的煤塊裝入刮板輸送機，完成裝煤動作[2]。其中，采煤機的截割部就承擔著截煤、破煤工作，其組成部分包括截割滾筒、截割電機、搖臂減速齒輪組、搖臂等，其中截割電機為滾筒提供轉動的動力源，并通過齒輪組與搖臂作用傳送給截割滾筒，帶動滾筒作用完成煤截割巖動作。由于影響采煤機截割生產率的因素較多，如滾筒直徑太小會降低煤塊的落煤量，太大反而會增大采煤機的耗能；如牽引速度太小會降低截割煤流量，太大也會降低裝煤效率[3]。因此，本文主要分析不同截割參數對采煤機生產率的影響，進而確定合理的截割參數，保證截割出的煤層資源質量，提高采煤機開采率。

1 采煤機生產率介紹

生產率是衡量采煤機性能的一個重要指標，其定義是單位時間內采煤機螺旋滾筒截割煤巖的總量，能很好地反映采煤機螺旋滾筒截割效率、截割性能，生產率計算公式如下：

式中：Qm是采煤機生產率，t/min；kθ是煤層傾角θ 下的工作因子；C 是實際工況連續工作因子，取值0.8；L是截割高度平均值，m；B 是截割深度均值，m；r 是煤壁平均密度，kg/m；Vq是牽引速度，m/min；ηθ是當煤層傾角是θ 時采煤總煤巖中截割煤巖所占的比重；ni是含煤斷層個數；mi是某一斷層位置上截割煤質量，kg；nj是含巖石斷層個數；mj是某一斷層位置上截割巖石質量，kg；M 是煤壁總質量[4]。

2 不同截割參數對采煤機生產率的影響研究

生產率能夠很好地反映采煤機螺旋滾筒的截割效率，但是在實際工況下，井下煤巖的煤層傾角、機械性能等存在很大差別，為獲得最優的采煤機截割性能，截割參數的選取一定要合理，而采煤機截割參數的選取可通過生產率指標進行參考。

本文先對采煤機截割落煤巖質量進行分析，以煤層傾角是30°、采煤機牽引速度是11 m/min、截割深度是800 mm 的情況為研究對象，分析截割落煤巖質量，得到下頁圖1 所示的截割落煤巖質量圖。其中，由于在含斷層煤層中通常都含有一部分含巖石，所以當煤層中形成斷層后，會導致斷層兩側煤的性質出現差異，其煤層顆粒及巖石顆粒，即與之對應的紅色、綠色和藍色煤巖石區域。

利用公式（2）對采煤機截割滾筒生產率進行定量分析計算，圖1-1 中m1是紅色掉落的落煤質量，在采煤機停止截割時脫落的總質量為26 648 kg；圖1-2中m2是綠色掉落的落煤質量，在采煤機停止截割時脫落的總質量為26 613 kg；圖1-3 中m3是藍色掉落的落煤質量，在采煤機停止截割時脫落的總質量為2 556 kg。通過計算可得出，在此研究參數下，采煤機滾筒的生產率是18.94 t/min。

圖1 煤層傾角30°-牽引速度11 m/min-截割深度800 mm 情況下截割落煤巖質量圖

在上述分析的基礎上，再對其余不同煤層傾角分別為30°、35°、40°，不同牽引速度分別為11 m/min、12 m/min、13 m/min，不同截割深度分別為800 mm、1 000 mm 共18 種研究參數下，計算分析截割落煤巖質量和生產率指標，如表1 所示。

對表1 的數據進行分析可得出，當煤層傾角和截割深度不變時，采煤機截割落煤巖質量和生產率指標隨牽引速度的增大而增大；當牽引速度和截割深度不變時，采煤機截割落煤巖質量和生產率指標隨煤層傾角的增大而減小；當煤層傾角和牽引速度不變時，采煤機截割落煤巖質量和生產率指標隨截割深度的增大而增大。

表1 不同截割參數下，采煤機截割落煤巖質量及生產率

為進一步深入分析不同煤層傾角對采煤機生產率的影響，以截割深度是800 mm 的研究參數為例，得到具體的煤層傾角與采煤機生產率的變化關系，如圖2 所示。

由圖2 可知，不同煤層傾角下，采煤機生產率有一定的差別，煤層傾角是30°下截割落煤最大；煤層傾角是40°下截割落煤最小；煤層傾角是35°下截割落煤相比較小，即采煤機生產率隨煤層傾角的增大而降低。同時還可看出，采煤機生產率隨牽引速度的增大而增大，當牽引速度是13 m/min 時，采煤機生產率最大。

圖2 不同煤層傾角大小對采煤機生產率的變化關系

3 結論

為提高采煤機螺旋滾筒截割效率和截割性能，本文對截割參數進行選取，主要分析不同煤層傾角30°、35°、40°，不同牽引速度11 m/min、12 m/min、13 m/min，不同截割深度800 mm、1 000 mm 共18 種研究參數下，采煤機截割落煤巖質量和生產率指標，結論是：

1）當煤層傾角和截割深度不變時，采煤機截割落煤巖質量和生產率指標隨牽引速度的增大而增大；

2）當牽引速度和截割深度不變時，采煤機截割落煤巖質量和生產率指標隨煤層傾角的增大而減小，且在不同煤層傾角下，采煤機生產率之間存在一定的差別；

3）當煤層傾角和牽引速度保持不變時，采煤機截割落煤巖質量和生產率指標隨截割深度的增大而增大。