截割參數對采煤機截割比能耗的影響研究

池 楠

（晉能控股煤業集團地煤青磁窯煤礦，山西 大同 037000）

引言

采煤機作為井下煤礦開采的關鍵設備，主要負責割煤、裝煤等過程，采煤機的主要組成部件包括牽引部、截割部、液壓部、電氣控制裝置及輔助裝置等，其中牽引部為采煤機的重要組成構件，是實現采煤機沿工作方向循環往復動作的執行部件，并利用采煤機動作完成滾筒持續采煤落煤工作；液壓部的主要工作是調高采煤機搖臂滾筒及升降調節護頂板、破碎機等；電氣控制裝置主要負責采煤機設備的開機、停機、牽引速度調節等；而截割部是采煤機的最關鍵核心構件，主要負責截煤、落煤等，利用采煤機搖臂齒輪減速箱的減速作用后，傳送給滾筒，進而完成采煤、落煤工作，此外，截割部還是降低采煤機截割能耗、提高截割生產效率的重要部件，因此，為提高礦用采煤機滾筒截割煤巖的工作效率[1-3]，本文就針對影響采煤機截割性能的3 個參數，即煤層傾角、采煤機牽引速度、截割深度進行分析研究[4-7]，進而提高采煤機的截割效率。

1 不同煤層傾角對采煤機截割比能耗的影響

通過分析在截割深度是800 mm 和1 000 mm 下，不同煤層傾斜角30°、35°和40°對應不同牽引速度11 m/min、12 m/min 和13 m/min，得到如表1 所示的采煤機性能關系表。

從表1 可以看出，在截割深度是800 mm 時，不同牽引速度為11 m/min、12 m/min、13 m/min 條件下，在煤層傾角是30°時，對應的采煤機截割比能耗分別是0.98、0.80、0.72；在煤層傾角是35°時，對應的截割比能耗分別是1.01、0.84、0.79；在煤層傾角是40°時，對應的截割比能耗分別是1.06、0.90、0.84。對比可知，當采煤機牽引速度、截割深度不變時，煤層傾角35°比煤層傾角30°的截割性能分別提升4.95%、7.14%、6.33%；煤層傾角40°比35°的截割性能分別提升4.95%、7.14%、6.33%。采用同樣的方法，分析截割深度是1 000 mm 時，煤層傾角是35°比30°的截割性能分別提升3.70%、6.89%、5.06%；煤層傾角40°比35°的截割性能分別提升4.46%、6.45%、8.43%。因此，綜合可得出，隨著煤層傾角的增大，采煤機截割比能耗也同步升高。

表1 不同截割參數對采煤機截割性能的關系

由表1 還可以看出，在煤層傾角是30°、采煤機牽引速度是13 m/min 時，采煤機截割比能耗最小；截割深度1 000 mm 相比于800 mm，由于增大了滾筒的截割阻力，因此采煤機截割比能耗也相應地增加。綜合上述可得出，在截割深度是800 mm、煤層傾角是30°、牽引速度是13 m/min 的條件下，采煤機截割比能耗最優[8-12]。

2 不同牽引速度對采煤機截割比能耗的影響

采煤機截割進程中一個重要參數就有牽引轉速，采煤機牽引速度是指采煤機沿煤壁截割前進方向上的行走速度。采煤機牽引速度的大小影響著采煤機的截割性能，若速度設置太大，造成滾筒葉片不能及時拋出煤巖，在滾筒上積累的煤塊經過多次不斷碾壓形成實煤，使滾筒的載荷增大，不僅降低了采煤機的截割效率，也浪費資源；若速度設置較小時，可提升落煤量，也可提高采煤效率。因此，必須確定合理的牽引速度，才能發揮好采煤機的工作性能。

在上頁表1 的數據分析基礎上，研究在截割深度是800 mm，對應不同牽引速度11 m/min、12 m/min、13 m/min 下，得到采煤機截割比能耗的曲線圖，如圖1所示。

圖1 截割深度800 mm 時不同牽引速度對采煤機截割比能耗的影響

由圖1 可知，當煤層傾角和截割深度不變時，隨著采煤機牽引速度的增大，采煤機截割比能耗是逐漸減小的。

為更加深入分析牽引速度與采煤機截割比能耗的關系，以截割深度是800 mm、煤層傾角是30°研究參數為例，對應不同牽引速度和采煤機截割比能耗進行擬合，得到圖2 所示的關系圖。

圖2 不同牽引速度與采煤機截割比能耗的關系曲線

從圖2 可得出，牽引速度與采煤機截割比能耗的關系是y=0.058x2-1.511x+10.58，由此可知，牽引速度與采煤機截割比能耗的變化關系成冪函數。較小的牽引速度對應較大的截割比能耗，但是如果牽引速度太小，反而會降低采煤機截割效率。較大的牽引速度會增大滾筒的扭矩，造成在截割進程中采煤機的波動。

3 不同截割深度對采煤機截割比能耗的影響

在煤層傾角30°、35°和40°，牽引速度11 m/min、12 m/min 和13 m/min 時，即研究在相同煤層傾角、牽引速度，對應的截割深度從800 mm 增大至1 000 mm 的截割比能耗，如圖3 所示。

由圖3 可以看出，隨著截割深度的增加，采煤機截割比能耗也隨之增加，由于截割深度增大，相應地增大了采煤機滾筒的承載載荷，造成單位體積截割煤巖所做的功也增大。

圖3 不同截割深度對采煤機截割比能耗的變化關系

4 結論

為提高礦用采煤機螺旋滾筒截割煤巖的工作效率，本文就針對影響采煤機截割性能的3 個參數，即煤層傾角、采煤機牽引速度、截割深度進行分析研究，結論是：

1）當牽引速度和截割深度不變時，隨著煤層傾角的增大，采煤機截割比能耗也同步升高。

2）當煤層傾角和截割深度不變時，隨著采煤機牽引速度的增大，采煤機截割比能耗是逐漸減小的，且牽引速度與采煤機截割比能耗的變化關系成冪函數。

3）當煤層傾角和牽引速度不變時，隨著截割深度的增加，采煤機截割比能耗也隨之增加。

4）牽引速度對采煤機截割比能耗影響最大，截割深度影響相比較小，而煤層傾角影響最小。