綜采工作面采煤機滾筒葉片磨損問題研究

武慧文

（大同煤炭職業技術學院， 山西 大同 037024）

0 引言

采煤機作為綜采工作面關鍵的生產設備，其設備構造包括牽引機構、截割機構、電氣液壓機構以及其它輔助機構等，其中截割機構是進行綜采工作面煤壁截割的關鍵機構，煤壁的截割效率也與之密切相關。在采煤機設備沿煤壁截割運行過程中，通過操控采煤機搖臂升降及滾筒調高來控制煤壁截割效果，通過控制滾筒轉速來控制截割速率。滾筒葉片在采煤機滾筒裝煤過程中起著重要的作用，因此本文通過研究上述幾個因素對采煤機滾筒葉片磨損的影響，找出最優的參數控制范圍，提高綜采工作面采煤機截割效率。

1 采煤機滾筒葉片磨損問題因素分析

1.1 煤矸性質方面的影響

綜采工作面采煤機設備截割煤壁時的截割對象首先就是煤矸巖體，因此在截割過程中，煤體矸石的硬度、顆粒大小不同都會對滾筒葉片造成不同程度的磨損，煤體矸石的硬度越大，對采煤機滾筒葉片的磨損程度也就越劇烈。對于不同煤矸巖體來說，在顆粒大小以及密度等參數不同時，對采煤機滾筒葉片的磨損情況也會有所差異，本文主要考慮煤矸硬度對采煤機滾筒葉片造成的影響，對比不同煤矸堅固性系數對采煤機滾筒葉片磨損情況進行分析，如圖1 所示，在控制其他因素保持不變的情況下，即采煤機牽引速度為3 m/min、滾筒葉片螺旋升角11°、滾筒截割速率102 r/min 時，分別取煤矸堅固性系數為1.4、3.5、5.1、6.8、8.4 以下五種參數時，分析對滾筒葉片磨損量造成的影響。

圖1 煤矸堅固性系數對滾筒葉片磨損效果分析

由圖1 可以看出，在煤矸堅固性系數為1.4 時，滾筒葉片磨損量為0.2 mm；而當堅固性系數升至8.4時，磨損量接近1.0 mm；隨著煤矸堅固性系數的增大，滾筒葉片的總磨損量也在增加，磨損情況也越劇烈。因此在進行綜采工作面采煤機截割作業前，可通過測定煤矸堅固性系數來靈活更換采煤機滾筒葉片材質，或通過及時維護保養等方式降低煤矸巖體對滾筒葉片造成的磨損程度。

1.2 采煤機滾筒截割速率的影響

同樣在保持采煤機滾筒牽引速度為3 m/min、滾筒葉片螺旋升角11°不變，選取煤矸堅固性系數5.1的情況下，分別測試采煤機滾筒截割速率72 r/min、82 r/min、92 r/min、102 r/min、112 r/min 下對滾筒葉片的磨損程度，具體關系如圖2 所示[1]。

圖2 不同截割速率對采煤機滾筒葉片的磨損情況分析

由圖2 可以看出，在采煤機滾筒轉速為72 r/min時，滾筒葉片的磨損量最高為1.0 mm；而當提升滾筒轉速至112 r/min 時，滾筒葉片的磨損情況顯著下降，僅為0.3 mm 左右。因此，在一定范圍內提高采煤機滾筒的截割轉速，可以有效降低采煤機滾筒葉片的磨損。分析其原因，采煤機滾筒截割速率越快對煤矸巖體的破碎效果也就越好，減少了滾筒的切削厚度，也就減少了煤矸對滾筒葉片造成的磨損。同時隨著滾筒轉速的提高，滾筒葉片中的煤矸會快速拋出，滾筒葉片承載煤矸的時間縮短，磨損程度也就隨之降低。

1.3 采煤機牽引速度方面的影響

由上述采煤機滾筒轉速對滾筒葉片磨損情況分析可知，在選取轉速102 r/min 時，滾筒葉片的磨損量較小。同時選取煤矸堅固性系數值5.1，滾筒葉片螺旋升角11°，在保持以上參數不變的情況下，改變采煤機運行過程中的牽引速度，來分析采煤機牽引速度2 m/min、3 m/min、4 m/min、5 m/min、6 m/min 下對滾筒葉片磨損情況的影響，具體結果如圖3 所示[2]。

圖3 不同牽引速度下采煤機滾筒葉片磨損情況

由圖3 可以看出，在牽引速度為6 m/min 時，采煤機滾筒葉片的磨損量最大，達到0.65 mm，此時對滾筒葉片的磨損也越為嚴重；而當牽引速度下降至2 m/min 時，采煤機滾筒葉片的磨損量逐步下降至0.1 mm。因此，在一定范圍內，采煤機牽引速度越快，滾筒葉片的磨損情況也就越為劇烈。分析不同牽引速度下采煤機滾筒葉片的磨損情況出現上述差異的原因，主要是在牽引速度不斷提高的同時，采煤機滾筒切削量在隨之增加，造成了滾筒葉片較大的承載力以及滾筒葉片與煤矸之間的摩擦力，也就加劇了采煤機滾筒葉片的磨損。

1.4 螺旋升角對滾筒葉片的影響

采煤機滾筒葉片除了起到截割煤壁的作用，還起到一定的裝煤運煤作用，在截割煤壁的同時將煤矸巖體截割下并運至刮板機中，而不同的滾筒葉片螺旋升角，對煤矸的裝運效果也就不同，同時受到的煤矸承載體的作用力也就不同，造成的滾筒葉片磨損程度也就有所差異。根據上述三種采煤機滾筒葉片磨損因素確定的參數，控制煤矸堅固性系數為5.1，采煤機的牽引速度控制為3 m/min，滾筒截割速率控制在102 r/min，研究螺旋升角10°、11.5°、13°、14.5°、16°下的采煤機滾筒葉片磨損情況，具體變化關系如圖4所示[3]。

圖4 不同螺旋升角下采煤機滾筒葉片磨損情況

由圖4 可以看出，在采煤機滾筒葉片螺旋升角為10°時采煤機滾筒葉片的磨損量在0.1 mm，而隨著螺旋升角的增加升至14.5°時，采煤機滾筒葉片的磨損情況加劇，升至0.5 mm 左右，在一定范圍內呈現出隨著螺旋升角的增加，采煤機滾筒葉片的磨損程度越為嚴重的趨勢。根據滾筒葉片裝運煤矸的功能可以推斷出，在采煤機滾筒截割煤壁的過程中，隨著螺旋升角的增大，滾筒葉片承載煤矸的能力也就越大，造成了煤矸對滾筒葉片更大的作用力以及摩擦力，也就加劇了采煤機滾筒葉片的磨損程度。

2 采煤機滾筒葉片磨損因素的參數確定

綜上四個采煤機滾筒葉片磨損情況的影響因素，可得以下幾點結論：

1）采煤機滾筒葉片的磨損效果與煤矸堅固性系數成正比，煤矸堅固性系數越大，滾筒葉片的磨損量也就越大。在實際綜采工作面采煤機截割作業之間，可根據監測到的煤矸堅固性系數靈活采取必要的保養維護措施，來提高采煤機滾筒葉片的使用壽命。

2）采煤機牽引速度與滾筒葉片的磨損量同樣成正比關系，在一定范圍之內提升采煤機的牽引速度，滾筒葉片的磨損情況會加劇。也就是說在實際綜采工作面進行截割作業時要合理控制采煤機牽引速度，避免造成滾筒葉片的劇烈磨損。

3）采煤機滾筒轉速與滾筒葉片的磨損量成反比關系，在一定范圍內增加采煤機滾筒轉速會降低滾筒葉片的磨損量。因此在采煤機截割煤壁的過程中適當提高滾筒轉速有利于降低采煤機滾筒葉片的磨損。

4）滾筒葉片螺旋升角與采煤機滾筒葉片磨損量成正比關系，在一定范圍內增大采煤機滾筒的螺旋升角會加劇滾筒葉片的磨損情況。

綜合上述影響對采煤機滾筒葉片磨損情況的因素進行分析，在綜采工作面進行采煤機截割作業的過程中，可控制采煤機牽引速度為3 m/min，采煤機滾筒轉速控制在102 r/min，滾筒葉片螺旋升角為11°，此時在煤矸堅固性系數不高的情況下，采煤機滾筒葉片的磨損量保持在0.2 mm 左右，磨損情況較低。同時為提高采煤機設備的高效截割效率，應靈活控制各參數值，在確保滾筒葉片磨損量較低的情況下發揮采煤機設備的最優截割性能。具體操作可在煤矸堅固性系數較低的煤壁區域適當提高采煤機的牽引速度，而當遇到堅硬煤矸時適當降低采煤機的牽引速度，靈活調整設備運行參數，實現綜采工作面采煤機設備的高效運行。

3 結語

通過分析綜采工作面采煤機滾筒葉片磨損情況的各影響因素，并進行參數對比發現，在合理控制采煤機牽引速度、滾筒截割轉速以及滾筒葉片螺旋升角的情況下可以明顯減緩采煤機滾筒葉片的磨損效果。經過具體測試得出，將采煤機牽引速度控制在3 m/min，滾筒轉速控制在102 r/min，滾筒螺旋升角11°時，采煤機滾筒葉片的磨損量保持在0.2 mm 左右。同時在實際生產過程中，根據煤矸堅固性系數靈活調節采煤機牽引速度，有助于減緩采煤機滾筒葉片的磨損。