采煤機截線距對滾筒截割性能的影響

史虎平

（陽泉煤業集團安澤登茂通煤業有限公司，山西 臨汾042509）

引言

采煤機作為綜采設備的關鍵設備，主要承擔工作面的割煤、落煤任務。采煤機的截割效率和落煤速度直接決定綜采工作面煤炭的生產能力。滾筒為采煤機直接與煤壁相接觸的部件，其上所布置的截齒的數量、截齒的安裝角度以及截線距等參數直接影響采煤機滾筒的截割性能[1]。因此，充分掌握采煤機滾筒截齒數量、安裝角度及截線距等參數對滾筒截割性能的影響機理對優化上述參數具有重要意義。

1 滾筒截割性能的影響因素分析

1）采煤機滾筒直徑越大其對應截齒的線速度越大，則煤炭產量越大；但是，滾筒直徑越大其重量越大，從而導致采煤機的能耗越大；

2）螺旋葉片升角也大越有利于被截割煤炭的落煤效率；但是，螺旋葉片升角過大會增大采煤機的能耗；

3）截齒的排列方式包括有順序式和交叉式兩種排列方式。經研究，交叉式排列的截齒與順序式排列的截齒可獲得更大的塊煤率；

4）截線距與采煤機落煤的塊煤率和截割效率直接相關。截線距越大其對應塊煤率越大，但是其對應設備的能耗越大，對截齒的磨損越明顯；

5）滾筒截齒的安裝角度不僅制約采煤機的截割能力，重要是影響整個滾筒的受力情況。截齒安裝角越大，越有利于截齒切入煤壁中，從而提升了滾筒的截割能力；但是，截割安裝角度過大會增加采煤機的截割阻力，從而增加其能耗[2]。

2 滾筒截割煤壁模型的搭建

為精確得出不同截線距對滾筒截割性能影響機理，需對根據工作面煤炭參數建立模型和對應的滾筒截割煤壁的模型。以陽泉煤業集團安澤登茂通煤業某個工作面的煤樣進行采樣分析，其對應的參數如表1所示：

表1 工作面煤炭煤樣參數

以工作面當前正在應用的采煤機為例開展研究，并基于該采煤機的相關尺寸和參數建立滾筒模型，本文中所研究采煤機滾筒的相關參數見表2。

表2 采煤機滾筒參數

基于表2滾筒參數在三維建模軟件中建立采煤機滾筒的三維模型，將其導入數值模擬仿真軟件中；同時，在數值模擬軟件中建立工作面煤壁模型，并基于表1參數對模型煤炭顆粒進行設置，得出滾筒截割煤壁的仿真模型如圖1所示。

如圖1所示，根據實際采煤機截割煤壁的運動參數將滾筒的轉速設定為57 r/min，采煤機的牽引速度設定為0.04 m/s。

3 不同截線距對采煤機滾筒截割性能影響分析

所謂截線距指的是采煤機滾筒相鄰截齒的截線之間的距離。滾筒截線距的合理配置為在保證其塊煤率的同時，還能夠降低采煤機的能耗和工作阻力，即保證采煤機的穩定運行[3]。本文將對采煤機截線距分別為60 mm、65 mm、70 mm、75 mm以及80 mm下對應采煤機滾筒的截割性能進行仿真分析。

圖1 采煤機滾筒截割煤壁仿真模型

根據上頁圖1中所搭建的數值模擬模型對采煤機牽引速度為0.04 m/s，滾筒旋轉速度為57 r/min和截割厚度為15 mm情況下滾筒相鄰截齒的受力情況進行仿真分析。采煤機滾筒在實際割煤過程中存在前截齒先于后截齒切入煤壁的情況，也就是說前截齒和后截齒的受力情況不一樣[4]。此處，將前截齒命名為1號截齒，后截齒命名為2號截齒。

在實際截割過程中，當2號截齒切入煤壁時對應煤壁已經被1號截齒破壞。因此，從理論上將2號截齒的受力情況及波動情況應小于1號截齒。本文將對不同截線距情況下1號截齒和2號截齒的受力情況進行對比研究，對比結果如表3所示：

表3 不同截線距對應1號截齒和2號截齒的受力情況對比

如表3所示，不同截線距對應1號截齒和2號截齒的受力并不是處于線性變化狀態。因此，研究不同截線距對應不同截齒的受力情況對滾筒截割性能影響的研究不具備指導意義。故，還需對不同截線距對應滾筒整體的受力情況進行對比，結果見表4。

表4 不同截線距對應滾筒整體的受力情況對比

如表4所示，隨著截線距的增大對應采煤機滾筒的整理受力值增大；而且，經對仿真數據的綜合分析還可得出：當截線距分別為65 mm時采煤機滾筒整體受力值波動較大，即此時采煤機滾筒截割生產時振動越劇烈[5]。因此，綜合考慮，截線距為60 mm時對應滾筒的截割性能最佳。

相同工況下，采煤機能耗為衡量其截割性能的關鍵指標。故，在上述研究的基礎上對相同工況下采煤機截割能耗進行對比研究，分別對相同工況下截割10 m3煤炭時的能耗進行研究，結果見表5。

表5 不同截線距對應采煤機截割能耗對比

如表5所示，當截線距為70 mm時，采煤機截割能耗最低；其次為截線距為80 mm。雖然，當截線距為60 mm和65 mm時對應滾筒的整體受力較小，但是對應截割同體積煤炭時能耗最高。因此，可得出當截線距為70 mm時對應采煤機的落煤量最大，從而導致其比能耗越小。

4 結語

1）隨著采煤機截線距增加，對應滾筒的受力值越大，即當截線距為60 mm時滾筒受力值越大，而當截線距為65 mm時，采煤機截割振動情況最劇烈。

2）以采煤機比能耗為考核指標，當截線距為70 mm時對應比能耗最低，而當截線距為60 mm、65 mm時比能耗最大。

綜合分析，將采煤機最佳截線距設定為70 mm，其對應的截割性能最優。