滾筒位置參數及搖臂厚度對裝煤性能的影響研究

劉彬彬

（晉能控股煤業集團晉牛公司，山西 臨汾 041079）

引言

綜采工作面生產能力與采煤機截割能力、支護質量、裝煤性能等相關。采煤機裝煤性能的提升對提升工作面生產效率具有間接促進作用，為保證煤礦生產效益具有重要意義。影響滾筒采煤機裝煤性能的因素包括有采煤機滾筒的結構參數、運動參數、煤層條件參數以及滾筒的位置參數和搖臂的結構。因此，針對滾筒位置參數和搖臂厚度對滾筒式采煤機裝煤性能的影響進行研究，具體闡述如下。

1 滾筒采煤機裝煤理論研究

滾筒式采煤機的主要任務包括有截煤和裝煤，目前針對截煤方向的研究已經很深入，而針對裝煤的研究還處于瓶頸階段，對提升滾筒采煤機的裝煤效率存在一定的限制。滾筒式采煤機包括有拋射裝煤和推擠裝煤[1]。從理論層面分析，影響滾筒式采煤機裝煤性能的主要因素除了與采煤機本身結構參數相關外，還與直接接觸的煤層特性、滾筒工作時的動態參數相關。

其中，直接接觸的煤層特性包括有煤炭的摩擦系數、濕度、粒度大小、松散系數和孔隙性等；采煤機滾筒本身的結構參數包括有滾筒的直徑、葉片邊緣的直徑、葉片內緣螺旋升角和外緣螺旋升角；滾筒工作時的動態參數包括有滾筒的旋轉方向、轉速。具體表現為：煤炭的粒度越大其對應的裝煤率越高；采煤機滾筒的直徑越大，截割深度越小其對應的裝煤率越高；采煤機滾筒葉片的螺旋升角越小，葉片的包角越大，其對應的裝煤率越高；在實際生產中需合理控制采煤機的牽引速度和滾筒的轉速使得滾筒的填充系數達到最佳，實現最大的裝煤率。

本文采用仿真模擬手段分別對滾筒位置參數和搖臂厚度對裝煤性能的影響機理進行研究。

2 仿真模型的搭建

為真實反應綜采工作面的截煤、裝煤狀態，除了本文所研究的主體采煤機和煤壁外，還為其添加液壓支架、刮板輸送機等設備，綜采工作面的生產情況如圖1所示：

圖1 綜采工作面生產示意圖

如圖1所示，采煤機在實際截割過程中所截割的原煤在螺旋葉片的作用下，一部分被拋灑至采空區，而另一部分被拋至滾筒的末端[2]。其中：被拋灑至采空區的原煤由刮板輸送機運輸；被拋灑至滾筒末端的原煤一部分由于搖臂的阻擋被反彈回去形成浮煤或循環煤，另一部分原煤由于煤壁和刮板輸送機的中間位置存在一定的距離，被滯留在煤壁和刮板輸送機中間形成道浮煤。由此看來，滾筒的位置參數及其配套設備的結構參數對采煤機的裝煤率具有重大影響[3]。本文將對采煤機滾筒搖臂的厚度、滾筒底端與刮板輸送機中部槽的垂直距離、煤壁與刮板輸送機中部槽的水平距離三項參數對采煤機的裝煤率進行研究。

所搭建的仿真模型的基本參數尺寸如下頁表1所示。

除上述基礎參數外，基于所搭建的模型分別對采煤機滾筒搖臂厚度為275 mm、300 mm、325 mm、350 mm；煤壁與刮板輸送機中部槽的水平距離為150 mm、200 mm、250 mm、300 mm以及煤壁與刮板輸送機中部槽垂直距離為-120 mm、-60 mm、0 mm、60 mm、120 mm、180 mm不同情況下的裝煤性能進行仿真分析，所搭建的基礎仿真模型如圖2所示：

表1 仿真模型中基本參數尺寸

圖2 采煤機裝煤性能仿真模型

3 仿真結果分析

本節將分別對采煤機滾筒搖臂的厚度、滾筒底端與刮板輸送機中部槽的垂直距離、煤壁與刮板輸送機中部槽的水平距離三項參數對采煤機的裝煤率影響的仿真結果進行分析。

3.1 滾筒底端與刮板輸送機中部槽的垂直距離對裝煤率的影響

滾筒底端與刮板輸送機中部槽的垂直距離分別為-120 mm、-60 mm、0 mm、60 mm、120 mm、180 mm。與此同時，模型中對應搖臂的厚度為350 mm，煤壁與刮板輸送機中部槽的水平距離為250 mm，采煤機運行中對應的牽引速度為2 m/min，采煤機滾筒的旋轉速度為60 r/min，其對應的仿真結果如表2所示：

表2 不同滾筒底端與刮板輸送機中部槽的垂直距離下的裝煤率

如表2所示，當滾筒底端與刮板輸送機中部垂直距離的絕對值越大時其對應煤炭的裝煤率越高[4]。在上述仿真基礎上，分別對滾筒轉速分別為90 r/min、120 r/min下對應的裝煤率進行仿真，得出，隨著滾筒轉速的增大對應煤炭的裝煤率增加。

3.2 煤壁與刮板輸送機中部槽的水平距離對裝煤率的影響

煤壁與刮板輸送機中部槽的水平距離分別為150 mm、200 mm、250 mm、300 mm。與此同時，模型中對應搖臂的厚度為350 mm，滾筒底端與刮板輸送機中部槽的垂直距離為60 mm，采煤機運行中對應的牽引速度為2 m/min，采煤機滾筒的旋轉速度為60 r/min，其對應的仿真結果如表3所示：

表3 不同煤壁與刮板輸送機中部槽的水平距離下的裝煤率

如表3所示，當滾筒底端與刮板輸送機中部水平距離增大時其對應煤炭的裝煤率越低。因此，為提升采煤機的裝煤率應在合理范圍內盡可能地減小煤壁與刮板輸送機中部槽的水平距離。

3.3 搖臂厚度對裝煤率的影響

搖臂厚度分別為275 mm、300 mm、325 mm、350 mm。與此同時，模型中對應搖煤壁與刮板輸送機中部槽的距離為260 mm，滾筒底端與刮板輸送機中部槽的垂直距離為60 mm，采煤機運行中對應的牽引速度為2 m/min，采煤機滾筒的旋轉速度為60 r/min，其對應的仿真結果如表4所示：

表4 不同搖臂厚度下的采煤機裝煤率

如表4所示，隨著采煤機搖臂厚度的增加對應采煤機的裝煤率減小[5]。在此基礎上，分別對滾筒轉速為90 r/min、120 r/min下對應采煤機的裝煤率進行仿真分析，得到同樣的結論，而且滾筒轉速越高對應采煤機的裝煤率降低。

4 結論

1）當滾筒底端與刮板輸送機中部垂直距離的絕對值越大時其對應煤炭的裝煤率越高，隨著滾筒轉速的增大對應煤炭的裝煤率增加。

2）當滾筒底端與刮板輸送機中部水平距離增大時其對應煤炭的裝煤率越低。

3）隨著采煤機搖臂厚度的增加對應采煤機的裝煤率減小，而且滾筒轉速越高對應采煤機的裝煤率降低。