綜采面采煤機效率影響因素及改進措施分析

趙向榮

（山西高平科興牛山煤業有限公司，山西 高平 048400）

引言

采煤機的作用是對煤壁進行截割，并將截割下的煤體向刮板輸送機進行運送，在實際生產過程中就要保證采煤機螺旋滾筒的裝煤能力大于剝落煤體的能力，確保不會發生堵塞現象。因此，為了提升綜采面采煤機的開采效率，應合理設計采煤機滾筒的直徑以及滾筒葉片傾角，確保截割下的煤體能夠落入刮板輸送機中。直徑較大的滾筒，其落煤能力較大，堵塞現象不明顯，但滾筒直徑較小時，由于其落煤時速度較低，且煤體賦存空間也較小，堵塞現象也就較為嚴重。

1 工程實際

山西某煤礦3102 工作面采用綜合機械化采煤法對煤炭資源進行開采，其工作面平均煤厚3.8 m，工作面傾角2°～8°，頂底板巖性中等穩定，采用一次采全厚工藝。初步設計采用KSW-1500EU/3300V 型號電牽引采煤機對煤炭資源進行開采，如圖1 所示。在實際生產過程中效果并不理想，現對采煤機參數進行改進設計，以提高煤炭資源的開采效率，采煤機具體參數見表1。

表1 電牽引采煤機參數

圖1 KSW-1500EU/3300V 電牽引采煤機

2 采煤機割煤效率影響因素

2.1 滾筒以及筒體直徑

綜采工作面采煤機滾筒直徑的選擇對采煤機割煤效率有著直接的影響，直徑大的滾筒，其割煤效果較好。但當采煤機滾筒直徑大于一定范圍時，由于體積過大，需更大的采煤機電機功率進行帶動，造成的能耗也就越大。大直徑下采煤機滾筒進行煤壁截割時煤體的塊狀度也明顯降低，塊度低的煤價出售價格要低于大塊度煤體，這對煤炭的經濟效益造成了嚴重的影響。同時，當滾筒直徑大小固定時，采煤機簡體的直徑越大，葉片的高度也就越小。這造成的影響就是煤體截割時的葉片賦存空間會很小，造成煤體的堵塞現象，對采煤機滾筒的割煤效率產生嚴重的影響，甚至阻礙采煤機滾筒正常的煤壁截割作業[1]。

2.2 滾筒螺旋葉片的傾角

采煤機滾筒葉片的螺旋傾角指的是其螺旋線的切線與軸上的軸心夾成的角度，計算公式如下：

式中：a 為采煤機滾筒葉片的螺旋傾角；H 為螺旋導程；D 為滾筒葉片的直徑；s 為滾筒上的葉片數量；R為兩葉片間的螺距。

采煤機滾筒葉片在進行煤壁截割過程中的作業實質是通過滾筒葉片將破碎的煤塊推入刮板輸送機中，煤塊賦存在滾筒葉片當中，在滾筒轉動過程中，葉片會帶動煤塊向刮板輸送機轉動，其葉片轉動速度v的大小為：

式中：u 為采煤機滾筒的轉動速度。

由式（2）可以看出，采煤機滾筒的導程越大，運煤速度也就越快。因此可以得出結論，采煤機滾筒葉片的傾角增大時，對煤體的排出速度越快，裝煤效果也就更好；傾角變小時，對煤體排出的速度就越小，而且會造成滾筒葉片的堵塞。同樣在傾角過大時，由于對煤體拋出的力較大，很容易拋出到滾筒的另一側而不是落到刮板輸送機上，裝煤效果會大大降低。合理制定葉片傾角能夠顯著提升采煤機滾筒截割煤壁效率以及裝煤效率，經多次實驗測試，葉片傾角定在8°～28°時裝煤效果較高[2]。在對采煤機滾筒葉片的傾角進行調高設計的同時，裝煤效果會同步得到提高，但由于增大螺旋傾角的過程中煤壁的截割效果也在增加，因此產出的煤體總量也在增加，并沒有提高采煤工作面的滾筒裝煤效率。若持續增加采煤機滾筒的葉片傾角，則滾筒葉片的裝煤效率反而會開始下降，這不但會對生產效率產生影響，還會增加煤體在滾筒葉片中堵塞的現象。因此合理設計滾筒葉片的傾角，確保傾角設計能保證裝煤效率達到最大值的同時，采煤機對工作面煤壁的截割效果也會達到最優，從而達到增加采煤機開采效率的目的。另外葉片的導程對裝煤效率的提高也很有幫助，從上式可以看出，逐漸增大螺旋導程，滾筒裝煤速度會有所提高。但導程變化會增大對葉片的設計難度，僅適用于小直徑的滾筒，在本文不做考慮，可以確定當采煤機滾筒直徑較大時，其葉片的螺旋導程可以保持不變[3]。

2.3 滾筒葉片的數量

采煤機滾筒的導程是螺旋線旋轉一周的軸向距離，要確保滾筒旋轉一周時，葉片將煤推出的距離記為C，滾筒葉片的導程要大于這個距離，即H＞C，而葉片的數量要大于兩者的比值，即保證葉片的數量b≥H/C，這樣在采煤機滾筒旋轉一周時才能確保每一部分都有葉片的分布，否則將無法順利進行煤體裝運。

2.4 滾筒的轉向

此處的采煤機一般指綜采面雙滾筒采煤機，為保證采煤機滾筒截割時的截割阻力得到合理釋放，一般采煤機滾筒的兩個轉向是相反的。滾筒的轉向一般有正向反向兩種方式，當反向截割時，前滾筒進行順時針旋轉會減少煤塵排除，崩落出的碎煤也比較少，可保證工作面的工人安全作業。采用正向截割時，前滾筒產生的煤塵大且容易將碎塊煤體拋出，工作環境較為惡劣。一般來說反向截割作業適用于中厚煤層煤壁截割作業，而薄煤層開采一般使用正向截割，好處是在薄煤層中采煤機滾筒的直徑以及裝煤口的尺寸會受到限制，正向截割可提高采煤機裝煤效率。

3 改進措施

從采煤機滾筒葉片傾角以及采煤機截割工藝對采煤機開采效率進行改進處理，主要包括以下兩個方面：

1）采煤機作業過程中牽引速度提高會帶動葉片轉動速度同步增加，提高裝煤效果，但同時會增加對煤壁的截割量，煤體的總量也會增加，因此裝煤效率仍不能得到改善。通過設計合理的葉片傾角可減緩這種現象的發生，在保持采煤機牽引速度不變的情況下，提升葉片傾角大小，保持其軸向速度提高到最大值，經多次實驗設計為27°。此時若再增大葉片角度，軸向速度將開始降低。因此這個角度將對增大裝煤效率起到關鍵作用，同時對截割煤體的效果也不會產生較大影響。

2）對采煤機滾筒直徑的選取應符合煤礦實際生產條件，該煤礦工作面采高3.8 m，滾筒直徑設計不易過大，采煤機滾筒直徑仍為2 300 mm；更換采煤機滾筒葉片傾角，設計定為27°，并可根據具體截割工藝過程進行靈活調節；滾筒螺旋導程保持不變，采用反向截割方式，即前滾筒截割頂煤順時針截割，后滾筒截割底煤逆時針截割。具體工藝流程根據現場實際進行調整。因此改進后的KSW-1500EU/3300V 型號電牽引采煤機在工作面進行生產，經現場實際操控生產實驗，基本符合設計需要，比改進前工作面多產出煤炭20%，煤炭資源開采效率得到顯著提高[4-7]。

4 結語

經過對綜采面采煤機開采效率影響因素的分析，合理確定采煤機滾筒直徑的大小。采用正向、反向截割煤體的工藝和采煤機滾筒葉片數量的選擇，滾筒葉片傾角的設計，都會影響到采煤機開采效率。其中對采煤機滾筒葉片傾角的合理設計尤為重要，提高葉片傾角過程中，確保裝煤效率的提高而不是裝煤能力的提高，以保證截割出的煤體能夠全部運輸到刮板輸送機，這對采煤機開采效率的影響至關重要，根據現場實驗將采煤機滾筒葉片傾角設計為27°，在工作面實際生產過程中取得了良好的應用效果。這對煤炭企業的高產高效發展起到了關鍵作用。