薄煤层滚筒式采煤机截割能力确定与评价方法

李成伟等

摘要：为确定薄煤层滚筒式采煤机截割能力，应首先满足采煤机滚筒单齿提供的平均截割力大于在考虑地质条件、截齿几何形状等因素下滚筒截割煤岩时单齿所需要的截割力，然后按照滚筒不发生堵转、装煤能力、截割性能和最佳切削厚度等综合确定滚筒的合理转速，获得最佳的工作性能；并指出了薄煤层采煤机获得较好的截割性能的途径和方法。

关键词：薄煤层 滚筒式采煤机 截割能力 转速

滚筒式采煤机是综采工作面的关键设备，其工作性能的好坏直接影响到工作面的生产效率。对薄煤层开采而言，采煤机不但具有截割煤体的能力，而且还需在遇到煤层变薄、夹矸层、过断层等情况下截割一定厚度顶底板岩石的能力，与中厚煤层采煤机相比应更具有较强的截割力。中厚煤层采煤机往往采用低转速来获得较大截割力，而薄煤层采煤机为获得较好的装煤效果往往采用较高的转速，因此有必要考虑在一定地质条件和滚筒转速的情况下对其截割能力进行确定与评价。

1 镐型截齿破煤岩截割力计算分析

根据单齿在煤岩体表面进行截割的受力分析，同时考虑截齿的几何形状、矿山压力、煤岩的物理机械性质等影响因素，作用在截齿上的平均截割力P1按下式计算：

由式（1）看出，在考虑一定地质条件和截齿几何形状的条件下，影响截割煤岩所需要的截割力的主要因素有：煤岩的截割阻抗、煤岩的抗拉强度、截割深度和截齿形状等。

2 滚筒式采煤机滚筒截割能力计算

采煤机滚筒的截割能力不但与截齿自身材料和强度有关，而且与采煤机滚筒的牵引速度、装机功率、滚筒转速和滚筒尺寸等密切相关。

在不计传动损失时，滚筒采煤机原有的截割能力为：

Z——单个滚筒的截齿总数。由式（2～4）可以看出，在采煤机装机功率（N）和滚筒直径（D）一定时，滚筒具有的截割力矩和单齿截割力与滚筒转速与截齿数成反比例关系。因此，在薄煤层开采条件下，滚筒具有较好的截割能力，还应考虑滚筒装煤要求，并按最佳切屑厚度和最佳截距的原则，获得合理的滚筒截齿数和滚筒转速，从而提高滚筒的平均截割力和单齿截割力，实现强力截割。

3 薄煤层采煤机滚筒截割能力的确定

在薄煤层开采技术条件下，薄煤层采煤机滚筒参数的确定要考虑的因素较多。滚筒不但要具有截割坚硬煤层的能力，而且要具有截割夹矸层、一定厚度顶底板岩石的能力，所以在确定采煤机截割参数时，要充分考虑到在一定地质条件、截齿几何形状等因素影响下滚筒单纯截割煤岩时单齿所需要的截割力（P1），即采煤机滚筒单齿平均截割力所满足的临界条件为：P2≥P1。

此时，采煤机才不会在过负荷状态下工作，保护采煤机摇臂销轴和摇臂电机不受损坏，也可减小采煤机截齿消耗量，延长采煤机的使用寿命。

4 薄煤层采煤机滚筒合理转速的确定

4.1 滚筒不发生堵转的临界转速

采煤机滚筒除完成截割要求外，应能将破碎下来的煤装入运输机中。

因此，滚筒转速的最低值必须保证在一定采煤机生产率下，按滚筒的装煤能力大于其截割能力来确定。若滚筒实际转速低于滚筒临界转速，则滚筒装煤能力小于其落煤能力，滚筒工作中将出现堵塞现象。

4.2 保证获得最佳切削厚度的转速

从理论上讲，除滚筒转速必须大于临界转速外，为了降低截割比能耗，增大块煤率和减少粉煤量，还应考虑与牵引速度的匹配，以保证在常用牵引速度范围内，能获得较大的切屑厚度。

根据试验研究切屑厚度与截割比能耗呈双曲线的变化关系，与截割阻力成正比关系。所以，可取能耗较少的切屑厚度为最佳切屑厚度，一般取30～60mm。对于薄煤层而言，在小直径滚筒情况下按照最佳切削厚度计算的滚筒转速要大于滚筒不发生堵转时计算的滚筒转速。在滚筒转速确定之后，要按照（1）式和（4）式验证滚筒转速的合理性，以获得较好的滚筒截割性能。

5 结语

①在薄煤层开采技术条件下，薄煤层采煤机滚筒参数的确定要考虑的因素较多。滚筒不但具有截割坚硬煤层的能力，而且具有截割夹矸层、一定厚度顶底板岩石的能力，所以在确定采煤机截割参数时，首先应满足采煤机滚筒单齿所提供的平均截割力（P2）大于或等于在考虑一定地质条件、截齿几何形状等因素影响下滚筒单纯截割煤岩时单齿所需要的截割力（P1），即：P2≥P1。

此时，采煤机才不会在过负荷状态下工作，保护采煤机摇臂销轴和摇臂电机不受损坏，也可减小采煤机截齿消耗量，延长采煤机的使用寿命。

②滚筒具有的截割能力取决于采煤机的装机功率、滚筒直径、转速和滚筒的截齿数。对薄煤层采煤机而言，应在考虑采煤机截割能力、装煤要求，并按最佳切屑厚度和最佳截距的原则，获得合理的滚筒截齿数和滚筒转速，从而提高滚筒的平均截割力和单齿截割力实现强力截割。

③对薄煤层采煤机而言，应按照滚筒不发生堵转、满足装煤要求、截割性能和最佳切削厚度等综合确定滚筒的合理转速。在滚筒转速确定之后，要按照（1）式和（4）式验证滚筒转速的合理性，以获得较好的滚筒截割性能。

④根据薄煤层采煤机对不同硬度的煤层有更强的适应性，考虑到截割夹矸层和一定厚度顶底板的需要，采煤机最好设计成双速或多速滚筒，以使采煤机能获得最佳的截割工况和截割效率。

参考文献：

[1]刘春生.滚筒式采煤机理论设计基础[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[3]周洁，朱正龙，陈均伟.低速截割是提高滚筒采煤机截割能力的有效途径[J].煤矿机械，2008，29（10）：146-147.

[4]施平，赵友军，苟苛.提高采煤机滚筒综合性能的研究[J].煤矿机械，2011，32（06）：100-102.

[5]刘春生，陈晓平.采煤机截割与牵引功率匹配的理论方法[J].黑龙江科技学院学报，2011，21（01）：57-60.

作者简介：

李成伟（1984-），男，河南新蔡人，硕士研究生，助教，从事煤矿开采技术与安全生产方面的研究与教学。endprint

摘要：为确定薄煤层滚筒式采煤机截割能力，应首先满足采煤机滚筒单齿提供的平均截割力大于在考虑地质条件、截齿几何形状等因素下滚筒截割煤岩时单齿所需要的截割力，然后按照滚筒不发生堵转、装煤能力、截割性能和最佳切削厚度等综合确定滚筒的合理转速，获得最佳的工作性能；并指出了薄煤层采煤机获得较好的截割性能的途径和方法。

关键词：薄煤层 滚筒式采煤机 截割能力 转速

滚筒式采煤机是综采工作面的关键设备，其工作性能的好坏直接影响到工作面的生产效率。对薄煤层开采而言，采煤机不但具有截割煤体的能力，而且还需在遇到煤层变薄、夹矸层、过断层等情况下截割一定厚度顶底板岩石的能力，与中厚煤层采煤机相比应更具有较强的截割力。中厚煤层采煤机往往采用低转速来获得较大截割力，而薄煤层采煤机为获得较好的装煤效果往往采用较高的转速，因此有必要考虑在一定地质条件和滚筒转速的情况下对其截割能力进行确定与评价。

1 镐型截齿破煤岩截割力计算分析

根据单齿在煤岩体表面进行截割的受力分析，同时考虑截齿的几何形状、矿山压力、煤岩的物理机械性质等影响因素，作用在截齿上的平均截割力P1按下式计算：

由式（1）看出，在考虑一定地质条件和截齿几何形状的条件下，影响截割煤岩所需要的截割力的主要因素有：煤岩的截割阻抗、煤岩的抗拉强度、截割深度和截齿形状等。

2 滚筒式采煤机滚筒截割能力计算

采煤机滚筒的截割能力不但与截齿自身材料和强度有关，而且与采煤机滚筒的牵引速度、装机功率、滚筒转速和滚筒尺寸等密切相关。

在不计传动损失时，滚筒采煤机原有的截割能力为：

Z——单个滚筒的截齿总数。由式（2～4）可以看出，在采煤机装机功率（N）和滚筒直径（D）一定时，滚筒具有的截割力矩和单齿截割力与滚筒转速与截齿数成反比例关系。因此，在薄煤层开采条件下，滚筒具有较好的截割能力，还应考虑滚筒装煤要求，并按最佳切屑厚度和最佳截距的原则，获得合理的滚筒截齿数和滚筒转速，从而提高滚筒的平均截割力和单齿截割力，实现强力截割。

3 薄煤层采煤机滚筒截割能力的确定

在薄煤层开采技术条件下，薄煤层采煤机滚筒参数的确定要考虑的因素较多。滚筒不但要具有截割坚硬煤层的能力，而且要具有截割夹矸层、一定厚度顶底板岩石的能力，所以在确定采煤机截割参数时，要充分考虑到在一定地质条件、截齿几何形状等因素影响下滚筒单纯截割煤岩时单齿所需要的截割力（P1），即采煤机滚筒单齿平均截割力所满足的临界条件为：P2≥P1。

此时，采煤机才不会在过负荷状态下工作，保护采煤机摇臂销轴和摇臂电机不受损坏，也可减小采煤机截齿消耗量，延长采煤机的使用寿命。

4 薄煤层采煤机滚筒合理转速的确定

4.1 滚筒不发生堵转的临界转速

采煤机滚筒除完成截割要求外，应能将破碎下来的煤装入运输机中。

因此，滚筒转速的最低值必须保证在一定采煤机生产率下，按滚筒的装煤能力大于其截割能力来确定。若滚筒实际转速低于滚筒临界转速，则滚筒装煤能力小于其落煤能力，滚筒工作中将出现堵塞现象。

4.2 保证获得最佳切削厚度的转速

从理论上讲，除滚筒转速必须大于临界转速外，为了降低截割比能耗，增大块煤率和减少粉煤量，还应考虑与牵引速度的匹配，以保证在常用牵引速度范围内，能获得较大的切屑厚度。

根据试验研究切屑厚度与截割比能耗呈双曲线的变化关系，与截割阻力成正比关系。所以，可取能耗较少的切屑厚度为最佳切屑厚度，一般取30～60mm。对于薄煤层而言，在小直径滚筒情况下按照最佳切削厚度计算的滚筒转速要大于滚筒不发生堵转时计算的滚筒转速。在滚筒转速确定之后，要按照（1）式和（4）式验证滚筒转速的合理性，以获得较好的滚筒截割性能。

5 结语

①在薄煤层开采技术条件下，薄煤层采煤机滚筒参数的确定要考虑的因素较多。滚筒不但具有截割坚硬煤层的能力，而且具有截割夹矸层、一定厚度顶底板岩石的能力，所以在确定采煤机截割参数时，首先应满足采煤机滚筒单齿所提供的平均截割力（P2）大于或等于在考虑一定地质条件、截齿几何形状等因素影响下滚筒单纯截割煤岩时单齿所需要的截割力（P1），即：P2≥P1。

此时，采煤机才不会在过负荷状态下工作，保护采煤机摇臂销轴和摇臂电机不受损坏，也可减小采煤机截齿消耗量，延长采煤机的使用寿命。

②滚筒具有的截割能力取决于采煤机的装机功率、滚筒直径、转速和滚筒的截齿数。对薄煤层采煤机而言，应在考虑采煤机截割能力、装煤要求，并按最佳切屑厚度和最佳截距的原则，获得合理的滚筒截齿数和滚筒转速，从而提高滚筒的平均截割力和单齿截割力实现强力截割。

③对薄煤层采煤机而言，应按照滚筒不发生堵转、满足装煤要求、截割性能和最佳切削厚度等综合确定滚筒的合理转速。在滚筒转速确定之后，要按照（1）式和（4）式验证滚筒转速的合理性，以获得较好的滚筒截割性能。

④根据薄煤层采煤机对不同硬度的煤层有更强的适应性，考虑到截割夹矸层和一定厚度顶底板的需要，采煤机最好设计成双速或多速滚筒，以使采煤机能获得最佳的截割工况和截割效率。

参考文献：

[1]刘春生.滚筒式采煤机理论设计基础[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[3]周洁，朱正龙，陈均伟.低速截割是提高滚筒采煤机截割能力的有效途径[J].煤矿机械，2008，29（10）：146-147.

[4]施平，赵友军，苟苛.提高采煤机滚筒综合性能的研究[J].煤矿机械，2011，32（06）：100-102.

[5]刘春生，陈晓平.采煤机截割与牵引功率匹配的理论方法[J].黑龙江科技学院学报，2011，21（01）：57-60.

作者简介：

李成伟（1984-），男，河南新蔡人，硕士研究生，助教，从事煤矿开采技术与安全生产方面的研究与教学。endprint

摘要：为确定薄煤层滚筒式采煤机截割能力，应首先满足采煤机滚筒单齿提供的平均截割力大于在考虑地质条件、截齿几何形状等因素下滚筒截割煤岩时单齿所需要的截割力，然后按照滚筒不发生堵转、装煤能力、截割性能和最佳切削厚度等综合确定滚筒的合理转速，获得最佳的工作性能；并指出了薄煤层采煤机获得较好的截割性能的途径和方法。

关键词：薄煤层 滚筒式采煤机 截割能力 转速

滚筒式采煤机是综采工作面的关键设备，其工作性能的好坏直接影响到工作面的生产效率。对薄煤层开采而言，采煤机不但具有截割煤体的能力，而且还需在遇到煤层变薄、夹矸层、过断层等情况下截割一定厚度顶底板岩石的能力，与中厚煤层采煤机相比应更具有较强的截割力。中厚煤层采煤机往往采用低转速来获得较大截割力，而薄煤层采煤机为获得较好的装煤效果往往采用较高的转速，因此有必要考虑在一定地质条件和滚筒转速的情况下对其截割能力进行确定与评价。

1 镐型截齿破煤岩截割力计算分析

根据单齿在煤岩体表面进行截割的受力分析，同时考虑截齿的几何形状、矿山压力、煤岩的物理机械性质等影响因素，作用在截齿上的平均截割力P1按下式计算：

由式（1）看出，在考虑一定地质条件和截齿几何形状的条件下，影响截割煤岩所需要的截割力的主要因素有：煤岩的截割阻抗、煤岩的抗拉强度、截割深度和截齿形状等。

2 滚筒式采煤机滚筒截割能力计算

采煤机滚筒的截割能力不但与截齿自身材料和强度有关，而且与采煤机滚筒的牵引速度、装机功率、滚筒转速和滚筒尺寸等密切相关。

在不计传动损失时，滚筒采煤机原有的截割能力为：

Z——单个滚筒的截齿总数。由式（2～4）可以看出，在采煤机装机功率（N）和滚筒直径（D）一定时，滚筒具有的截割力矩和单齿截割力与滚筒转速与截齿数成反比例关系。因此，在薄煤层开采条件下，滚筒具有较好的截割能力，还应考虑滚筒装煤要求，并按最佳切屑厚度和最佳截距的原则，获得合理的滚筒截齿数和滚筒转速，从而提高滚筒的平均截割力和单齿截割力，实现强力截割。

3 薄煤层采煤机滚筒截割能力的确定

在薄煤层开采技术条件下，薄煤层采煤机滚筒参数的确定要考虑的因素较多。滚筒不但要具有截割坚硬煤层的能力，而且要具有截割夹矸层、一定厚度顶底板岩石的能力，所以在确定采煤机截割参数时，要充分考虑到在一定地质条件、截齿几何形状等因素影响下滚筒单纯截割煤岩时单齿所需要的截割力（P1），即采煤机滚筒单齿平均截割力所满足的临界条件为：P2≥P1。

此时，采煤机才不会在过负荷状态下工作，保护采煤机摇臂销轴和摇臂电机不受损坏，也可减小采煤机截齿消耗量，延长采煤机的使用寿命。

4 薄煤层采煤机滚筒合理转速的确定

4.1 滚筒不发生堵转的临界转速

采煤机滚筒除完成截割要求外，应能将破碎下来的煤装入运输机中。

因此，滚筒转速的最低值必须保证在一定采煤机生产率下，按滚筒的装煤能力大于其截割能力来确定。若滚筒实际转速低于滚筒临界转速，则滚筒装煤能力小于其落煤能力，滚筒工作中将出现堵塞现象。

4.2 保证获得最佳切削厚度的转速

从理论上讲，除滚筒转速必须大于临界转速外，为了降低截割比能耗，增大块煤率和减少粉煤量，还应考虑与牵引速度的匹配，以保证在常用牵引速度范围内，能获得较大的切屑厚度。

根据试验研究切屑厚度与截割比能耗呈双曲线的变化关系，与截割阻力成正比关系。所以，可取能耗较少的切屑厚度为最佳切屑厚度，一般取30～60mm。对于薄煤层而言，在小直径滚筒情况下按照最佳切削厚度计算的滚筒转速要大于滚筒不发生堵转时计算的滚筒转速。在滚筒转速确定之后，要按照（1）式和（4）式验证滚筒转速的合理性，以获得较好的滚筒截割性能。

5 结语

①在薄煤层开采技术条件下，薄煤层采煤机滚筒参数的确定要考虑的因素较多。滚筒不但具有截割坚硬煤层的能力，而且具有截割夹矸层、一定厚度顶底板岩石的能力，所以在确定采煤机截割参数时，首先应满足采煤机滚筒单齿所提供的平均截割力（P2）大于或等于在考虑一定地质条件、截齿几何形状等因素影响下滚筒单纯截割煤岩时单齿所需要的截割力（P1），即：P2≥P1。

此时，采煤机才不会在过负荷状态下工作，保护采煤机摇臂销轴和摇臂电机不受损坏，也可减小采煤机截齿消耗量，延长采煤机的使用寿命。

②滚筒具有的截割能力取决于采煤机的装机功率、滚筒直径、转速和滚筒的截齿数。对薄煤层采煤机而言，应在考虑采煤机截割能力、装煤要求，并按最佳切屑厚度和最佳截距的原则，获得合理的滚筒截齿数和滚筒转速，从而提高滚筒的平均截割力和单齿截割力实现强力截割。

③对薄煤层采煤机而言，应按照滚筒不发生堵转、满足装煤要求、截割性能和最佳切削厚度等综合确定滚筒的合理转速。在滚筒转速确定之后，要按照（1）式和（4）式验证滚筒转速的合理性，以获得较好的滚筒截割性能。

④根据薄煤层采煤机对不同硬度的煤层有更强的适应性，考虑到截割夹矸层和一定厚度顶底板的需要，采煤机最好设计成双速或多速滚筒，以使采煤机能获得最佳的截割工况和截割效率。

参考文献：

[1]刘春生.滚筒式采煤机理论设计基础[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[3]周洁，朱正龙，陈均伟.低速截割是提高滚筒采煤机截割能力的有效途径[J].煤矿机械，2008，29（10）：146-147.

[4]施平，赵友军，苟苛.提高采煤机滚筒综合性能的研究[J].煤矿机械，2011，32（06）：100-102.

[5]刘春生，陈晓平.采煤机截割与牵引功率匹配的理论方法[J].黑龙江科技学院学报，2011，21（01）：57-60.

作者简介：

李成伟（1984-），男，河南新蔡人，硕士研究生，助教，从事煤矿开采技术与安全生产方面的研究与教学。endprint