滚筒位置参数及摇臂厚度对装煤性能的影响研究

2021-06-05刘彬彬

机械管理开发 2021年4期

刘彬彬

（晋能控股煤业集团晋牛公司，山西临汾 041079）

引言

综采工作面生产能力与采煤机截割能力、支护质量、装煤性能等相关。采煤机装煤性能的提升对提升工作面生产效率具有间接促进作用，为保证煤矿生产效益具有重要意义。影响滚筒采煤机装煤性能的因素包括有采煤机滚筒的结构参数、运动参数、煤层条件参数以及滚筒的位置参数和摇臂的结构。因此，针对滚筒位置参数和摇臂厚度对滚筒式采煤机装煤性能的影响进行研究，具体阐述如下。

1 滚筒采煤机装煤理论研究

滚筒式采煤机的主要任务包括有截煤和装煤，目前针对截煤方向的研究已经很深入，而针对装煤的研究还处于瓶颈阶段，对提升滚筒采煤机的装煤效率存在一定的限制。滚筒式采煤机包括有抛射装煤和推挤装煤[1]。从理论层面分析，影响滚筒式采煤机装煤性能的主要因素除了与采煤机本身结构参数相关外，还与直接接触的煤层特性、滚筒工作时的动态参数相关。

其中，直接接触的煤层特性包括有煤炭的摩擦系数、湿度、粒度大小、松散系数和孔隙性等；采煤机滚筒本身的结构参数包括有滚筒的直径、叶片边缘的直径、叶片内缘螺旋升角和外缘螺旋升角；滚筒工作时的动态参数包括有滚筒的旋转方向、转速。具体表现为：煤炭的粒度越大其对应的装煤率越高；采煤机滚筒的直径越大，截割深度越小其对应的装煤率越高；采煤机滚筒叶片的螺旋升角越小，叶片的包角越大，其对应的装煤率越高；在实际生产中需合理控制采煤机的牵引速度和滚筒的转速使得滚筒的填充系数达到最佳，实现最大的装煤率。

本文采用仿真模拟手段分别对滚筒位置参数和摇臂厚度对装煤性能的影响机理进行研究。

2 仿真模型的搭建

为真实反应综采工作面的截煤、装煤状态，除了本文所研究的主体采煤机和煤壁外，还为其添加液压支架、刮板输送机等设备，综采工作面的生产情况如图1所示：

图1 综采工作面生产示意图

如图1所示，采煤机在实际截割过程中所截割的原煤在螺旋叶片的作用下，一部分被抛洒至采空区，而另一部分被抛至滚筒的末端[2]。其中：被抛洒至采空区的原煤由刮板输送机运输；被抛洒至滚筒末端的原煤一部分由于摇臂的阻挡被反弹回去形成浮煤或循环煤，另一部分原煤由于煤壁和刮板输送机的中间位置存在一定的距离，被滞留在煤壁和刮板输送机中间形成道浮煤。由此看来，滚筒的位置参数及其配套设备的结构参数对采煤机的装煤率具有重大影响[3]。本文将对采煤机滚筒摇臂的厚度、滚筒底端与刮板输送机中部槽的垂直距离、煤壁与刮板输送机中部槽的水平距离三项参数对采煤机的装煤率进行研究。

所搭建的仿真模型的基本参数尺寸如下页表1所示。

除上述基础参数外，基于所搭建的模型分别对采煤机滚筒摇臂厚度为275 mm、300 mm、325 mm、350 mm；煤壁与刮板输送机中部槽的水平距离为150 mm、200 mm、250 mm、300 mm以及煤壁与刮板输送机中部槽垂直距离为-120 mm、-60 mm、0 mm、60 mm、120 mm、180 mm不同情况下的装煤性能进行仿真分析，所搭建的基础仿真模型如图2所示：

表1 仿真模型中基本参数尺寸

图2 采煤机装煤性能仿真模型

3 仿真结果分析

本节将分别对采煤机滚筒摇臂的厚度、滚筒底端与刮板输送机中部槽的垂直距离、煤壁与刮板输送机中部槽的水平距离三项参数对采煤机的装煤率影响的仿真结果进行分析。

3.1 滚筒底端与刮板输送机中部槽的垂直距离对装煤率的影响

滚筒底端与刮板输送机中部槽的垂直距离分别为-120 mm、-60 mm、0 mm、60 mm、120 mm、180 mm。与此同时，模型中对应摇臂的厚度为350 mm，煤壁与刮板输送机中部槽的水平距离为250 mm，采煤机运行中对应的牵引速度为2 m/min，采煤机滚筒的旋转速度为60 r/min，其对应的仿真结果如表2所示：

表2 不同滚筒底端与刮板输送机中部槽的垂直距离下的装煤率

如表2所示，当滚筒底端与刮板输送机中部垂直距离的绝对值越大时其对应煤炭的装煤率越高[4]。在上述仿真基础上，分别对滚筒转速分别为90 r/min、120 r/min下对应的装煤率进行仿真，得出，随着滚筒转速的增大对应煤炭的装煤率增加。

3.2 煤壁与刮板输送机中部槽的水平距离对装煤率的影响

煤壁与刮板输送机中部槽的水平距离分别为150 mm、200 mm、250 mm、300 mm。与此同时，模型中对应摇臂的厚度为350 mm，滚筒底端与刮板输送机中部槽的垂直距离为60 mm，采煤机运行中对应的牵引速度为2 m/min，采煤机滚筒的旋转速度为60 r/min，其对应的仿真结果如表3所示：