李曉豁

(遼寧工程技術大學 機械工程學院,遼寧 阜新 123000)

采煤機運動參數(shù)對工作面溫升的影響

李曉豁

(遼寧工程技術大學 機械工程學院,遼寧 阜新 123000)

采煤工作面的溫度關系到工人的健康、設備的使用性能和煤炭生產(chǎn)的安全。為了研究采煤機運動參數(shù)對工作面溫升的影響,建立了采煤機設計參數(shù)與工作面溫升關系的數(shù)學模型,分析了采煤機的牽引速度、滾筒轉速與工作面溫升之間的關系及其影響。模擬結果表明,采煤機的運動參數(shù)對工作面的溫升有直接的影響,工作面的溫度隨采煤機牽引速度的提高迅速增加,滾筒轉速對工作面的溫升影響較大;適當降低采煤機的牽引速度和滾筒轉速能降低采煤工作面的溫升。該結果為正確選擇采煤機的運動參數(shù)、減少采煤機工作發(fā)熱、降低采煤工作面溫升、進一步改善采煤工作面的環(huán)境提供了依據(jù)。

滾筒式采煤機;運動參數(shù);采煤工作面;溫度

0 引 言

近年來,由于經(jīng)濟建設對煤炭的需求,我國煤礦機械化開采強度在不斷提高,采煤工作面設備的裝機功率越來越大(僅采煤機的裝機功率就由原來的400 kW增加到現(xiàn)在的 2 000 kW,而且還有繼續(xù)增大的趨勢)。工作面空間狹小、通風條件有限,加之礦井開采深度與通風距離加大以及煤巖體原巖放熱,導致部分工作面的空氣溫度超過《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定的 26℃界限。采煤工作面的高溫問題日趨嚴重,形成礦井熱害。調(diào)查顯示[1-3],國有重點煤礦已有 29個礦井出現(xiàn)高溫,而且數(shù)量呈上升趨勢。工作面溫度的提高,不僅惡化作業(yè)環(huán)境,影響礦工的身體健康、降低設備的可靠性與工作壽命,還危及人員的安全。溫升過快和過高,會造成各機器工作機構動作緩慢無力,工作效率降低,影響煤炭產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。

在一定的地質(zhì)條件和通風條件下,工作面的溫度主要由工作設備決定。實測結果表明,在采煤機割煤時,機身表面的溫度通常在50℃左右,最高溫度可達 58℃以上,工作面的環(huán)境溫度高達 37℃?？梢?采煤機工作過程的放熱是采煤工作面溫升的主要熱源[4]。筆者根據(jù)所建立的數(shù)學模型,經(jīng)計算機模擬,研究滾筒運動參數(shù)對工作面溫升的影響,從采煤機設計的角度,探討降低工作面溫升、改善采煤工作面環(huán)境的方法。

1 數(shù)學模型

利用傳熱學、熱輻射的理論,把機器工作消耗的功率轉化為擴散熱,采煤機工作時向工作面輻射功率,按每天工作 8 h,采煤機參數(shù)與工作面溫升ΔT之間關系的數(shù)學模型[5]:

式中:kp——綜合轉化系數(shù);

B——滾筒寬度(采煤機截深),m;

H——工作面采高,m;

vq——牽引速度,m/min;

Hw——截割比能耗;

t——工作時間,s;

c——比熱容,J/(kg·K);

m——傳播媒質(zhì)的質(zhì)量,kg;

A——煤巖截割阻抗,N/mm;

bp——截齒切削寬度,cm;

Bc——煤巖脆性指標;

hmax——最大切屑厚度,hmax=100·vq/(i·n),cm;

i——每線齒數(shù);

n——滾筒轉速,r/min。

2 模擬與分析

為了考察采煤機運動參數(shù)與工作面溫升間的關系及其影響,以國產(chǎn)某型雙滾筒采煤機為例,利用所建立的采煤機參數(shù)與工作面溫升的數(shù)學模型,通過計算機模擬,研究采煤機的運動參數(shù) (采煤機牽引速度和滾筒轉速)對工作面溫升的影響。

2.1 牽引速度的影響

對于脆性級別Bc=3、截割阻抗A=200 N/mm的煤巖,采煤機滾筒寬度為 0.63 m、滾筒轉速36.9 r/m in,模擬得到工作面溫升隨采煤機牽引速度變化的模擬曲線,如圖 1所示。

圖1 牽引速度對工作面溫升的影響Fig.1 Effect of dragg ing speed on temperature rising on coalface

圖 1顯示,采煤工作面的溫度隨采煤機牽引速度的增加呈線形增大。由此可知,在增大牽引速度以提高采煤機生產(chǎn)率的同時,采煤工作面的溫升明顯增加。

2.2 滾筒轉速的影響

在采煤機牽引速度vq=2.5m/min、工況條件和其他參數(shù)不變的情況下,模擬求得滾筒轉速與工作面溫升關系的模擬曲線,如圖 2所示。

由圖 2可知,隨著滾筒轉速的提高,工作面的溫度呈拋物線形態(tài)增加。當滾筒轉速較低 (n<30 r/ min)時,溫升曲線隨滾筒轉速增加上升較快;當滾筒轉速超過 45 r/min以后,工作面溫升隨轉速增大呈平穩(wěn)增加態(tài)勢。由此可見,通過適當降低滾筒轉速可降低采煤工作面的溫度。

圖2 滾筒轉速對工作面溫升的影響Fig.2 Effect of drum rotational speed on temperature rising on coalface

2.3 綜合分析

取采煤機運動參數(shù)在一定范圍變化,模擬得到工作面溫升變化以及溫升的變化率如表 1所示。

表 1 采煤機運動參數(shù)變化對工作面溫升的影響Table 1 Effect of shearer kinematics parameters on temperature rising on coalface

模擬結果表明,在給定條件下,采煤機牽引速度、滾筒轉速增加的同時,工作面溫升隨之有不同程度的增大趨勢。當牽引速度從1m/min增大到12m/min時,工作面溫升增加了91.6%,工作面溫升增加較快。當滾筒轉速由 10 r/min增大到 70 r/ min后,采煤工作面的溫升增大約 62.2%,滾筒轉速變化對工作面溫度的影響也較明顯。

3 結 論

(1)采煤機的運動參數(shù)對工作面的溫升有直接的影響。

(2)工作面的溫度隨采煤機的牽引速度變化較大。

(3)滾筒轉速對工作面的溫升影響較大。

(4)適當降低采煤機的牽引速度和滾筒轉速能降低采煤工作面的溫升。

可見,在設計和使用采煤機的時候,合理地選擇采煤機的牽引速度和滾筒轉速,可以減少采煤機工作產(chǎn)生的高溫,降低采煤工作面的溫升,改善工作面的環(huán)境。

[1] 余恒呂,鄧 孝,陳碧琬,等.礦井地熱與熱害治理[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1991.

[2] 趙世軍,李勇軍.采面環(huán)境質(zhì)量和作業(yè)負荷對作業(yè)人員安全與健康影響的研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2003,30(6):25-27.

[3] 周西華,王繼仁,盧國斌.回采工作面溫度場分布規(guī)律的數(shù)值模擬[J].煤炭學報,2002,27(1):59-63.

[4] 周西華,王繼仁,梁 棟.采煤機對回采工作面分流溫度場影響[J].遼寧工程技術大學學報,2003,22(4):514-516.

[5] 李曉豁.采煤機參數(shù)與工作面溫升關系的數(shù)學模型[J].遼寧工程技術大學學報,2009,28(4):619-620.

Effect of shearermoving parameters on temperature rise on coalface

L I X iaohuo
(College ofMechanical Engineering,Liaoning TechnicalUniversity,Fuxin 123000,China)

A temperature on a coalface has a bearing on the worker health,the working performance of equipment,and the safety of coal production.This paper is an effort to investigate the effect of shearer kinematics parameterson temperature on a coalface by developing themathematicalmodelon the relationship between shearer design parameters and temperature rise and analyzing the relationship among dragging speed of a shearer and rotational speed of a drum and environment temperature on a coalface.The results show that shearer kinematics parameters have a direct influence on a temperature on a coalface, considerable increase in temperature on a coalface is accompanied by increases in the dragging speed,the rotational speed of drum has a greater effecton coalface temperature than shearer dragging speed,and the decrease in temperature on a coalface can be obtained by reasonably lowering the rotational speed of a drum and the dragging speed of a shearer.These conclusions lay a theoretical foundation for correctly determining shearer kinematics parameters,improving further design of a drum,lowering temperature,and bettering environment on a coal face.

drum shearer;kinematics parameter;coalface;temperature

TD421.61;TD401

A

1671-0118(2010)02-0094-03

2010-03-22

國家自然科學基金資助項目(59774033);國家煤礦安全監(jiān)察局安全生產(chǎn)科技發(fā)展指導性計劃項目(06-292);遼寧省教育廳創(chuàng)新團隊項目(2007T0683);大型工礦裝備實驗研究中心(遼寧省高校重點實驗室)開放基金資助項目(07-61);遼寧省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局安全生產(chǎn)科技發(fā)展計劃項目(09-340)

李曉豁(1953-),男,遼寧省錦州人,教授,博士生導師,研究方向:現(xiàn)代機械設計理論與方法、系統(tǒng)建模與仿真、機電液一體化技術、大型工礦裝備的動力學行為與控制技術、車輛動態(tài)特性與控制,E-mail:lixiaohuo@163.com。

(編輯晁曉筠)