趙春利

（大同煤礦集團(tuán)同地益晟煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037103）

引言

目前，在礦井煤巖開(kāi)采中，主要設(shè)備有刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)及液壓支架，三者統(tǒng)稱(chēng)為綜采工作面的“三機(jī)”，其中采煤機(jī)作為井下機(jī)械化開(kāi)采最主要的設(shè)備，是通過(guò)截割滾筒完成煤層截割作業(yè)，并將割落的煤巖裝入刮板輸送機(jī)中，即完成煤礦開(kāi)采的落煤、裝煤動(dòng)作，再通過(guò)順槽區(qū)的轉(zhuǎn)載機(jī)，將截割的煤塊輸送出綜采工作面[1]。實(shí)際在采煤作業(yè)時(shí)，通過(guò)煤壁側(cè)的滑靴，采煤機(jī)在刮板輸送機(jī)上滑動(dòng)，行走輪嚙合作用于刮板輸送機(jī)銷(xiāo)排，沿前進(jìn)工作面方向完成往復(fù)動(dòng)作，并利用調(diào)高油缸的調(diào)節(jié)作用，使截割滾筒能夠隨時(shí)適應(yīng)煤層的變化，完成割煤作業(yè)。同時(shí)，在滾筒的旋轉(zhuǎn)進(jìn)程中，采煤機(jī)上的螺旋葉片將割下的煤塊裝入刮板輸送機(jī)，完成裝煤動(dòng)作[2]。其中，采煤機(jī)的截割部就承擔(dān)著截煤、破煤工作，其組成部分包括截割滾筒、截割電機(jī)、搖臂減速齒輪組、搖臂等，其中截割電機(jī)為滾筒提供轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力源，并通過(guò)齒輪組與搖臂作用傳送給截割滾筒，帶動(dòng)滾筒作用完成煤截割巖動(dòng)作。由于影響采煤機(jī)截割生產(chǎn)率的因素較多，如滾筒直徑太小會(huì)降低煤塊的落煤量，太大反而會(huì)增大采煤機(jī)的耗能；如牽引速度太小會(huì)降低截割煤流量，太大也會(huì)降低裝煤效率[3]。因此，本文主要分析不同截割參數(shù)對(duì)采煤機(jī)生產(chǎn)率的影響，進(jìn)而確定合理的截割參數(shù)，保證截割出的煤層資源質(zhì)量，提高采煤機(jī)開(kāi)采率。

1 采煤機(jī)生產(chǎn)率介紹

生產(chǎn)率是衡量采煤機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，其定義是單位時(shí)間內(nèi)采煤機(jī)螺旋滾筒截割煤巖的總量，能很好地反映采煤機(jī)螺旋滾筒截割效率、截割性能，生產(chǎn)率計(jì)算公式如下：

式中：Qm是采煤機(jī)生產(chǎn)率，t/min；kθ是煤層傾角θ 下的工作因子；C 是實(shí)際工況連續(xù)工作因子，取值0.8；L是截割高度平均值，m；B 是截割深度均值，m；r 是煤壁平均密度，kg/m；Vq是牽引速度，m/min；ηθ是當(dāng)煤層傾角是θ 時(shí)采煤總煤巖中截割煤巖所占的比重；ni是含煤斷層個(gè)數(shù)；mi是某一斷層位置上截割煤質(zhì)量，kg；nj是含巖石斷層個(gè)數(shù)；mj是某一斷層位置上截割巖石質(zhì)量，kg；M 是煤壁總質(zhì)量[4]。

2 不同截割參數(shù)對(duì)采煤機(jī)生產(chǎn)率的影響研究

生產(chǎn)率能夠很好地反映采煤機(jī)螺旋滾筒的截割效率，但是在實(shí)際工況下，井下煤巖的煤層傾角、機(jī)械性能等存在很大差別，為獲得最優(yōu)的采煤機(jī)截割性能，截割參數(shù)的選取一定要合理，而采煤機(jī)截割參數(shù)的選取可通過(guò)生產(chǎn)率指標(biāo)進(jìn)行參考。

本文先對(duì)采煤機(jī)截割落煤巖質(zhì)量進(jìn)行分析，以煤層傾角是30°、采煤機(jī)牽引速度是11 m/min、截割深度是800 mm 的情況為研究對(duì)象，分析截割落煤巖質(zhì)量，得到下頁(yè)圖1 所示的截割落煤巖質(zhì)量圖。其中，由于在含斷層煤層中通常都含有一部分含巖石，所以當(dāng)煤層中形成斷層后，會(huì)導(dǎo)致斷層兩側(cè)煤的性質(zhì)出現(xiàn)差異，其煤層顆粒及巖石顆粒，即與之對(duì)應(yīng)的紅色、綠色和藍(lán)色煤巖石區(qū)域。

利用公式（2）對(duì)采煤機(jī)截割滾筒生產(chǎn)率進(jìn)行定量分析計(jì)算，圖1-1 中m1是紅色掉落的落煤質(zhì)量，在采煤機(jī)停止截割時(shí)脫落的總質(zhì)量為26 648 kg；圖1-2中m2是綠色掉落的落煤質(zhì)量，在采煤機(jī)停止截割時(shí)脫落的總質(zhì)量為26 613 kg；圖1-3 中m3是藍(lán)色掉落的落煤質(zhì)量，在采煤機(jī)停止截割時(shí)脫落的總質(zhì)量為2 556 kg。通過(guò)計(jì)算可得出，在此研究參數(shù)下，采煤機(jī)滾筒的生產(chǎn)率是18.94 t/min。

圖1 煤層傾角30°-牽引速度11 m/min-截割深度800 mm 情況下截割落煤巖質(zhì)量圖

在上述分析的基礎(chǔ)上，再對(duì)其余不同煤層傾角分別為30°、35°、40°，不同牽引速度分別為11 m/min、12 m/min、13 m/min，不同截割深度分別為800 mm、1 000 mm 共18 種研究參數(shù)下，計(jì)算分析截割落煤巖質(zhì)量和生產(chǎn)率指標(biāo)，如表1 所示。

對(duì)表1 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得出，當(dāng)煤層傾角和截割深度不變時(shí)，采煤機(jī)截割落煤巖質(zhì)量和生產(chǎn)率指標(biāo)隨牽引速度的增大而增大；當(dāng)牽引速度和截割深度不變時(shí)，采煤機(jī)截割落煤巖質(zhì)量和生產(chǎn)率指標(biāo)隨煤層傾角的增大而減小；當(dāng)煤層傾角和牽引速度不變時(shí)，采煤機(jī)截割落煤巖質(zhì)量和生產(chǎn)率指標(biāo)隨截割深度的增大而增大。

表1 不同截割參數(shù)下，采煤機(jī)截割落煤巖質(zhì)量及生產(chǎn)率

為進(jìn)一步深入分析不同煤層傾角對(duì)采煤機(jī)生產(chǎn)率的影響，以截割深度是800 mm 的研究參數(shù)為例，得到具體的煤層傾角與采煤機(jī)生產(chǎn)率的變化關(guān)系，如圖2 所示。

由圖2 可知，不同煤層傾角下，采煤機(jī)生產(chǎn)率有一定的差別，煤層傾角是30°下截割落煤最大；煤層傾角是40°下截割落煤最?。幻簩觾A角是35°下截割落煤相比較小，即采煤機(jī)生產(chǎn)率隨煤層傾角的增大而降低。同時(shí)還可看出，采煤機(jī)生產(chǎn)率隨牽引速度的增大而增大，當(dāng)牽引速度是13 m/min 時(shí)，采煤機(jī)生產(chǎn)率最大。

圖2 不同煤層傾角大小對(duì)采煤機(jī)生產(chǎn)率的變化關(guān)系

3 結(jié)論

為提高采煤機(jī)螺旋滾筒截割效率和截割性能，本文對(duì)截割參數(shù)進(jìn)行選取，主要分析不同煤層傾角30°、35°、40°，不同牽引速度11 m/min、12 m/min、13 m/min，不同截割深度800 mm、1 000 mm 共18 種研究參數(shù)下，采煤機(jī)截割落煤巖質(zhì)量和生產(chǎn)率指標(biāo)，結(jié)論是：

1）當(dāng)煤層傾角和截割深度不變時(shí)，采煤機(jī)截割落煤巖質(zhì)量和生產(chǎn)率指標(biāo)隨牽引速度的增大而增大；

2）當(dāng)牽引速度和截割深度不變時(shí)，采煤機(jī)截割落煤巖質(zhì)量和生產(chǎn)率指標(biāo)隨煤層傾角的增大而減小，且在不同煤層傾角下，采煤機(jī)生產(chǎn)率之間存在一定的差別；

3）當(dāng)煤層傾角和牽引速度保持不變時(shí)，采煤機(jī)截割落煤巖質(zhì)量和生產(chǎn)率指標(biāo)隨截割深度的增大而增大。