刨煤机采煤综合参数优化研究.pdf

文章编号 一一一 刨煤机采煤综合参数优化研究 刘过兵 ‘, 陈胜利 “ 华北科技学院 , 河北三河 。 徐州矿务集团有限责任公司 , 江苏 徐州 摘要煤机未煤是薄煤层开采的一种较理怨的未煤工艺 , 但煤层赋存条件各异 , 对 刨煤煤机采煤有不 同程度的 影响 , 应用 效果也不同本文 对各种 影响 参数利 用数学手段进行定性定 量分析及优化 , 其研究 结果 对 刨煤机生产及应用具 有 广泛借鉴价值 。 关键词 刨煤机综合参数优化研究 中图分类号文献标识码 引言 煤炭是中国的主要能源 , 占一次能源的以上 。 中国煤炭储量丰富 , 但赋存条件多种多样 。 在全国 个国有重点矿务局中 , 个局处矿井都赋存有薄煤层 , 薄煤层总储量约亿 。 全 国国有重点煤 矿薄煤层可采储量占煤层可采总储量 的 。 如 山西 、 河北 、 四川 、 内蒙 、 贵州 、 东北 、 重庆公司 、 徐州 、 平顶 山 、 大同 、 枣庄等薄煤层赋存广泛 , 比重较大 。 煤炭是不能再生的能源 , 因此薄煤层的开采问题越来越突出 , 已是一个 无法回避和迫在眉睫的问题 。 刨煤机采煤是薄煤层较理想的一种采煤工艺 , 世界许多国家如德国 、 英国 、 比利时等刨煤机采煤都占了相 当大的比重 。 世界主要产煤国刨煤机采煤比重约占 , 而中国刨煤机上作面个数少 , 水平落后 , 发展潜 力很大 。 为尽快改变刨煤机采煤落后状况 , 必须下力气来研究刨煤工艺及存在 问题 , 加以解决尽快改进 , 赶 上世界先进水平 。 我国刨煤机应用不广泛 , 其主要原 因除机组性能存在 问题外 , 另一个更重要的原 因是对刨煤机认识普 遍不足 , 宣传不够 , 培训不到位 , 对一种新的工艺方式没有经验 。 另外我国也缺少对刨煤机开采技术的基础 研究和应用研究 , 如对煤层可刨性 的分类研究不够 , 刨煤机的刨削参数选择不合理 , 存在有较大 的盲目性 。 刨深参数 , 工作面参数的确定缺乏理论依据 , 选择欠合理 。再加之 对刨煤机故障诊断缺乏经验 , 使对刨煤机 的优点认识不足 。 机型择不 当 , 管理薄弱 , 致使刨煤机的优点未能充分发挥 , 而使其缺点更加突出 , 使得使 用者产生厌烦情绪 , 造成应用及推广 困难 。 煤层赋存条件对刨煤机采煤影响很大 , 各种地质参数 , 开采参数 , 机械参数 , 工艺参数都直接影响到刨 煤机采煤的效果 , 如果不能正确认识 , 合理选择与确定 , 并采取相应措施 , 刨煤机采煤则达不到 预期效果 , 甚至失败 。 包煤机采煤影响因素分析 大量研究表明 , 刨煤机采煤主要受十大因素的影响 , 主要是煤层硬度 , 煤层结构 , 地质构造 , 煤层底板 , 煤层直接顶 , 煤层老顶 , 煤层厚度 , 煤层节理裂 隙 , 煤层倾角和涌水瓦斯发火期等其他因素 。 但各影响因素 的重要程度是不相同的 , 在综合评判影响程度时 , 采用 “ 权 ”来决定其重要性 , 通过自下而上 的加权求和来 获得最终的综合量化值 , 并确定煤层使用刨煤机采煤的可行性程度 。 各因子的权重由多名专家赋值 , 然后 用统计方法最后确定而得 。 研究结果如表所示 。 收稿日期 一一 矿山压力与顶板 管理附 表各因素权重表 影响因素煤层硬度煤层厚度节理裂隙煤层结构煤层倾角煤层底板 老顶构造其它 权重 直接顶 综合参数优化研究 为了更好地进行定性和产量分析 , 优化参数 , 我们应用煤层可创性分类研究的结果 , 即把煤层按可刨 性分为五类 , 用分制表示可刨性指标 。 以 。表示最难刨 , 以表示最易刨 , 则从 。到 将煤层划分为五类见表所示 。 表煤层可刨性分类表 可刨性类型 可刨性指标 极难刨 簇 难刨八一般几易刨几极易刨 煤层硬度 煤的硬度是影响刨煤机使用效果的一个重要 因素 , 而煤层硬度与煤的成因 , 变质程度 , 胶结状况 , 化学 成分等有直接关系 。 煤质越硬 , 刨煤机的刨削阻力和横向反力越大 , 刨头运行稳定性也越差 , 功率消耗大 , 刨刀磨损快 , 设备使用寿命短 , 刨煤越 困难 。 我 国一般用煤的普氏系作为影响可刨性指标 , 经我们大量分析研究 , 煤块硬度系数与煤层可刨 性指标的关系数学表达式为 一 “ 〕 煤层厚度 国内外研究表明 , 煤层厚度小于时 , 使用刨煤机采煤比较有利 , 而当厚度大于时 , 采用滚 筒采煤机效益较好 。 虽然认为刨煤机开采上限厚度为 , 但应以取得最好经济效益为依据来选择回采 工艺 。 刨煤机采煤下限一般认为以为宜 。 煤层厚度单位与可刨性指标的关系数学表达式为 一一 镇 , 一 镇 一 簇镇 一 一 煤层节理裂隙 煤层刨削阻力的大小是煤层硬度 、矿 山压力、煤层 节理裂隙发育程度和存在方向等因素的综合反映 。 生产实践和研究证明 , 煤层的节理裂隙与工作面的相互位置关系 , 直接影响到刨削阻力 、 功率消耗 、 刨头的 稳定性 、 煤快大小以及刨刀等部件的损耗 。 实验表明 , 当刨煤方向与煤层主要节理裂 隙的夹角为 。时, 单 位能耗最小当节理裂 隙方 向与刨煤方向垂直时 , 刨削阻力最大当节理裂 隙与工作面方 向相交成 “ 时 , 单位耗能最大 。 主节理面和刨刀运行方向夹角中与煤层可刨性指标的关系数学表达式为 一中 必镇 ,〕 中 一 中 节理分布 系数 , , 即沿工作面方 向每米中节理的条数与可刨性指标的关系数学表达式为 ,,‘〕 了 煤层 结构 煤层结构对刨煤机采煤有较大影响 。 当煤层不粘顶时 , 煤刨的高度一般为煤层厚度的一 。 如果 煤层中有夹研层 , 将直接影响到刨头刨煤效果 。 夹砰太硬或含有结核物 , 则需辅以放炮处理 , 如果结核含量 低于则影 响不大 , 当夹研层位于刨头上部同样需用辅助方法处理 , 这样就增加了工序 , 影响正常刨 幽矿山压力与项板管理 煤 。 夹砰硬度用普氏系数几描述 , 与分类指标的关系数学表达式为 几几 ‘〕 一 一 ‘ “今 几 夹研厚度用夹研厚度 ’ , 与煤层厚度的比值即澎来描述 , 与分类指标的关系数学表达式则为 一一 ‘ 人 ‘ 入簇 ‘ 一 ‘‘ 镇 夹研位置用夹研底界至煤层底板的距离与煤层厚度的比值即 , 与分类旨标的关系数学表 达式为 一一十 镇 一 一 一 煤层倾角 包煤机对煤层倾角比较敏感 , 倾角大时 , 设备容易下滑 。 目前刨煤机一般用在 “ 以下的煤层较为有 利 , 少数用到倾角 。以上 的煤层 。 煤层倾角越大 , 上行刨煤阻力越大 , 机械故障明显增多 。 德国研制的单 向旋转连续刨煤机组 , 可用于倾角较大的煤层 。 煤层倾角与之间关系数学表达式为 一 镇 。 〔 ‘〕 一 一 煤层底板 煤层底板对刨煤机开采具有重要的影响 。 如果底板起伏不平 , 无论沿煤层走向或倾向不平 , 对煤刨的 运行 和机组 的推移都有很大影 响 , 会 出现 啃底 、 飘刀及刨头运行不稳等情况 。 尤其在倾斜方向 , 若 一 范围 内 , 倾角变化超过 。, 其机械故障将明显增加 , 啃底飘刀严重 , 不能正常刨煤 , 造成丢煤 、 煤质差 等问题 。 如果底板松软 , 易出现啃底 , 甚至扎入底板 。 底板越硬越平整则对刨煤机越有利 。 底板起伏程度用工 作面运输机竖向弯曲度来描述 , 与可刨性指标的关系数学表达式为 一 簇 。 ‘〕 一众, 底板硬度用普氏系数 几表示 , 其与可刨性指标的关系数学表达式为 一 乃 一 几几镇 ‘〕 几 煤层直接项 刨煤机刨头每次刨深小 , 顶板暴露面积小 , 刨煤时引起的顶板下沉量不大 , 顶板下沉不剧烈 , 加之刨速 快 , 可使控顶时间缩短 , 能较好地控制顶板 。 徐州矿区在复合顶板条件下 , 也较好地使用 了刨煤机 , 并取得 了较好的经济效益 。 直接顶用 国内统一顶板分类指标强度指数来表述 , 与可刨性指标的关系数学表达式为 一 镇 〔,〕 “ 煤层老项 从开切眼起 , 由于受支承压力的影响 , 煤壁被压酥 。 随工作面的推进 , 在移动支承压力的作用下煤壁压 酥对刨煤机非常有利 。 但随煤层硬度不同 , 老顶对煤层的作用效果也不尽相同 。 如果煤层软 , 支承压力作 用使煤壁片帮 , 给采煤和顶板管理造成困难 。 老顶用老顶周期来压步距与可刨性指标的关系数学表达式为 矿山压力与顶板管理幽 一一 〔 〕 一 一 地质构造 对刨煤机采煤影响比较大的地质构造主要是断层 。 小落差断层勘探失控的断层就会给刨煤带来严重 影响 。 断层不仅使顶板失去连续性造成顶板破碎 , 另一方面使顶板出现台阶 , 使煤厚发生变化 , 给刨煤造成 困难 。 研究和实践表 明 , 当断层落差小于倍煤厚时 , 顶板岩石坚硬 , 则需提前放炮处理 。 当断层落差大 于倍煤厚时 , 则刨煤机过断层难度增大 , 甚至造成工作面搬家 。 地质构造小断层用断层落差与煤层厚度的比来描述其影响程度 , 澎 与可刨性指标的关 系数 学表达式为 一 ‘‘ 人簇 〔 ‘〕 一 , 十 ‘ 一 断层分布即每万平方米的小断层条数即断层分布系数 ‘ 与可刨性指标的关系数学表达式为 一十 一 ‘己 ‘ 〔 ,〕 断层两侧岩石的普氏系数与可刨性指标的关系数学表达式为 一 一 镇 〔 ,〕 一 其它影响 工作面涌水较大时 , 会给运输 、 支护 、 管理带来困难 。 高瓦斯矿井使用刨煤机必须设计合理的风量和风 速 , 以便于排放瓦斯和散发热量 。 自燃发火期短的煤层 , 要使工作面保持一定的推进度和采取防止自然发 火的措施 , 以策安全 。 其它条件影响因素主要指淋水 、 瓦斯 、 自然 、 地温等因素 , 将其综合为极简单 、 简单 、 一般 、 复杂 、 极复 杂 , 并用指数来代表 , 极简单时为 。 , 极复杂时为 。 与的关系数学表达式为 一一 ‘〕 结论 在采用刨煤机采煤工艺时 , 应全面考虑各种因素和参数 , 以免造成生产过程中的困难 , 影响生产 效益和安全生产 。 综合参数优化时 , 将各种参数值代入公式求解 , 简单方便 。 并可直观得到和预测刨煤机的使用效 果 , 具有广泛的应用价值 。 在优化过程中 , 若出现极难刨范围数据时 , 则应考虑采用其他工艺方式采煤 , 或采取特殊措施处 理 。 刨煤机具有结构简单 , 造价低 , 检修方便 , 电机不进工作面 , 不拖电缆 , 工人不跟机作业 , 能耗低 , 块煤率高 , 粉尘小 , 产量高 , 工人劳动强度低 , 经济效益好等优点 。 在开采薄煤层时 , 只要条件适宜 , 应优先 选用刨煤机采煤 。 参考文献 〔 」刘过兵 , 陈胜利薄煤层煤层可刨性分类〔 」徐州 徐州矿务局 , 〔」 刘过兵刨煤机应用现状分析及发展前景展望〔〕 华北矿专学报 ,, 以 功塑 矿山压力与项板管理