优化采煤机参数 提高原煤块率.pdf

科技情报开发与经济 S C I ／T E C HI N F O R M A T I O ND E V E L O P M E N T ＆E C O N O M Y 2 0 0 5 年第1 5 卷第1 0 期 文章编号1 0 0 5 6 0 3 3 2 0 0 5 1 0 - 0 2 4 7 0 2 优化采煤机参数提高原煤块率 李书平 晋城煤业集团凤凰山矿，山西晋城，0 4 8 0 0 7 摘要根据采煤机截割机构与煤体相互作用的规律以及截齿的破煤机理，分析了采 煤机截割参数和牵引参数对煤炭块率和块量的影响，并通过实践证明，优化采煤机参 数是提高原煤块率的有效途径。 关键词采煤机；切屑厚度；牵引速度；滚筒转速；原煤块率 中图分类号T D 4 2 1 ．6文献标识码A 根据煤炭市场对煤炭产品的需求，不同品种的块煤倍受市场和用户 的关注，原煤块率和块量成为影响企业效益的重要因素。下面从优化采 煤机截割参数和牵引参数的角度，谈谈如何提高块煤量，提高工作面源 头煤炭块率。 1 采煤机破煤机理 生产过程中，块煤量的多少、块率的高低在很大程度上取决于煤的 抗破碎性能，即煤的机械强度性质。试验证明，煤的抗压强度、抗剪强度、 抗拉强度的关系如下占压哂剪哂拉 1 O ．3 0 ．0 5 。可见，煤最易受剪切和拉伸 破坏。采煤机就是充分利用剪切和拉伸作用进行破煤。 对层理、节理发育的煤层，煤的破坏形式主要为不规则的自由破裂， 通过截齿楔劈和摩擦作用将煤体剥落成大小、形状不同的块煤，煤粉仅 产生在截齿撞击煤体的瞬间，块煤量和块率相对较高。 对于坚硬、层理和节理不发育的煤层，煤体自由破碎的可能性小， 破坏形式主要为强制破碎。齿尖撞击煤体后，首先形成扇形或锥形的 小洞，随着滚筒的连续旋转和截割，靠齿身侧面挤压碎煤，逐步加深沟 槽，最后通过截齿的冲击、楔劈和摩擦作用将煤体剥落成大小、形状不 同的块煤。 2 决定工作面源头块率的因素分析 收稿日期2 0 0 5 - - 0 3 2 0 根据采煤机的破煤机理，决定工作面源头块率高低的因素主要是采 煤机破煤过程中的切屑厚度 切屑宽度或切屑高度 。实践证明，切屑厚 度增大具有以下优点第一，切屑厚度增大，煤尘减少，根据实验，当切屑 厚度增加倍时，产生的粉煤量相应地减少一半。第二，随着切屑厚度的 增大，煤被破碎的次数减少，块煤量增多，同时，采煤机载荷变化的频率 大大降低，有利于提高采煤机寿命。第三，切屑厚度增加，单位能耗一般 按双曲线规律下降。当切屑厚度在5c m 1 0c m 时，多数煤种单位能耗分 别具有最小值。第四，截煤过程中的摩擦力在截煤阻力中所占的比例减 少，截齿磨损率降低。 因此，无论从提高工作面块率，还是从降低采煤比能耗出发，选择较 大的切屑厚度都是合理的。根据目前所使用的采煤机类型，切屑厚度可 达到5c m - 1 0c m 。 3 采煤机参数与切屑厚度 切屑宽度或切屑高度 的关系 3 ．1 采煤机牵引速度与切屑厚度 底板和外墙内表面均容易出现结露。根据国际游泳池设计标准规定，池厅 内空气的含湿量不能大于1 4g C k g ，即相当于空气露点温度不超过2 0 ℃。 为达到上述要求，在池厅内采用热风防结露。在池厅上部共设置了5 台50 0 0 m 3 空气处理机，通过5 根d 4 0 0 m m 玻璃钢风管，在风管斜向上 侧均匀布置4 2 个条缝送风口，向屋面底板送热风，以提高屋面底板内壁 温度。另外，在池厅外窗中部梁下及玻璃门上沿设置了一排风幕，向下吹 风，以保证下部玻璃内壁的温度。 6 节能和热回收 由于池厅采用不循环的全空气系统，加上室内空气焓值很高，若直 接将室内空气排出室外，将造成能源的极大浪费。根据国外的资料综合 分析，在冬季总耗热量中，用于池区采暖和送排风的热量约占总耗热的 1 ／2 。游泳馆采用空气一空气热回收系统，即利用进风和排风两股不同空 气的温差，通过新风处理机，对进风进行预热，以达到热回收的目的。为 此，在三层平台处设一6 00 0 0m 3 的全热回收型新风换气机 焓回收率达 7 0 ％以上 ，池厅排出的热风经新风换气机后排出，而进入池厅的新风则 经新风换气机预热后送至空气处理机，从而使供暖负荷减低，达到节能 的目的。 责任编辑白尚平 第一作者简介杨爱明，男，1 9 7 1 年5 月生，1 9 9 3 年毕业于同济大学 给水排水专业，工程师，宁波大学建筑设计研究院，浙江省宁波市， 3 1 5 2 1 1 ． T h eH e a t i n ga n dA i r c o n d i t i o n i n gD e s i g nf o raG y m n a s i u m C e n t r e ’SN a t a t o r i u mi naC e r t a i nC i t y Y A N G A i - m i n g ，C H E N GJ i a n - h u a ，Y UZ h i - f e n g A B S T R A C T T h i sp a p e ra n a l y z e so nt h es e l e c t i o no ft h ed e s i g n - u s e dp a r a m e t e r si nt h eh e a t i n ga n da i r c o n d i t i o n i n g d e s i g n ，t h eh e a t i n ga n da i r c o n d i t i o n i n gd e s i g no ft h ep o o lr o o m ，a n dt h ev e n t i l a t i n gm e t h o do ft h en a t a t o r i u m ，a n d a d v a n c e ss o m ec o u n t e r m e a s u r e sf o rt h ec o n d e n s a t i o n - p r o o fa n de n e r g yc o n s e r v a t i o n ． K E Y W O R D S n a t a t o r i u m ；h e a t i n ga n da i r - c o n d i t i o n i n gd e s i g n ，d e s i g np a r a m e t e r ，e n e r g yc o n s e r v a t i o n 2 4 7 万方数据 李书平优化采煤机参数提高原煤块率本刊E - m a i h b j b m a i l ．s x i n f o ．n e t经验交流 采煤机的牵引速度是影响切屑厚度、决定落煤块度和块量的重要参 数。当采煤机的牵引速度V 。很慢时，截齿几乎是在原地旋转，不能切人 煤壁，切割下来的只是些碎屑和粉尘。当牵引速度达到一定值时，才会切 下片状煤块。随着牵引速度的增大，滚筒吃刀深度逐渐增大，每个截齿的 切屑厚度相应增加，每次破落的煤块沿工作面倾向的尺寸增大，煤的块 度加大，块煤产出量增加，块率提高。但牵引速度的增大有一定的限度， 否则又会带来其他不利影响。 3 ．2 滚筒转速与切屑厚度 由于滚筒截齿在截割过程中的运动轨迹接近于一条渐开线，因此， 当牵引速度一定时，滚筒转速 即截割速度 降低，每个截齿的切屑厚度 增大，同样可以取得加大吃刀深度和角度的效果。 同时，根据动量定理脚和- P ，滚筒转速减小，截齿的截割速度较 小，对煤体中已成块的块煤冲击力较弱，割煤过程中造成的块率损失较 小，也有利于增加块煤量。目前，新型采煤机的截割速度为3m ／s 一5m ／s ， 少数可达到2m ／s ，滚筒转速～般为2 5r ／r a i n ～4 0r ／m i n 。但必须注意，滚筒 转速的降低有一定限度，最低转速要大于其临界转速，以保证滚筒装煤 的需要。 可见，采煤机牵引速度与滚筒转速只有保持一个恰当的比例关系才 能对块煤量和工作面块率起到有效的作用。如果截齿的线速度大大超过 采煤机的牵引速度，截齿的吃刀深度将明显减小，使煤的块度减小，粉尘 率增大；相反，如果牵引速度过分大于截齿的线速度，则又会引起吃刀太 深的一些缺点。一般割硬煤时，牵引速度应适当降低，截割速度相对提 高；割软煤时，应适当提高采煤机的牵引速度，调节好采煤机牵引速度与 截齿速度之问的比例关系。 3 ．3 截距与切屑高度 适当提高牵引速度，降低滚筒转速，都是通过增加切屑厚度来增加 块煤的产出率。减少截齿数量，增大截距，则是通过增大切屑宽度和切屑 高度来增加块煤量，提高煤炭块率。 根据滚筒截齿在煤体上的截割规律，沿采煤机运行方向上看，各截 齿的运动轨迹为平行直线。适当增大截齿在螺旋叶片上的安装距离，可 以增大截线截距，增大切屑宽度和高度，增加破落煤块沿工作面推进方 向和采高方向上的尺寸，提高块煤量和工作面块率。 3 ．4 截齿数量与切屑宽度 根据采煤机吃刀深度h 与牵引速度”、滚筒转速n 、同一截线上的截 齿数量m 的关系式h v ／n m ，减少同一条截线上的截齿数量，可有效增大 吃刀深度，提高块煤量和工作面块率。实践证明，截齿配置采用一线一齿 的反向配置方式，使截齿排列的螺旋线方向与叶片的螺旋线方向相反， 粉煤产生量小，块煤量明显增加。 3 ．5 叶片外圆直径和滚筒轮毂直径的比例对块煤量和块率的影响 滚筒轮毂直径D 愈大，则滚筒容纳碎煤量的空问愈小，碎煤在滚筒 内循环和被重复破碎的可能性增大。在满足筒毂内安装轴承和传动齿轮 的条件下，保持叶片外圆直径与筒毂直径的适当比例，能有效减小块煤 损失。实践证明，当滚筒直径大于lm 时，保持D y ／D 。≥2 ，即叶片高度要 大于或等于筒毂直径，能有效减少落煤在滚筒转运过程中的重复破碎， 减少块煤损失，提高块率。 表l 牵引速度对工作面块■、块率的影响 牵引速度／ a ／r a i n 参数截齿数量 4 - 55 - 66 7 产量／ e 班4 9 44 2 03 3 0滚筒使用6 7 块量／ t ／班3 2 62 8 52 3 7个镐形截齿 块率，％6 66 87 2 产量／ t ／班 4 9 44 2 0 3 3 0滚筒使用6 7 块量／ t ／班3 4 13 1 52 6 l个镐形截齿 块率，％6 97 57 9 合理的切屑厚度和截齿排列可以有效地提高工作面块煤量，提高生 产率，并可以达到采煤比能耗最小。但是切屑厚度与牵引速度成正比，调 整牵引速度时，切屑厚度随之变化，这就不能经常保证合理的切屑厚度， 只有当滚筒转速也能调整时，找到牵引速度与截割速度的最佳比值，才 能经常保持合理的切屑厚度，才能有效地增加工作面块煤量，提高工作 面源头块率。 4 优化采煤机参数以提高工作面块率 以凤凰山矿应用最广泛的A M 一5 0 0 型采煤机为例，分析其最佳牵 引速度和截齿排列与工作面块煤量及块率的关系。 A M 一5 0 0 型采煤机滚筒转速n 3 3d m l n ，同一截线上的截齿数量 m 3 ，使用刀型截齿，其截齿有效长度为7 5m m ，由于值t 一 7 0 ％的截齿有 效长度，即t 5 2 ．5I l l s ，计算得最佳牵引速度为 y 爿m “10 0 0 5 2 ．5 x 3 x 3 3 ／10 0 0 - 5 ．1 9 7r d m i n 因此，工作面采煤机牵引速度控制在5m ／m i n 一6r r d m i n ，割煤时产 生的块率最高，一般情况下，上层工作面块率可达6 5 ％～6 8 ％，下层工 作面块率可达5 3 ％～5 6 ％，过高或过低的牵引速度，工作面的块率均低 于上述水平，采煤机的牵引速度控制在5m ／r a i n ～6n f f m i n 之间为最佳 状态。 表1 是凤凰山矿3 3 11 综采工作面在采煤机运行参数修订前后工作 面产量、块量、块率的对比情况。 从表1 分析可以看出，当采煤机牵引速度控制在5m ／m i n 。6t r d m i n ， 滚筒截齿数量为3 3 个镐形截齿时，效果最好。此时既能有效地提高工作 面块量和块率，又不使产量大幅度下降，此方案比修订采煤机参数前块 率提高约5 ％。 以上从选择采煤机截割参数和牵引参数的角度，对如何增加综采工 作在块煤量，提高工作面块率以及它们之间的关系进行了阐述。实践证 踞，合理优化采煤机参数，使采煤机牵引和截割与煤体之间取得最佳匹 配，将大大有利于煤炭块率的提高。 责任编辑薛培荣 第一作者简介李书平，男，1 9 6 9 年生，1 9 9 2 年毕业于山西矿业学院 采矿工程系，工程师，晋城煤业集团风凰山矿科教中心，山西省晋城市， 0 4 8 0 0 7 ． I n c r e a s i n gt h eB l o c kR a t i oo fR a wC o a lt h r o u g hO p t i m i z i n g t h eP a r a m e t e r so ft h eC o a lC u t t e r L IS h u - p i n g A B S T R A C T A c c o r d i n gt ot h er e g u l a t i o n so ft h em u t u a la c t i o n sb e t w e e nt h ec u t t i n gd e v i c eo ft h ec o a lc u t t e ra n dt h ec o a l b o d ya n dt h em e c h a n i s mo f c o a lb r e a k i n go ft h ep i c k s ，t h i sp a p e ra n a l y z e so nt h ei n f l u e n c eo ft h ec u t t i n gp a r a m e t e r sa n d p u l l i n gp a r a m e t e r so ft h ec o a lc u t t e rO i lt h eb l o c kr a t i oa n db l o c ka m o u n to ft h ec o a l ，a n dp o i n t so u tt h a to p t i m i z i n gt h e p a r a m e t e r so ft h ec o a lc u t t e ri st h ee f f e c t i v ew a yf o ri n c r e a s i n gt h eb l o c kr a t i oo ft h er a wc o a l ． K E YW O R D S c o a l c u t t e r ；d e p t ho fc u t ；p u l l i n gs p e e d ；r o t a t i o n a ls p e e do fc y l i n d e r ；b l o c kr a t i oo fr a wc o a l 2 4 8 万方数据