截割参数对采煤机截割比能耗的影响研究

池 楠

（晋能控股煤业集团地煤青磁窑煤矿，山西 大同 037000）

引言

采煤机作为井下煤矿开采的关键设备，主要负责割煤、装煤等过程，采煤机的主要组成部件包括牵引部、截割部、液压部、电气控制装置及辅助装置等，其中牵引部为采煤机的重要组成构件，是实现采煤机沿工作方向循环往复动作的执行部件，并利用采煤机动作完成滚筒持续采煤落煤工作；液压部的主要工作是调高采煤机摇臂滚筒及升降调节护顶板、破碎机等；电气控制装置主要负责采煤机设备的开机、停机、牵引速度调节等；而截割部是采煤机的最关键核心构件，主要负责截煤、落煤等，利用采煤机摇臂齿轮减速箱的减速作用后，传送给滚筒，进而完成采煤、落煤工作，此外，截割部还是降低采煤机截割能耗、提高截割生产效率的重要部件，因此，为提高矿用采煤机滚筒截割煤岩的工作效率[1-3]，本文就针对影响采煤机截割性能的3 个参数，即煤层倾角、采煤机牵引速度、截割深度进行分析研究[4-7]，进而提高采煤机的截割效率。

1 不同煤层倾角对采煤机截割比能耗的影响

通过分析在截割深度是800 mm 和1 000 mm 下，不同煤层倾斜角30°、35°和40°对应不同牵引速度11 m/min、12 m/min 和13 m/min，得到如表1 所示的采煤机性能关系表。

从表1 可以看出，在截割深度是800 mm 时，不同牵引速度为11 m/min、12 m/min、13 m/min 条件下，在煤层倾角是30°时，对应的采煤机截割比能耗分别是0.98、0.80、0.72；在煤层倾角是35°时，对应的截割比能耗分别是1.01、0.84、0.79；在煤层倾角是40°时，对应的截割比能耗分别是1.06、0.90、0.84。对比可知，当采煤机牵引速度、截割深度不变时，煤层倾角35°比煤层倾角30°的截割性能分别提升4.95%、7.14%、6.33%；煤层倾角40°比35°的截割性能分别提升4.95%、7.14%、6.33%。采用同样的方法，分析截割深度是1 000 mm 时，煤层倾角是35°比30°的截割性能分别提升3.70%、6.89%、5.06%；煤层倾角40°比35°的截割性能分别提升4.46%、6.45%、8.43%。因此，综合可得出，随着煤层倾角的增大，采煤机截割比能耗也同步升高。

表1 不同截割参数对采煤机截割性能的关系

由表1 还可以看出，在煤层倾角是30°、采煤机牵引速度是13 m/min 时，采煤机截割比能耗最小；截割深度1 000 mm 相比于800 mm，由于增大了滚筒的截割阻力，因此采煤机截割比能耗也相应地增加。综合上述可得出，在截割深度是800 mm、煤层倾角是30°、牵引速度是13 m/min 的条件下，采煤机截割比能耗最优[8-12]。

2 不同牵引速度对采煤机截割比能耗的影响

采煤机截割进程中一个重要参数就有牵引转速，采煤机牵引速度是指采煤机沿煤壁截割前进方向上的行走速度。采煤机牵引速度的大小影响着采煤机的截割性能，若速度设置太大，造成滚筒叶片不能及时抛出煤岩，在滚筒上积累的煤块经过多次不断碾压形成实煤，使滚筒的载荷增大，不仅降低了采煤机的截割效率，也浪费资源；若速度设置较小时，可提升落煤量，也可提高采煤效率。因此，必须确定合理的牵引速度，才能发挥好采煤机的工作性能。

在上页表1 的数据分析基础上，研究在截割深度是800 mm，对应不同牵引速度11 m/min、12 m/min、13 m/min 下，得到采煤机截割比能耗的曲线图，如图1所示。

图1 截割深度800 mm 时不同牵引速度对采煤机截割比能耗的影响

由图1 可知，当煤层倾角和截割深度不变时，随着采煤机牵引速度的增大，采煤机截割比能耗是逐渐减小的。

为更加深入分析牵引速度与采煤机截割比能耗的关系，以截割深度是800 mm、煤层倾角是30°研究参数为例，对应不同牵引速度和采煤机截割比能耗进行拟合，得到图2 所示的关系图。

图2 不同牵引速度与采煤机截割比能耗的关系曲线

从图2 可得出，牵引速度与采煤机截割比能耗的关系是y=0.058x2-1.511x+10.58，由此可知，牵引速度与采煤机截割比能耗的变化关系成幂函数。较小的牵引速度对应较大的截割比能耗，但是如果牵引速度太小，反而会降低采煤机截割效率。较大的牵引速度会增大滚筒的扭矩，造成在截割进程中采煤机的波动。

3 不同截割深度对采煤机截割比能耗的影响

在煤层倾角30°、35°和40°，牵引速度11 m/min、12 m/min 和13 m/min 时，即研究在相同煤层倾角、牵引速度，对应的截割深度从800 mm 增大至1 000 mm 的截割比能耗，如图3 所示。

由图3 可以看出，随着截割深度的增加，采煤机截割比能耗也随之增加，由于截割深度增大，相应地增大了采煤机滚筒的承载载荷，造成单位体积截割煤岩所做的功也增大。

图3 不同截割深度对采煤机截割比能耗的变化关系

4 结论

为提高矿用采煤机螺旋滚筒截割煤岩的工作效率，本文就针对影响采煤机截割性能的3 个参数，即煤层倾角、采煤机牵引速度、截割深度进行分析研究，结论是：

1）当牵引速度和截割深度不变时，随着煤层倾角的增大，采煤机截割比能耗也同步升高。

2）当煤层倾角和截割深度不变时，随着采煤机牵引速度的增大，采煤机截割比能耗是逐渐减小的，且牵引速度与采煤机截割比能耗的变化关系成幂函数。

3）当煤层倾角和牵引速度不变时，随着截割深度的增加，采煤机截割比能耗也随之增加。

4）牵引速度对采煤机截割比能耗影响最大，截割深度影响相比较小，而煤层倾角影响最小。