对刨削深度及混合刨煤优化分析

贾东修鲁连喜张迎军王则行

1.铁法煤业集团晓南矿 2.铁法煤业集团地测处 辽宁调兵山 112700

对刨削深度及混合刨煤优化分析

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1.铁法煤业集团晓南矿 2.铁法煤业集团地测处 辽宁调兵山 112700

刨削深度是刨煤工作面工艺技术的关键。刨深选取过大，会导致刨头载荷过大，引起输送机过载，影响正常运行时间；刨深过小，刨煤量不能满足生产能力要求。

本文对晓南矿N1-1403刨煤工作面刨深进行了优化分析，为实现高产高效提供了技术依据，达到了降低能耗及材料损耗的目的。由于该工作面长度达到了242.5m，当刨头以高于运输机的速度运行，叠加装煤对运输机超载运输也进行了分析。

刨削深度；叠加装煤；混合刨煤；单位能耗

引言

在刨煤时，需要克服刨煤阻力和装煤阻力。因此，消耗的能量和刨深有关，希望在刨煤过程中，用尽可能少的能量刨削更多的煤，故用单位能耗来衡量刨煤机的能量利用率。在设计回采工艺时，应该给出刨深的合理变化范围，在使用刨煤机时也应尽量维持这个范围不变。但是由于煤层的赋存条件、煤层的物理机械性质和工作面地质条件的随机性，改变刨深也是正常的。

对于硬度相同的煤层，减小截割深度则截割力也随之减小；对于硬度不同的煤层，减小截割深度则能使截割力保持在一定的水平。因此，适当地控制刨煤深度便可有效地提高刨煤机截割硬煤的能力。根据附图分析可知，如将刨深控制在110mm以内，则实际消耗功率接近于2×400kW滑行刨的装机功率。在减小刨深的同时可考虑提高开机率，来增加工作面的效益，即如果每次刨深由60mm减为30mm，而同时开机率由30%提高到60%，那么这两种运行状况所得到的产量是相同的。

以单位能耗最小为目标优化刨削深度

在一定的煤层条件下，煤的性质如煤层抗截强度A是确定的，刨头结构、刨刀的相关参数及其他系数均为定值，截线距t和崩落角α均可表示为刨削深度H的函数。因此，单位能耗仅是h的函数，则设计变量为：

单位能耗是指刨削单位体积的煤所作的功。在刨煤过程中，消耗在落煤和装煤上的能量是在设计刨煤机时需要考虑的关键问题之一。这里仅考虑刨刀刨削力（包括与煤壁之间产生的摩擦力）和刨头的装煤力所作的功。因此，将单位能耗作为目标函数，则有：

式中：

HW---单位能耗，（kWh）/m3；

W1---刨削力（包括煤壁摩擦力）作的功，kWh；

W2---装煤力作的功，kWh；

V---刨削煤的体积，m3。

其中，刨削下来的煤的体积

式中：

H---刨煤机工作面煤层采高，m；

h---刨深，m；

Lb---刨头的运行距离，m。

刨削深度受刨刀的结构限制，不应超过刨刀露于刀座之外的长度（即刨刀外露长度）。若在脆性很大的煤层，截割时崩落角很大，可适当增加刨深进行刨削，但以不超过刀座较宽部位为宜。因此，有：

式中：

lP---刨刀的外露长度，cm。

数学模型和选用求解方法

以单位能耗最小为目标的优化设计数学模型为

采用外惩罚函数法编制程序对刨深进行优化，得到优化结果。经过多次反复计算，再考虑其他因素，就能给出刨深的合理变化范围。

本工作面优化计算

工作面参数以及刨煤机部分参数如下：

结论

由优化程序得到的优化结果：刨深h=10.5cm时，单位能耗最小，为0.41（kWh）/cm3。还要结合其他影响因素，才能最终确定合理刨深。

优化结果表明，刨深越大时，单位能耗越小。因此，在设计时应尽量选择较大的刨深，以降低能耗。但在实际应用中，需要考虑输送机供载情况以及生产能力等情况，然后再合理选择。N1-1403工作面下行刨煤时，由于运输机与刨头同向运行，严重制约了运输机运力，为防止运输机局部超载后煤矸窜至下帮影响安全生产，刨深设定为2.5cm，实践证明，减少停机次数，会增加上行（大刨深）刨煤开机率，对提高产能效果明显。N1-1403工作面当月生产28天，产煤达到了11.5万吨，设备运行平稳，生产过程中没有超负荷现象。

[1]J.克拉克等.薄煤层开采技术[M].海国治等译.煤炭工业出版社，1990 年

[2]樊玉泉.复杂条件下薄煤层矿井高产高效[M].煤炭工业出版社，1997 年

[3]陈引亮.中国刨煤机采煤技术[M].煤炭工业出版社，2000年

[4]Bialy W.hartl clal reserves in Ploand in aspect of coal plough use possibility[j].Przeglad Gorniczy，2004(1)

贾东修、男、高工、现任晓南矿工程地测大队队长。