高块率采煤机螺旋滚筒技术改造

许乐

摘要：从提高煤炭产品块率和装载效率的目的出发 ，结合本地矿区的煤层开采特征 ，对采煤机螺旋滚筒的截齿、滚筒结构、工艺措施等几个技术改造的关键部分进行了分析。

关键词：截齿；块率；滚筒改造

由于块煤产品用于化工合成氨造气优于焦碳 ，故市场竞争力很强 ，经济效益显著。多年来 ，企业一直把提高产品块率列为生产中的关键技术进行攻关 ，其中研究设计高效高块率采煤机是提高煤炭块率的源头和关键。实践证明 ，高效高块率采煤机滚筒的改造技术上可行 ，经济效益明显。

一、采煤机螺旋滚筒截齿技术改造

1、截齿截入深度

本次研制的采煤机螺旋滚筒选用镐形截齿。镐形截齿刀尖呈圆锥形 ， 刀头材料为硬质合金 ，没有切削刃 ，利用点击和尖劈作用来截煤和破煤。采煤机截煤时截齿受力简图如图 1 所示。截齿的截割阻力与截齿截入深度成正比。

式中， Z 为截割阻力（N） ； A为截割阻力系数（N/cm） ；h 为截齿截入深度（cm） 。A 值反映被截割煤的机械性能。推进阻力 Y 是在截齿向煤层推进时产生的 ，主要与截齿的类型、磨钝程度、截槽形状和煤的机械性能有关。根据煤层的地质条件和要截割煤的机械性能 ，为了达到良好的出煤块度 ， 必须合理确定截齿的截入深度。截齿的截入深度是和滚筒的转速、采煤机的牵引速度相关的。为了达到滚筒高效高块率截煤的效果 ， 还必须加大单齿截深和切削面积。随着截齿截入煤体深度的加大 ， 使被截割煤体中包容大量的裂缝 ， 截煤时煤从裂缝中破碎 ， 相对减少了截齿的单位能耗 ， 摩擦力在总截割阻力中所占的比重也相应减少。俄罗斯柯琴斯基矿业研究院的研究结论表明 ， 单齿的截割深度达50～80mm时 ， 其能耗最低 ， 其单齿切割面积可达到15～50cm2。在煤质许可的条件下， 要达到高效高块率的截割目的 ， 单齿截割深度及切削面积应最接近或达到其上限的规定。根据上述分析 ， 本次在改造 AM500 采煤机滚筒时， 研制了 TG118/ 6130 滚筒 ， 选用伸出长度较大的镐形截齿J GT35/ 100 。经过现场多次试验 ，表明采煤机滚筒转速为 31r/ min ， 推进速度为6m/min， 截齿的截入深度最大可达到80mm ， 单齿切割面积可达到 36～40cm2， 其截面形状接近于长方形 ，此时滚筒具有较好的截割性能和较高的块率。

2、截齿的排列

滚筒上截齿的数量和排列方式直接影响截割时的能量消耗、落煤的块度和煤尘量的大小。一般采煤机截煤时的截割状态可以分为4 类 ， 即自由截割、半自由截割、半封闭截割、封闭截割。滚筒断盘上最里面截齿的截割状态是半封闭状态 ， 所形成的截槽是半封闭式截槽 ， 截齿的侧向力较大。故端盘截齿的排列必须考虑减少截割阻力和截齿的磨损 ， 保证截齿的截割强度 ， 降低截割时的能量消耗。可见 ，对端盘截齿的数量及倾角进行优选排， 对提高滚筒的截割能力有积极的效果。本厂在制造 TG118/ 6130 滚筒时 ， 参考了美国凯南麦特公司滚筒的截齿排列 ，太矿制造的MG375/ 8302WD 采煤机滚筒的截齿排列。端盘均匀布置18个截齿 ，倾角5～35°， 其中 35°倾角截齿6个 ， 3条螺旋叶片， 每个叶片分布5个齿 ， 一条截线1个齿。太矿 MG375/ 8302WD采煤机滚筒的截齿排列布置了40个， 端盘均匀布置21个截齿， 倾角-2°～45°， 其中45°倾角截齿 6个， 3 条螺旋叶片分布截齿分别为7个、6个、6个， 也是一条截线1个齿。

本次研制的 TG118/ 6130 滚筒在此基础上 ， 结合本地区开采煤层的特点和以往的使用情况 ， 把截齿减少到30個。截齿排列方式是端盘均匀布置17个截齿 ， 其中 45°倾角截齿 6个； 25°， 35°倾角截齿

各3个；-5°，-10°， 0°， 10°， 15°倾角截齿各1个。采用3条螺旋叶片， 分布截齿分别为 8个、8个、5个 ，1条截线1个截齿的布置形式。按以上技术改造后 ， 研制的 TG118/ 6130 滚筒和 AM500 采煤机配套使用反映良好 ，滚筒具有较好的截割状态和较高的块率 ，与改造前的螺旋滚筒相比 ，工作面块率提高了4 %左右。

二、采煤机螺旋滚筒结构技术改造

1、螺旋滚筒直径 （ Dw）

滚筒直径也是影响出煤块度的因素之一。选择直径大一些滚筒， 有利于降低临界转速 ，提高装煤效果 ，但直径过大时 ，会增加能耗 ， 减小煤的块度。当滚筒直径减小时 ，装煤效率会降低。一般采煤机螺旋滚筒直径是根据开采煤层高度确定的。

2、筒体直径 （Dy）

筒体直径大小决定于叶片高度 ， 筒体直径越大 ， 叶片高度就越小 ， 叶片间的煤流有效空间就越小， 容易出现煤流的饱和发生堵塞现象。因此 ， 从提高滚筒装煤能力着想， 在保证叶片与筒体的焊接强度 ， 满足摇臂头传动装置的安装空间的前提下 ，滚筒的筒体直径应取小一些。

3、螺旋叶片的头数

螺旋叶片的头数决定了螺旋叶片的导程 L ， L= S×m （ 式中 ， S为螺距；m 为叶片头数） ， 而导程应不小于叶片宽度 B y ，即 L > B y 。因此 ， 头数必须满足 S ×m > B y ， 即 m > B y/ S 。通常叶片的头数m = 2～4 ，如果头数过多 ，叶片的间距 S减小 ， 煤流空间狭窄 ，将增加阻力和能耗 ，理论上推荐S = 250～400mm。

4、叶片的螺旋角

叶片的螺旋角通常指叶片外径处的螺旋角，螺旋角是影响滚筒装煤的决定性因素。一般来说 ， 螺旋角越大 ，排煤的能力也越大 ， 但螺旋角过大时 ，容易引起煤尘飞扬。螺旋角过小 ， 叶片的排煤能力小 ， 煤在螺旋叶片内循环 ， 造成煤的重复破碎 ，使能量消耗增大。经验表明 ， 螺旋角在 10～24°范围内 ，装煤效果较好。

三、结论

通过对采煤机螺旋滚筒的技术改造和制造工艺质量保证措施 ，工作面生产效率和出煤块率较改造前都有提高 ， 达到了技术改造的目的。实践证明 ， 高块率采煤机螺旋滚筒的改造技术上可行 ，经济效益明显。

参考文献：

[1]西安矿业学院主编 采掘机械[M]北京：煤炭工业出版社，1981

[2]中国矿业学院机电系编 双滚筒采煤机[M]北京： 煤炭工业出版社，1999