高效高块率采煤机螺旋滚筒技术改造

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煤矿机电
高效高块率采煤机螺旋滚筒技术改造
邱光林1,梁安文2
(11晋城煤业集团,山西晋城048006;21潞安矿业集团,山西长治046204)
[摘 要] 从提高煤炭产品块率和装载效率的目的出发,结合晋城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] 块率;截齿;滚筒结构;工艺措施
[中图分类号]T D42116+1 [文献标识码]A [文章编号]100626225(2001)0320075203
[收稿日期]2001-04-11
[作者简介]邱光林(1965-),工程师,1988年毕业于山西矿业学院采煤工程系,现任煤业集团劳动服务总公司川底矿矿长。

晋城煤业集团现有古书院矿、王台铺矿、凤凰
山矿、成庄矿4对生产矿井和寺河矿一对建设矿井,设计生产规模1711Mt/a 。

开采煤层为3#
煤和9#煤。

3#煤层平均厚度约6104m ,9#煤层平均厚
约115m 。

煤的硬度为中硬,密度1145t/m 3。

煤质为优质无烟煤,主要用于化工。

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。

为此,集团机修总厂不断地进行采煤机螺旋滚筒的技术改造。

首先,开发研制了AM500、MX A600采煤机的高效高块率螺旋滚筒,在古书院矿3#煤层13309工作面下分层开采中,块率增加约4%。

在此基础上对第二代滚筒结构参数又进行了优化改进,改进后装载率高于95%,块率提高到5%。

并开发研制了用于9#煤生产的直径114m 滚筒,井下使用过程中,性
能优于原厂家制造的AM500(薄)采煤机滚筒。

把高效高块率滚筒设计的参数应用到MG 250/6002AW D 采煤机滚筒上,并在凤凰山矿井使用,性能
优于原厂家制造的采煤机滚筒。

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。

1 采煤机螺旋滚筒截齿技术改造111 截齿截入深度
结合晋城3#煤硬度为中硬的特点,本厂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。

图1 镐形截齿截煤受力简图
即Z =Ah (N )
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。

如图2、图3所示。

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
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面积可达到15~50cm 2。

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,本厂在改造AM500采煤机滚筒时,研制了TG 118/6130滚筒,选用伸出长度较大的镐形截齿J G T35/100。

在古书院矿3#煤层13309工作面下分层开采中,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36~40cm 2,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。

图2 
截齿截入深度与滚筒转速的关系
图3 截齿截入深度与推进速度的关系
112 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列,对提高滚筒的截割能力有积极的效果。

本厂在制造TG 118/6130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MG 375/8302W D 采煤机滚筒的截齿排列。

凯南麦特
公司滚筒的截齿排列是<118m 的滚筒布置了33个截齿,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MG 375/8302W D 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。

本厂研制的TG 118/6130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个。

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TG 118/6130滚筒和AM500采煤机配套使用在古书院矿3#煤层13309工作面下分层回采工作面中试采,现场使用
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。

2 采煤机螺旋滚筒结构技术改造211 螺旋滚筒直径(D w )
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,为了增加出煤块度,德国艾柯夫公司研究认为滚筒直径要满足D w ≥S /118536(式中,D w 为滚筒直径,m ;S 为采高,m )。

3#煤层厚度约610m 左右,回采工艺既有分层开采也有综采放顶煤开采,工作面采高都在310m 左右,煤质硬度为中硬。

结合以往使用情况,采用直径118m 的滚筒较为合理。

212 筒体直径(D y )
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。

晋煤集团公司过去常用的AM500,MX A600采煤机,MG 375/8302W D 电牵引采煤机118m 滚筒的筒体直径为980mm ,现在使用的MG 250/6002W D 电牵引采煤机118m 滚筒的
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筒体,直径为780mm ,相对叶片高度增加100mm ,
极大地提高了装煤效率。

装煤效率的提高也相应减少了煤体之间的碰撞,间接地提高了块率。

213 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 。

故本厂在制造<118m G 18/6130滚筒时,确定螺旋叶片头数m =3。

214 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。

凯南麦特公司的滚筒叶片的螺旋角为17°。

本厂制造的<118m TG 18/6130滚筒叶片的螺旋角为16°。

215 叶片的安装倾角
叶片的安装倾角影响叶片的装煤性能。

一般滚筒叶片沿轴向截断面与其轴线垂直安装。

根据英国纽卡斯特尔大学的试验结果,如果该截断面向装载侧倾斜β=7~10°,则可使叶片的装煤效果提高10%左右。

本厂研制的螺旋滚筒,镐型截齿伸出长度大,并且齿座结构特殊,使主叶片的装载能力受到很大影响。

所以,产品在设计时,对主叶片只考虑到其截割性能,另设厚度16m m 的装载副叶片,装载副叶片不仅具有完整光滑的装载表面,并且在轴线上向装载侧倾斜8°,如图4所示。

副叶片与主叶片加焊封板,形成楔形结构,
减小了径向截煤和排煤阻力。

图4 叶片安装
1—主叶片;2—副叶片;3—封板
根据上述理论对TG 18/6130滚筒的结构参数进行的优化改进,使第二代滚筒在3#煤层工作面回采过程中取得了良好的装载效果,TG 18/6130滚筒的装载效率高达95%,同时也避免了落煤在滚筒叶片间产生第二次破碎,块率提高到了5%左右。

3 制造采煤机螺旋滚筒的主要工艺措施
为了保证产品质量,符合设计要求,达到部颁标准,制造时必须有完善的工艺措施,工艺装备和工艺手段。

采取的主要工艺措施有以下几点:
(1)其具有焊弧热量集中,熔池深,焊缝强度高的特点。

(2)螺旋叶片、滚筒端盘要采用专用模具压制。

(3)对截齿、齿座、齿靴等外购件在使用前必须严格检测。

(4)齿座组焊要在专用胎具上施焊,并及时利用样板截齿检测齿座的焊接位置。

齿座焊接时必须对齿座焊缝周围的母体进行预热,预热温度为200℃,以减少焊接应力。

(5)装载叶片的出口端要堆焊90#高铬铸铁焊条,要求硬度达到HRC50左右,增加耐磨性能。

(6)滚筒各件焊接后要及时利用TZ 221型震动时效装置进行时效处理,以消除或减少焊接应力。

4 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,近5年来,本厂研制的<118m ,<114m 的螺旋滚筒已生产了24个,和A M500,MX A600,MG 375/8302W D ,MG 250/6002W D ,MG 250/6002A W D 等型号的采煤机配套使用,在集团公司的4个生产矿井现场运行效果良好,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,高效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1采掘机械[M]1北京:煤炭工业出
版社,19811
[2]中国矿业学院机电系编1双滚筒采煤机[M]1北京:煤
炭工业出版社,19791
[3]刘峥,王传礼1采煤机螺旋滚筒的新结构和装煤问题[J ]
1淮南矿业学院学报,19921
[责任编辑:邹正立]
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煤 矿 开 采ENG L ISH ABSTRACTS
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