综采面采煤机工作方式的最优化.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ’ 中国矿业学院学报一 ‘ 年 综采面采煤机工作方式的最优化 姜学云 摘要 综采工作面的日产煤量 、 液压 支架的工作状态以及矿工的劳动条件不仅取决 于工艺参数 、 工 作面自然条件和设备 条件 , 而且也取决于采谋机的工 作方式 。 目 前我国综未面通 常 采用一台双滚 筒采煤机 , 可以选择的未谋机工作方 式主要有三 种 , 根据本 文作 者的研完 , 在 我国目前综采技术条件下 , 应当采用工 作方式 采煤机在工作面中部针切进刀 、 双向割煤 、 往返割一刀 。 该方式工作面日产煤量 最 高 , 有利于顶板管理并改善 工 作面工人的劳动环境 。 综采面的工艺方式取决于综采设备的结构及其配套与控制方式 、 工作面地质条件 、 采 煤方法 、 工人队伍的素质等因素 。 根据这些因素的不同 , 综采面的工艺方式种类 繁多 , 这 里主 要讨论综采工 艺的中心环节 采煤机的工作方式 。 目前我国综采技 术主 要用于开采缓倾斜及近水平中厚煤层 。 大多数综采面使用滚筒位 于机体两端的双滚筒采煤机 。 现场广泛采用 的工作方式主要有以下三种 图所示 工作面端头斜切进刀 , 单向 割 煤 、 往返割二刀以下简 称工作 方式 , 如图所示 。 工作面 端头斜切 进刀 , 单向 割 煤 、 往返 割一刀 以下简称工作方式 亚 , 如图所示 。 工作面中部斜切进刀 、 双 向割 煤 、 返煤割一刀以下简称工作方式 如 图所示 。 除此之外 , 依据不同的进刀方式 、 不同的采煤方法 、 不同的采煤机械 , 采 煤机尚有多种工作方式 , 但在我 国使用 不多 , 故本文主要讨论以上 三种工作方 式在不 同工艺参数和技术条件下 , 它 们 的不同日产煤量 、 生产技术管理的难易 程度 、 工作面工作环境的优劣等方面问题 , 优工艺方式 。 沪一一 矛 一 二二作方式 图例不 叔 “巨 ‘,, 回风 降旗豢 图采谋机三种工作方式 从而明确不同工艺参数和生产技术条件下的最 不 同的工 作方式对工作而日产 量产生影响的工艺参数主 要有工 作面长度 , 采 煤机停 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期 综采面采煤机工作方式的最优化 机返向时间 、 开机率 、 割煤时牵引速度 , 、 空牵引速度 ‘ 、 采煤机日工作时间 。 等 , 工作方式对综采生产技术因素的影响主要表现在是否有利于 顶板管理以及对工作环境和生 产管理的影响 等 。 确定最优的工作方式 既要重视经济效益即日产 煤量 , 又要重视技术因素 , 而这两者又 是相互影响的 。 例如方式是双向割煤 。 方式 五是单向割煤 。 但方式 五对顶板管理有利 , 工作环境好 , 在一定条件下日产煤量可能超过方式 , 所以要对各工作方式进行全面经济 技术论证 。 一 、 三种工作方式日产量的数学表达式 一每日割煤刀数 “ 不器今贾 “ 斌藉瑞 “ 丽群黔硕 了 、 几 ⋯ 夕 二 日产煤里 、了 “ , “ , , 一 、、 分别为工作方式 工 、 兀 、 皿的日割煤刀数 、、 口 分别为 三种方式日产煤量 , 采煤机开机率 , 每日采煤作业时 间 , 场 , 综采面实际运输能力 , , 工作面长度 , , 斜切进刀时 , 斜切段长度 , 一般为左右 , 割煤时牵引速度 , 与空牵引速度 板之比 , 即 丫 煤层采高 , , 截深 , , ’ 了 实体煤客重 , , 综 采面采 出率 , 一般为 。 举某综采面长度卜 , 输送机实际运愉能力口 , , , 开机率 二 , 求 ,。 ,,盆 , 日采煤作业时间 中式 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 中国矿业学院学报 色年 计算结果 ‘二 “ , 口 三 , 口 二 。 根据这一计算结果 , ‘ 工作方 式远远高于方式亚与方式 皿的日产量 , 因此有人否定工作方式五与皿 , 但这是不正确 的 。 关键所在是三种工作方式在计算日产量时 , 使用了统一的开机率值 , 导致了三种 工作方式采煤机的工作时间不相等 , 一因 而使日产量 、 口 、 口 , 不可比 。 只有采煤机在 相 同工作条件 、 相 同工艺参数 、 相 同工作时间内生产 出不同数量的煤 , 才能看 出不同工作方 式的优劣 。 现以工 作方式工的开机率 。 为计算丛础 , 重新修正日割煤刀数和日产量公式 ,,, 。 , 二一丁产产一竺 一 竺一 二一一二一 之止 忿 ‘夕 刀。 一 。 ‘ , 二 , 录 , ‘ 一 , ’ 一 、‘ , 同理 , 知道工作方式 丑和 的开机率 。 和 。, 也可以求出三种工 作方式的 日 产量公式 。 以为计算丛础 夕 艺 公 一 ‘夕 才 ‘ 一 夕 , 正 , 达立必经生些竺达巡星 一 犷 , ‘‘‘, ,, 产‘,尹 一 沙 以 。 为计算基础 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期综采面采煤机工作方式的最优化 , 公 一 一 ‘ 一 忿 一 忿 犷 少 一」 吐 竺立 旦止一 忿 一艺 , 忿 , 扩 亡 , ‘犷 , 式 中 。 、 。 、 分别为三种工作方式的开机率 , , 、、 ,、, 分别为修正后三种工作方式 的日产量 , , 采煤机停机返向一次所需时间 , 。 才 的大小决不仅仅取决于采煤机本身的性能和司机操作 熟练程度 。 以图 所示工 作面端头斜切 进刀为例第一次返向要等滞后的移架赶上来 、 将溜子移够标准 , 采煤机才 能返 向 。 第二次返向 , 要等机头移好 、 输送机成一条直线 , 而移机头又有清理机头前方浮 色 煤及重新支护端头的问题 。 第 三次返向 , 要等长的缺口范围内移完支架 。 因此 , ’ ‘ ’对 综采面产 量的影响是不可低 估的 。 根据各方面条件的优劣 , ‘ 二 一 。 将上述各计算公式整理如表所示 。 二 、 计算结果及其分析 将表中的数 学表达 式编成程序 输入计算机中 。 各参数作为常量时 , 均以表所列参 数值输入 。 表中各数值为我国各综采面所广泛采用的 。 一把工作面长度作为变 盆 , 求一 , 关系 取卜 、、 一 时其 余参数作为常量 , 取值如表 , 三种工作方式 工作面日产煤量的变化情况如图所示 。 工作面长度小于时 , 工作方式日产煤量 最高 , 方式 工其次 , 方式 亚最低 。 当时 , 方式与方式的 日产煤量 相等 , 印 , “ ,。 值再加大时 , 方式 工日产煤量最高 。 工作方式 工与方式 产量相等时的工作面长度不是固定不变的 , 如表所示 , 与 ‘大约 成十倍的关系 , 即工作面长度约等于停机返 向时间 ‘十倍时 , 工作方式与工作方式兀时 日产量大 约相等 。 目前我国中等情况 的综采面月产 , 左右 , 正常情况下每日割煤 刀 , 每犷平均割 刀 。 经多个综 采面实测 , , 旋平均为 。这样就可 以确定 , 一般青 况下 , 工 作面 长度在以下时 , 工作方 式兀的日产量大于工作方式反之 , 亦然 。 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 中国矿业学院学报年 表工作面 日 产 工 表 、 作 达 、、式 一 方 , 、、 ’ 、 式 项 日 丈飞 、 采煤机工作方式 工 作面 端头斜 切进刀 , 双向翻 煤 , 。 往返匆二刀 。 采煤机 工作方式 。 工作面 端头斜切进刀 。 单向翻 煤 。 往 返 翻一刀 。 采煤机开饥动 时间 ‘ 呆煤 机开机动串 一 〔 一 〕 ‘ 廿‘一 才 。〔 ‘〕 亡一 〔 蕊 ‘ ‘。‘〕 每日创煤刀致 , , ‘ 万丙西石不不石万不一 日产煤 , ,, 。 王 且 ‘ 破 以 工作方式为计算基础 ‘口 。 呆煤机开机 动时间住 ‘一 一 一 ‘ 贬老, ‘ 口 采煤机开机 动串 每日翻煤刀数 一 ‘ 一 〔 ’ 口‘‘ 〕 ‘ , 一 口。 ‘ , ‘ ,, ‘ 日产煤 , , ‘ 口。 , 一 以 工作方式为计算基劝 采 煤机开机动时间几 一 一 一 采 煤机 开机动率 一理 ‘ 一 每日匆煤刀致 夕。口‘ ”‘ ‘ ‘口 。 日产煤 , 一 。 , ‘, ‘ ‘ , 以 工作方式为计算墓翻 ’一‘云 二采煤机端头停机返回时间玄对 , 的影响 将 ‘作为变量, 取 ‘ 二 , , 一 , , 其余参数取值如表 。 三种工作方式的 产变化如图所示 。 当 ‘ 由增加到时 , 工作方式的产最 , 由下 降至 , 方式的产值 , 由下降至 , 工作方式 的产量 , 由 下降至 。 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期综采 面采煤机工作方式的最优化 计算公式 采煤机 工作方 式, 工作面 中部斜切进刀 , 双 向匆煤 。 住返刽一刀 。 公 式 中符号含纽 一 每日采煤沉 作业时间 , 场 二匕 ‘ 少 鱼 一一 采煤机工作时间包括开机和停机返向 , 皿扭 ‘ ,。 干一 了 公 ” 九 采煤 机 开机 时间包括俐煤和空牵引 , 三 ‘ , 之 , ‘ 一‘一, 工作面长度 , , 一一采 煤机进 刀斜切段 长度 ,。 一 般孟 二, 索。一”‘ 采煤机创煤时的牵引邃度 , , 。一 亡 。 采 煤机 的空牵引速度 , 皿口祖, ”‘,, 一‘ 口。 一‘一 , 。 妇 采煤机停机 返 向一 、 二次所 需时间 , 蜘 , , ‘ 一 , , 工作面 钧送机的实际运铃能力 , 场 一一红〔们土炙 之 全 三 乙〕 一” 丫 、 、 分别为采煤 机用工 作方式 、、 ,工作 时的开机 率 , 。以 ‘ 一 〕 〔 一 夕‘“ 、、 分别为采 煤 机用工作方式 、、 ,工作 时的每日荆煤刀数 , 侣 , 一且 , 卜 、 分别为采 煤机用工作方式 、 ,工作 时的日产里 , 。 ,工声 一 ‘‘ 一‘ 当 ‘ 由增加到时 , , 一由 下降至 , , 由 下降至 。 可见当 ,‘二 议 时 , 工作方式与工 作方式皿的产基本 相 等 。 与 时 , 低的 。 时 , 工作方式 工的 日产量高于方式皿的 日产童 , 与 方式的日产量高于方式 的日产量 。 。在任 何值时 、 方式 亚的 日产量都是最 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 中国矿业学院学报 各参数所双之常数值表 、 亡‘ 、 口 , 之间关系 年 表 ‘ , ‘ , 州 , ‘ , , 不 五‘一,一‘。 ‘ 二 ’。‘’‘ ,’ ,‘‘丹 ‘乎 ’ , ” “, ’‘‘’ “ 了 ‘尸 ‘ , ,,‘ ’ 。 ‘ ’‘,‘ ,” 一一 一 一一一一 一 , 丈飞义、 一 公 纽 工 作方式 、一丈交 龙 兰兰⋯兰 ’‘ 方式】 方式 方式】 陌陌陌陌陌陌陌 日日日巨巨巨巨巨 外外外硬硬 , ,又又三 三 之之 刃刃 、、、、 口口口 ‘咬。一‘ 屯、、 龟八、 、、 式 、户户户 石石石石石夕 夕 尸尸尸 月月月月乙乙乙乙乙 交交交交交 沪沪 夕夕 袱尹下 下 尸产产产产 门门门门门门门门 图 , 二 与 , 关系 图 , ‘ 三割煤时牵 引速度 , 与空牵引速度 以之 比值对工 作面日产量 的影响 取作为 变量 , 令 , ,, ⋯ , , 其它参数如表 。 日产量 , 变化如图 和表所示 。 表 口 ‘卜 、 出 ︸匀吧口,口 卜 , 的增 ﹁ 廿 月‘产沙甘,止﹄ 扬方式 方式 、 之 纷 ‘‘‘‘‘‘‘二 二二 洲产洲洲硬丫 丫 声声一 一 产产尸 尸 〕〕〕〕〕〕〕〕 昌昌曰曰 卜 口口口口口口口口 一一 “ 护﹄ 、 图 口︸方式 , 吸 飞 由图与表可见 , 随值的减小 , 工作方式 工的产量增 加很小 , 方式的产量增加最 多 , 当 二 。 时 , 方式与的产量近似相等 。 小于时 , 方式 皿产量高于方式 值 大于。时 , 方式 工的产盘高于方式 。 一 四煤层采高杭对工作面产,的影响 二 煤层厚度值在日产量 的数学表达式 中没有直接出现 , 但对综采面的 日产量是有 影响的 。 已知 ,。 的表达式为 口 功 丫 、,口 , “ 了 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期综采面采煤扒工伦方式的最 优化 与 , 之关系表 食议少一碗 ’ 父 介 一 令一 、 , 卿 一 工作方 式 ‘ 、 一飞 ’ 二 ⋯ 二三 式】”。, ’ 在同一个综 采面 , 一般 ,、 刀 、 丫 、、 等参数 基本保持不变 , 采高 二 改变时 , 意味着 , 的改变 , 而 女 二 , 所以采高 二 值的改变 , 导致值的改变 , 从 厂厂厂厂厂厂川川 今今卜卜 夕夕 叼叼叼叼叼叼叼叼 〔〔〔〔〔〔〔〔 用 图 , 而引起综采面日产量 , 的变 化 。 当煤层 采高由增加到时 , 三种工作方式日产 量 , 变化情况如 图所示 , 随着采高的增大 , 三种工作方式的日产量 基本保持同步增长 如表 , 工作方式日产量 , 增加 、 方式 兀增加 、 方式增加 。 绷绷 啊 五采煤 机日工作时间 。对煤 产最的影响 当 。 增加时 , 三种工 作方式煤 的日产 量成 直线增 加如图所示 , 但增加的幅度不 同 , 方 式 工增长量 。 与的关系表 方式 。 方式 月月月月月月 八八八 川川川 少少 气 仁仁 分分分分 了了了 汀汀一 一 卜卜卜卜卜卜卜 一一一一一一一 , , , ,衫 、、 方式 图 , 最大 、 方式 亚增长量最小 , 详见表 。 当采煤机工作时 间由增加到 时 , 三种工作方式的 日产量分别增加 、、 认 三 、 采煤机工作方式的技术因素分析 二 一顶板管理 衡量工作方式对顶板管理是否有利 , 主要有两条标 准 采煤机在斜切进刀期 间 , 斜切段内暴露出来的顶板是否能得到及时支护“ 采煤机每割二刀煤 , 工作面内支架的移架时间间隔是否相 等 。 如果工作面内所有支 架两次移架之间的时间间隔都相 等 , 则有利于各支架保持基本一致 的工作状态 , 进而有益 于管好顶板 , 减少工作面 顶板事故率 , 使日产量口 一 增加 。 一 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 中国矿业学院学报年 工 作方式 在工作面端头 斜切进刀期 间不能移 架 , 直至斜切进刀完毕才能移 架 。 缺口内平 均悬 顶时间 二 图所示为 二 少 一二‘ ‘ 若将表中的各参数值代入式 , 二 得 在斜切段内有的部位 悬顶时间要远大于平均时间 , 约以上 , 得不到立即 支护 。 移 架的时间间隔 如果采煤机由输送机顺 槽一端设该处为点向回风顺槽 端设为点割煤 , 、 工作面中点 、 三处的支 架移 架时间间隔 ‘。 分别为 孟才 、 ‘ 了 点 占 ,。 , 二 卫 、 一 。 一魏 一 允之 十‘ 将表中之人 得 。 二户 ,。、, 代入 式 一。 一 。 ‘ 从 。 ︸点 可见 , 若排除无规律的临 时停机时 间 , 采用工作方式 工时 , 工作面各处移架的时间间隔 相差悬 殊 , 支架工作状态不一致 , 不利于顶板 管理 。 再继续 割下一刀煤 , 月 、 两点的移 架时间间隔变为相反 , 即点时间间隔变小 , 点间隔变大 。 工作方 式 进刀方式 与工作方式 工相同 , 进刀期间顶板不能立即支护 。 但全工作面的移架时间间 隔不计临时停机时 间是相同的 , 有利于 顶板 管理 。 工 作方 式 该方式不在工作面端头斜切 进刀 。 不考虑临时停机时间 , 工作面各处移架的时间间隔 相 同 , 有利于顶板管理 。 移架的时间间隔 。 就是割一刀煤的时间 , 即 。兰卫儿 夕 一 夕 一 该方式工作面中部斜切肆的顶板管理较麻烦 , 现场通常有两种处理方法 采煤机往返一次 , 斜切段移架一次 。 这样移 架时间间隔与工作面其它部位 相 同 , 减少了移架工作量和顶板反复支撑次数 , 但割前半刀煤时 , 增大了 空顶宽度图 。 采煤机往返一次 , 斜切段移架二次图的 , 其优缺点与相 反 。 即斜切 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期综采面采煤机工作方式们最 优化 图工作方式址弯曲段顶板 管理 段反复支撑次数增多 , 空顶宽度减小 。 综上所述 , 与方式比较 , 工作方式有 利于顶板管理 , 特别是工作面端头处顶板管 理 。 二综 采面工人劳动 条件 工 作方 式 工 当采煤机 自回风顺槽 向 进风顺槽割煤时 , 移架 、 联网 、 移溜等工种均处 于下风流中 , 特别 当工作面风速大 , 降尘 效果不好时 , 以上工种劳动条件很差 。 当割煤方 向相反时 , 工人劳动条件好 。 工 作方式 万 为单向割煤 , 一般只从进风顺槽向回风顺槽割煤 , 劳动条件好 。 工 作方式按常规 跟机移 架 , 每割一刀煤 , 处于新风和污风中工作的时 间各占一 半 。 但由于采煤机不在工作面端头 斜切进刀 , 牵引一个单程仅割半刀煤 , 其时间 ‘ 为 护 将表中 、、 , 值代入式得 , 。 值仅略大于端头斜切 进刀时 间 ,。 如果割煤后 顶 板允许的空顶时间大于或等 于 。, ’ 则移 架 、 联网 、 移溜等工序可全部从工作面进风顺槽一端开始 , 劳动条件改善 。 总的看 , 工作方式的劳动条件优于工作方式 , 工作方式 互劳动条件最优 。 三生产管理 工 作面端头设备与人员集中 、 空 间狭小 、 顶板管理 难度大 。 采煤机在端头往返斜切 、 各工序 相互影响 、 安全条件差 、 生产管理难度大 。 工作方式 , 采煤机不在工作面端头过 久停留 , 有利于生产管理 , 但在工作面中部形成弯曲段 , 不 易掌握工作面工程质盘标准 。 全面衡量 , 方式比方 式 工 、 兀有利于生产管理 。 四 、 结论 根据目前我国综采生产的技木管理水平 , 应提倡工作方式皿 , 即采煤机在工作面 巾部斜切进刀 、 双向割煤 、 往返割一双的工作方式 , 其优点是 当工作面长度在以下时 , 该方式日产煤量最高 , 对顶板稳定性差的工 作面适应性强 工作面劳动奇 、 件好 、 生产 管理方便 。 当工作面长度在以上 、 顶板稳定性及通风降尘条件好 、 采煤机端头 作业时 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 一 冲国矿业学院学报 年 间短时 , 应采 用工 作方式 , 即采煤机在工作面端头斜切进刀 、 双向割煤 、 在返割二刀 的 工作方式 。 该方式在这种条件下产量最高 。 除特殊情况外 , 一般不应采用工作方式 , 即采煤机在工作面端头斜切进刀单向 割煤 、 往返割一刀的工作方式 。 但该方式有利于顶板管理 、 工作条件好 。 当采煤机具备较 高的牵 引调速范围 、 较短的停机返向时间时 , 亦可获得较高产量 。 夏 ‘ ’刀 亡甘赵” 一 七。 企 , 比 一 , ￡ 乒了 五 , , 丈 全 ’ 百 。 ,一 弃吐 , 尸 妞 多 ’, , , 叹 大 ’ 鱿 肠乙 么 , , 产 汀