薄煤層滾筒采煤機(jī)裝煤性能研究.pdf

1、薄煤層采煤機(jī)滾筒作為機(jī)械化薄煤層工作面開采設(shè)備的主要工作部件,其性能好壞直接影響采煤機(jī)的開采效率。隨著薄煤層采煤機(jī)雙電機(jī)并聯(lián)技術(shù)的不斷成熟,薄煤層采煤機(jī)滾筒的截割性能已基本滿足開采要求,而滾筒裝煤性能已成為阻礙薄煤層開采效率提高和薄煤層滾筒采煤機(jī)推廣使用的關(guān)鍵問題。因此,開展薄煤層滾筒采煤機(jī)的裝煤性能研究對(duì)煤礦薄煤層機(jī)械化開采技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本文采用理論分析、?；囼?yàn)研究和離散元軟件仿真的方法,對(duì)影響滾筒裝煤性能主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、工

2、作參數(shù)、煤層工作面角度、滾筒位置參數(shù)和搖臂厚度等因素進(jìn)行了深入研究。
　　本論文基于散體力學(xué)理論和單體力學(xué)理論,對(duì)拋射裝煤機(jī)理和推擠裝煤機(jī)理進(jìn)行了分析,得到了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下煤體軸向速度和切向速度的計(jì)算公式;結(jié)合薄煤層采煤機(jī)滾筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作特點(diǎn),分析了滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)對(duì)滾筒裝煤性能的影響規(guī)律,并給出了滾筒最小和最大理論轉(zhuǎn)速、最大理論截深以及循環(huán)煤系數(shù)的計(jì)算公式,為滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作參數(shù)選擇提供了依據(jù)。
　　以煤巖截

3、割試驗(yàn)臺(tái)為基礎(chǔ),利用研制的?；瘽L筒對(duì)影響滾筒裝煤性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)進(jìn)行單因素?；囼?yàn)研究和三因素正交模化試驗(yàn)研究。單因素試驗(yàn)研究得到了筒轂直徑、葉片螺旋升角、滾筒截深、滾筒轉(zhuǎn)速和牽引速度以及破碎煤體粒度分布對(duì)滾筒推擠裝煤率和拋射裝煤率的影響規(guī)律。三因素正交試驗(yàn)研究分別得到了筒轂直徑、葉片螺旋升角、滾筒截深與滾筒轉(zhuǎn)速、牽引速度匹配下,各結(jié)構(gòu)參數(shù)與滾筒工作參數(shù)對(duì)滾筒裝煤率影響的顯著性。?；囼?yàn)研究結(jié)果為薄煤層采煤機(jī)滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和

4、參數(shù)選擇提供了依據(jù),為后續(xù)的仿真試驗(yàn)研究提供了試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　基于離散元基本理論,利用PFC3D模擬軟件建立了滾筒裝煤過程的仿真模型,得到了顆粒參數(shù)和墻體參數(shù)對(duì)滾筒裝煤性能的影響規(guī)律。以?；囼?yàn)條件為基礎(chǔ),建立了滾筒離散元仿真準(zhǔn)確性的驗(yàn)證模型,并利用該模型進(jìn)行了多組仿真試驗(yàn),仿真試驗(yàn)結(jié)果與模化試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明在合適的顆粒粒徑和顆粒剛度下,滾筒裝煤的三維離散元仿真結(jié)果與?；囼?yàn)結(jié)果較為相近,證明了三維離散元法用于模擬滾筒裝煤過程的

5、可行性和準(zhǔn)確性。
　　利用三維離散元軟件 PFC3D對(duì)不同工作面角度下滾筒的裝煤過程進(jìn)行了仿真研究,得到了工作面走向傾角和工作傾角對(duì)滾筒拋射裝煤率和推擠裝煤率的影響規(guī)律。仿真結(jié)果表明:滾筒拋射裝煤率和推擠裝煤率在負(fù)走向傾角下極低,薄煤層機(jī)械化開采工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免負(fù)走向傾角的出現(xiàn);滾筒推擠裝煤率隨工作傾角的增加呈線性減小趨勢(shì),拋射裝煤率隨工作傾角的增加呈先顯著下降后緩慢下降的趨勢(shì)且滾筒在負(fù)工作傾角下的拋射裝煤率較水平傾角下的拋射

6、裝煤率只有微弱減小。仿真中還對(duì)負(fù)走向傾角下滾筒拋射裝煤的改進(jìn)措施進(jìn)行了分析和仿真驗(yàn)證,指出了通過提高顆粒軸向速度和降低顆粒出口位置高度的方法能夠在一定程度上增加滾筒拋射裝煤率。
　　根據(jù)薄煤層采煤機(jī)的滾筒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作環(huán)境,建立了薄煤層采煤機(jī)截割部工作過程的仿真模型,得到了滾筒底部距刮板輸送機(jī)中部槽高度、煤壁與刮板輸送機(jī)中部槽距離和搖臂殼體厚度對(duì)滾筒裝煤性能的影響規(guī)律,為薄煤層采煤機(jī)搖臂、滾筒以及配套設(shè)備的設(shè)計(jì)和工作參數(shù)的選擇提供