綜采工作面截齒使用優(yōu)化及對策

1、綜采工作面截齒使用優(yōu)化分析及對策摘要：截齒作為采煤機的重要構(gòu)件之一，其使用性能和使用壽命直接關(guān)系工作面的正?；夭?，生產(chǎn)過程中，大量的截齒消耗不僅增加噸煤成本、影響煤碳生產(chǎn)的經(jīng)濟效益,而且還會因為更換截齒的時間增加而降低生產(chǎn)效率。文主要分析了割煤過程中截齒失效的形式和原因及相同條件下截齒消耗情況及相同時間內(nèi)創(chuàng)造割煤利潤對比分析。關(guān)鍵詞：截齒；經(jīng)濟效益；利潤對比分析 一、截齒的工作狀態(tài)截齒分刀形截齒和鎬形截齒兩種。鎬型截齒其刀柄部分為圓柱形，用彈簧圈固定在齒座中，拆裝極為方便。結(jié)構(gòu)簡單，能點擊刨煤，吃刀深度大，在作業(yè)中能自動磨銳而經(jīng)常保持齒頭鋒利，采煤機負荷較平穩(wěn)。目前我礦主要使用鎬型截齒，其可分

2、為兩大類，即割煤截齒和割巖截齒。煤巖被切削破碎過程是截齒工作的主要過程。根據(jù)力學(xué)特征可將切削破碎過程，大致分為四個階段：變形階段，裂紋階段，壓實核形成階段，裂紋擴展及崩裂階段。在每一個循環(huán)中，四個過程都是瞬間完成的。把四個過程按特征來劃分，還可以簡化成兩個階段，第一個階段是經(jīng)過彈、塑性變形，形成裂紋和形成壓實核的儲能階段，這是第一種裂紋形式的斷裂；第二個階段為崩裂階段，是在第一個階段的基礎(chǔ)上，由錐孔周圍赫茲裂紋，在懸臂梁加載系統(tǒng)的作用下沿煤巖體內(nèi)層理、節(jié)理弱面擴展、崩落，是崩裂形式的斷裂。二、采煤機截齒失效的形式及原因采煤機在割煤時往往挑頂、落底調(diào)整工作面會截割到石英、黃鐵礦等堅硬礦物質(zhì)，同時

3、由于煤巖物理性質(zhì)不均勻，職工操作不規(guī)范等原因，在回采過程中，截齒極易損壞。研究發(fā)現(xiàn)，采煤機截齒失效形式主要有磨損、斷裂和合金頭脫落等，其中以磨損為主，占失效形的7585。2.1、硬質(zhì)合金頭脫落 當(dāng)截齒磨損到一定程度后，其齒尖的合金頭將脫落。合金頭脫落的原因主要有2個方面： 2.1.1、釬焊質(zhì)量問題。如焊接處存在夾砂、微裂紋以及虛焊等缺陷。截齒釬焊焊縫間隙的大小是影響焊縫致密性和焊縫強度的關(guān)鍵因素。如果間隙太小，會妨礙釬焊料流入。而間隙過大，則又會破壞釬焊縫的毛細管作用，使釬料不能填滿焊縫間隙。截齒在作業(yè)過程中承受的強大沖擊負荷，致使缺陷產(chǎn)生應(yīng)力集中，反復(fù)的沖擊，導(dǎo)致合金頭的松動，直致脫落。 2

4、.1.2、合金頭截割阻力大 截齒截割煤巖時在沖擊載荷的作用下，合金頭處于高壓應(yīng)力狀態(tài)。若遇到煤巖中堅硬的矸石，在合金頭與煤巖接觸不良處承受高的剪應(yīng)力，處于拉應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)拉應(yīng)力超過合金的強度極限時即發(fā)生碎裂，從而造成合金頭的破裂。2.2、截齒的磨損2.2.1、煤矸石磨損截齒在作業(yè)過程中，煤矸石與截齒表面間產(chǎn)生較大的摩擦力，帶有銳利棱角且具有合適仰角的煤矸石能夠使截齒更為銳利；如果煤矸石棱角不夠尖銳或刺入截齒表面角度不適當(dāng)，則在截齒表面擠出裂紋，隨著截齒工作時間的延長，煤矸石反復(fù)對截齒表面發(fā)生摩擦，致使截齒發(fā)生塑性形變。而且煤層中存在腐蝕性介質(zhì)與截齒表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)加快了截齒材料表層的磨損。 2.

5、2.2、熱疲勞磨損 截齒作業(yè)過程中，隨著滾筒的旋轉(zhuǎn)合金頭與煤巖產(chǎn)生周期性的回轉(zhuǎn)運動，因此合金頭因摩擦產(chǎn)生周期性的升溫、降溫，即當(dāng)合金頭接觸煤巖時升溫,離開煤巖時降溫，使截齒合金頭產(chǎn)生高溫回火現(xiàn)象，降低了截齒的硬度，加快了其磨損速度。2.3、齒身彎曲、折斷截齒截割堅硬巖石或鋼帶、錨桿、注漿管路時，截齒承受很大的外力，由于截齒齒身強度不足，導(dǎo)致截齒的結(jié)構(gòu)尺寸、剛度、布置方式等方面發(fā)生變化，超過截齒許用強度時就會引起齒身折斷。2.4、截齒丟失在實際使用過程中，由于截齒與齒套之間固定不牢靠或齒套磨損嚴(yán)重時，往往會造成截齒丟失。三、相同地質(zhì)條件下技術(shù)經(jīng)濟對比分析3.1、截齒參數(shù)表我礦目前使用截齒可分為兩

6、大類，即割巖截齒、割煤截齒。具體技術(shù)參數(shù)見表1表1 截齒技術(shù)參數(shù)表截齒狀態(tài)截齒類型截齒型號單價(元)截齒總長度（cm）截齒齒長（cm）合金頭直徑（mm）新進截齒割巖截齒U482402212.535U96240U95（凱南麥特）316割煤截齒U9210018.5919復(fù)用截齒割巖截齒U481442212.535U96144割煤截齒U926018.59193.2、相同地質(zhì)條件下不同截齒塊煤率對比分析滾筒的截齒截割煤巖時，由于受到滾筒轉(zhuǎn)動和牽引速度的影響，截齒作弧形截割，其切削形狀呈月牙形。從煤塊的形成機理來看，當(dāng)切削厚度加大時，與受截齒擠壓形成的煤粉核相接觸的煤體體積增大，從而使得破碎塊和拉應(yīng)力向

7、上的裂紋增多，塊量增加。由于割煤截齒齒長和齒身錐度均大于割巖截齒，割煤截齒削切深度大于割巖截齒削切深度，根據(jù)表1相關(guān)數(shù)據(jù)計算可得，割煤截齒齒長是割巖截齒的1.4倍，因此在相同地質(zhì)條件下單位時間內(nèi)使用割煤截齒的塊煤率約為使用割巖截齒的1.4倍。3.3、相同地質(zhì)條件下不同截齒消耗量對比分析巖石的堅固系數(shù)f可把巖石分為10級，根據(jù)采煤機截齒的特性，可將地質(zhì)條件分為四類，即比較軟（f2）、比較堅固（2f5）、堅固（5f10）、非常堅固（10f20）。部分巖石堅固系數(shù)分級表，見表2。表2 部分巖石堅固分級表巖石級別堅固程度代 表 性 巖 石f最堅固最堅固、致密、有韌性的石英巖、玄武巖和其他各種特別堅固的

8、巖石。20堅固致密的花崗巖，很堅固的砂巖和石灰?guī)r，石英礦脈，堅固的礫巖，很堅固的鐵礦石。10a比較堅固砂質(zhì)頁巖，頁巖質(zhì)砂巖。5比較軟軟弱頁巖，很軟的石灰?guī)r，白堊，鹽巖，石膏，無煙煤，破碎的砂巖和石質(zhì)土壤。2流沙狀流沙，沼澤土壤，含水黃土及其他含水土壤。0.3經(jīng)過長期現(xiàn)場統(tǒng)計結(jié)合理論計算分析可知，工作面揭露巖石的巖性和長度不同，截齒消耗也不相同，本文為了便于研究分析，設(shè)定工作面長度為180m，平均采高2.8m，采煤機滾筒截深0.6m，揭露巖石長度為1m。3.3.1、工作面全煤，即巖石硬度系數(shù)f2、使用割煤截齒時，每班平均割5刀煤需消耗12個截齒，即平均每刀煤消耗0.20.4個截齒。、使用割巖截齒

9、時，每班平均割5刀煤需消耗01個截齒，即平均每刀消耗0.10.2個截齒。3.3.2、工作面揭露巖石硬度系數(shù)為2f5、使用割煤截齒時，每班割4刀煤需消耗68個截齒，即平均每刀煤消耗1.52個截齒，其中割巖消耗時間35s和1.31.6個截齒。、使用割巖截齒時，每班割4刀煤需消耗23個截齒，即平均每刀煤消耗0.50.8個截齒，其中割巖消耗時間25s和0.30.5個截齒。3.3.3、工作面揭露巖石硬度系數(shù)為5f10 、使用割煤截齒時，每班割3刀煤需消耗1218個截齒，即平均每刀煤消耗46個截齒。其中割巖消耗時間70s和3.85.6個截齒、使用割巖截齒時，每班割3刀煤需消耗46個截齒，即平均每刀煤消耗1

10、2個截齒。其中割巖消耗時間45s和0.71.8個截齒。3.3.4、工作面揭露巖石硬度系數(shù)為10f20當(dāng)工作面揭露巖石系數(shù)為10f20時，揭露矸石非常堅硬，已不適合采煤機直接截割，需采用放松動炮措施輔助推進。采取放松動措施后消耗截齒數(shù)量及破巖時間如下：、使用割煤截齒時，每班割3刀煤需消耗2124個截齒，即平均每刀煤消耗78個截齒。其中割巖消耗時間140s和6.67.6個截齒。、使用割巖截齒時，每班割3刀煤需消耗79個截齒，即平均每刀煤消耗23個截齒。其中割巖消耗時間80s和1.82.8個截齒。綜上所述，揭露不同巖性巖石狀態(tài)下每1刀煤消耗截齒數(shù)量，如圖1所示，不同截齒每1刀煤截割不同巖性巖石狀態(tài)下

11、消耗的時間，如圖2所示圖1 揭露不同巖性巖石狀態(tài)下每1刀煤消耗截齒數(shù)量柱狀圖圖2 不同截齒每1刀煤截割不同巖性巖石狀態(tài)下消耗的時間柱狀圖3.4、相同地質(zhì)條件下不同截齒生產(chǎn)能力及經(jīng)濟對比分析本文為了便于不同巖性巖石狀態(tài)下截齒割煤的經(jīng)濟研究分析，設(shè)定工作面長度為180m，平均采高2.8m，采煤機滾筒截深0.6m，采煤機平均速度3m/min，每班計劃4個循環(huán)，完成1個循環(huán)需180min，更換整個滾筒截齒需要45min，塊煤價格750元/t，沫煤價格250元/t。工作面循環(huán)產(chǎn)量計算公式： W=L×S×h××C式中 W正規(guī)循環(huán)生產(chǎn)能力，t；L工作面長度，180m；

12、S正規(guī)循環(huán)推進長度，取0.6m；h平均采高，為2.8m；煤的視密度，1.47t/m3；C回采率，95；代入工作面參數(shù)得：W=180×0.6×2.8×1.47×95422.3t1刀煤創(chuàng)造利潤計算公式如下：Q=D×W式中 Q1刀煤，t；D煤價格，元；W正規(guī)循環(huán)生產(chǎn)能力，t；則割煤截齒每1刀煤可創(chuàng)造利潤為（塊煤率按100%計算）：Q1=422.3×75031.7萬元則割巖截齒每1刀煤可創(chuàng)造利潤為（由3.2可知，割巖截齒的塊煤率為割煤截齒的0.7倍）：Q2=422.3×750×0.7422.3×250×

13、0.325.2萬元設(shè)定采煤機速度為V，截齒齒長L，則單位時間內(nèi)相同地質(zhì)條件下生產(chǎn)能力為：N=0.6×L×V×t×h式中 N單位時間內(nèi)生產(chǎn)能力，t；0.6采煤機滾筒截深，m；L截齒齒身長度，cm；V采煤機速度，m/min；t截割時間，s；h工作面平均采高，m。3.4.1、工作面揭露巖石硬度系數(shù)為f2，即工作面全煤單位時間內(nèi)相同地質(zhì)條件下生產(chǎn)能力N為：N1=0.6×L1×V×t×hN2=0.6×L2×V×t×h根據(jù)采煤機滾筒葉片的螺旋方式、截齒數(shù)量和齒身錐角的布置以及截齒自身的耐

14、磨強度，通過長度現(xiàn)場實際調(diào)研結(jié)合理論計算分析，當(dāng)巖石硬度系數(shù)f2的情況下，巖體對截齒截割過程中產(chǎn)生的摩擦阻力影響不大，破巖消耗的時間截齒數(shù)量可忽略不計。則有：N1：N2=L1：L2，即，當(dāng)巖石硬度系數(shù)f2的情況下，相同地質(zhì)條件下不同截齒生產(chǎn)能力之比為截齒齒身長度之比，由表1可知，割煤截齒的生產(chǎn)能力是割巖截齒的1.4倍，同時，使用割煤截齒產(chǎn)生的塊煤率為使用割巖截齒的1.4倍。即可得到，當(dāng)巖石硬度系數(shù)f2（工作面全煤）的情況下，每割1刀煤創(chuàng)造的利潤分別為:Q1=422.3×75031.7萬元Q2=422.3×750×0.7422.3×250×0.3

15、25.2萬元假設(shè)揭露巖石為Xm，則，、割煤截齒割1刀煤破巖后產(chǎn)量：W1=（180-X）×0.6×2.8×1.47×95=422.32.35×X割煤截齒割1刀煤破巖后利潤（單位：萬元），則Q1= W1×750=31.670.172×X割煤截齒割1刀煤破巖消耗時間為T（單位：s），則T1=35×X割煤截齒割1刀煤破巖消耗截齒數(shù)量為K，金額為Z（單位：萬元，由圖1，表1知消耗截齒數(shù)量及割煤截齒單價100元/個），則Z1=100×K1×X割煤截齒割1刀煤破巖后純利潤（單位：萬元）：P1= Q1Z1=31

16、.670.172×X100×K1×X、割巖截齒割1刀煤破巖后產(chǎn)量：W2=（180-X）×0.6×2.8×1.47×95=422.32.35×X割巖截齒割1刀煤破巖后利潤（單位：萬元）：Q2= W2×750×0.7W2×250×0.3=25.340.138×X割巖截齒割1刀煤破巖消耗時間為T（單位：s），則T2=25×X割巖截齒割1刀煤破巖消耗截齒數(shù)量為K，金額為Z（單位：萬元，由圖1，表1知消耗截齒數(shù)量及割煤截齒單價240元/個），則Z2=240×

17、;K2×X割煤截齒割1刀煤破巖后純利潤（單位：萬元）：P2= Q2Z2=25.340.138×X240×K2×X、平均每班總利潤為Y（單位：萬元），則Y=P×刀煤數(shù)3.4.2、工作面揭露巖石硬度系數(shù)為2f5假設(shè)當(dāng)揭露巖石為Xm，采煤機直接截割1刀煤后創(chuàng)造利潤相等，即， P21P22=（31.670.172×X100×K1×X）（25.340.138×X240×K2×X）=0P21P22=31.670.188×X（25.340.15×X）=6.30.038X=0則，

18、X=161.6m其中， （31.670.172×X100×K1×X）0（25.340.138×X240×K2×X）0則， X165m割1刀煤破巖消耗時間為T（單位：s），則T1=35×XT2=25×XT1T2=10×X即使用割巖截齒破巖消耗時間比割煤截齒短10×X，按割巖截齒平均每班4個循環(huán)，完成1個循環(huán)需180min，則相同的時間內(nèi)，割煤截齒能夠完成3.5個循環(huán)相同時間內(nèi)平均每班總利潤為Y（單位：萬元），則Y=P×刀煤數(shù)即， Y1=（31.670.188×X）×3

19、.5Y2=（25.340.15×X）×4 若Y1= Y2，則， （31.670.188×X）×3.5=（25.340.15×X）×4 即， X=163.5m總上計算得到，當(dāng)工作面揭露巖石長度161.6m時，使用割巖截齒或使用割煤截齒的割1刀煤純利潤相等，當(dāng)工作面揭露巖石長度小于161.6m時，P1P20，即使用割煤截齒創(chuàng)造純利潤大于割巖截齒，當(dāng)工作面揭露巖石長度大于161.6m小于165m時，P1P20，即使用割巖截齒創(chuàng)造純利潤大于割煤截齒，當(dāng)揭露巖石長度大于165m時，P10，P20，說明工作面沒有回采價值。以割巖截齒完成4個循環(huán)為

20、基本任務(wù)，則相同時間內(nèi)，當(dāng)揭露巖石長度163.5m時，平均每班創(chuàng)造利潤相等，當(dāng)揭露巖石長度小于163.5m時，使用割煤截齒時，平均每班創(chuàng)造利潤均大于使用割巖截齒。3.4.3、工作面揭露巖石硬度系數(shù)為5f10，假設(shè)當(dāng)揭露巖石為Xm，采煤機直接截割1刀煤后創(chuàng)造利潤相等，即， P31P32=（31.670.172×X100×K1×X）（25.340.138×X240×K2×X）=0P31P32=（31.670.228×X）（25.340.181×X）=6.330.0468X=0則， X=132.0m其中， P31 =（3

21、1.670.172×X100×K1×X）=（31.670.228×X）0P32=（25.340.138×X240×K2×X）=（25.340.181×X）0則， X136.5m割1刀煤破巖消耗時間為T（單位：s），則T31=70×XT32=45×X T31T32=25×X即使用割巖截齒破巖消耗時間比割煤截齒短25×X，按割巖截齒平均每班4個循環(huán)，完成1個循環(huán)需180min，則相同的時間內(nèi)，割煤截齒能夠完成2.5個循環(huán)平均每班總利潤為Y（單位：萬元），則Y=P×刀煤數(shù)

22、即， Y31=（31.670.228×X）×2.5Y32=（25.340.181×X）×4若Y1= Y2，則，（31.670.228×X）×2.5=（25.340.181×X）×4即， X=144.1m總上計算得到，當(dāng)工作面揭露巖石長度132.0m時，使用割巖截齒或使用割煤截齒的割1刀煤純利潤相等，當(dāng)工作面揭露巖石長度小于132.0m時，P31P320，即使用割煤截齒創(chuàng)造純利潤大于割巖截齒，當(dāng)工作面揭露矸石長度大于132.0小于136.5m時，P31P320，即使用割巖截齒創(chuàng)造純利潤大于割煤截齒。當(dāng)揭露巖石長度大于

23、136.5m時，P310，P320，說明工作面沒有回采價值。3.4.4、工作面揭露巖石硬度系數(shù)為10f20根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，當(dāng)巖石系數(shù)f10時，巖石非常堅固，已不適合采煤機直接截割，需采用放松動炮措施輔助推進。假設(shè)當(dāng)揭露巖石為Xm，采取放松動炮后措施后采煤機直接截割1刀煤后創(chuàng)造利潤相等，即，P41P42=（31.670.172×X100×K1×X）（25.340.138×X240×K2×X）=0P41P42=（31.670.248×X）（25.340.205×X）=6.330.043×X=0則， X=

24、144.0m其中， P41 =（31.670.172×X100×K1×X）=（31.670.248×X）0P42=（25.340.138×X240×K2×X）=（25.340.205×X）0X125.7總上計算得到，采取放松動炮后措施后，當(dāng)工作面揭露巖石長度小于125.7m時，P41P420，即使用割煤截齒創(chuàng)造純利潤大于割巖截齒，當(dāng)工作面揭露矸石大于125.7m時，P410，P420，說明工作面沒有回采價值。割1刀煤破巖消耗時間為T（單位：s），則T41=140×XT42=80×XT41T42=

25、60×X即使用割巖截齒破巖消耗時間比割煤截齒短60×X，按割巖截齒平均每班4個循環(huán)，完成1個循環(huán)需180min，則相同的時間內(nèi)，割煤截齒能夠完成1.5個循環(huán)平均每班總利潤為Y（單位：萬元），則Y=P×刀煤數(shù)即， Y31=（31.670.248×X）×1.5Y32=（25.340.205×X）×4若Y1= Y2，則，（31.670.248×X）×1.5=（25.340.205×X）×4即， X=120.2m總上計算得到，總上計算得到，采取放松動炮后措施后，當(dāng)工作面揭露巖石長度小于125.

26、7m時，P41P420，即使用割煤截齒創(chuàng)造純利潤大于割巖截齒，當(dāng)工作面揭露矸石大于125.7m時，P410，P420，說明工作面沒有回采價值。以割巖截齒完成4個循環(huán)為基本任務(wù)，則相同時間內(nèi)，當(dāng)揭露巖石長度120.2m時，平均每班創(chuàng)造利潤相等， 四、結(jié)論1、采煤機截齒失效形式主要有磨損、斷裂和合金頭脫落等，其中以磨損為主，占失效形的7585。2、當(dāng)切削厚度加大時，與受截齒擠壓形成的煤粉核相接觸的煤體體積增大，從而使得破碎塊和拉應(yīng)力向上的裂紋增多，塊量增加。由于割煤截齒齒長和齒身錐度均大于割巖截齒，割煤截齒削切深度大于割巖截齒削切深度，在相同地質(zhì)條件下單位時間內(nèi)使用割煤截齒的塊煤率約為使用割巖截齒

27、的1.4倍。3、在工作面全煤（f2）的情況下，機頭、機尾滾筒使用割煤截齒，即可以提高工作面回采效率，也可以增加塊煤率，同時也可以降低粉塵量。4、工作面揭露巖石硬度系數(shù)為2f5時，當(dāng)揭露巖石長度大于工作面長度的91.7%（165m）時，P10，P20，說明工作面沒有回采價值。以割巖截齒完成4個循環(huán)為基本任務(wù)，則相同時間內(nèi)，當(dāng)揭露巖石長度是工作面長度的90.8%(163.5m)時，平均每班創(chuàng)造利潤相等，當(dāng)揭露巖石長度小于工作面長度的90.8%(163.5m)時，使用割煤截齒時，平均每班創(chuàng)造利潤均大于使用割巖截齒。5、工作面揭露巖石硬度系數(shù)為5f10時，當(dāng)工作面揭露巖石長度小于工作面長度的73.3%（132.0m）時，使用割煤截齒創(chuàng)造純利潤大于割巖截齒，當(dāng)揭露巖石長度大于工作面長度的75.8%（136.