薄煤层采煤机螺旋滚筒破煤过程的数值模拟

 摘 要：基于显式动力学软件模拟了薄煤层采煤机螺旋滚筒的动态破煤过程,获得了煤岩体塑性域的动态变化及螺旋滚筒上各截齿的载荷谱,避免了理论公式计算中参数取值的人为误差,为螺旋滚筒的设计、使用和维护提供了理论依据。研究结果表明：滚筒破煤行为并不是连续发生的,而是经历了损伤能量的积聚、煤岩体瞬间大量破碎的周期性交替过程;滚筒同一截线上截齿载荷相关性不大,工况恶劣的薄煤层采煤机螺旋滚筒宜采用一线一齿的小截距截齿排列方式。     

不同工况下采煤机滚筒载荷谱分形特征试验研究

为研究不同工况下采煤机滚筒载荷谱特征,采用分形盒维数对其进行表征。利用试验检测测得各工况下滚筒载荷谱曲线,再运用小波降噪对其进行处理,最后采用MATLAB编程计算出不同工况下滚筒载荷谱盒维数,并对该盒维数进行分析。研究结果表明:在相同煤岩普氏系数下,随着牵引速度的增大,直线截割滚筒载荷谱盒维数逐渐减小,即滚筒载荷波动逐渐减小;在煤岩普氏系数和牵引速度均相等时,直线截割和斜切截割对滚筒载荷谱盒维数影响不大,说明在这2种工况下滚筒载荷波动不会发生剧烈明显的变化;在相同牵引速度和截割方式下,随着煤岩普氏系数的增大,滚筒载荷谱盒维数明显减小,也即滚筒载荷的波动逐渐减小。     

滚筒采煤机截割载荷的模拟系统开发及其模拟

为解决因采煤机螺旋滚筒截割载荷计算难、导致滚筒设计缺少依据、产品质量低、截割性能差的实际问题,在给出滚筒截割载荷确定方法的基础上,基于Matlab/GUI开发了采煤机螺旋滚筒截割载荷的模拟系统。该系统采用Matlab/GUI界面,利用Matlab软件为平台,通过输入不同的滚筒及采煤机参数和煤岩的特性参数,可模拟采煤机截割各种对象、以各运动参数工作时滚筒的截割载荷,并能直观显示各载荷的图形、数据和统计结果。该系统具有数据与程序分离、操作简便、适应性强等特点,能快速、准确地获取滚筒的截割载荷。以国产某型薄煤层采煤机为例,对其滚筒截割载荷进行了模拟分析,得出了前、后滚筒三向载荷和负载扭矩曲线及统计结果,搞清了该采煤机截割载荷的大小、变化规律及其相关关系,为改进滚筒设计、研究、评价和改善采煤机的截割性能提供了参考。     

突变工况下滚筒式采煤机调速控制策略研究

基于Matlab/Simulink建立了包括采煤机牵引部、截割部和控制系统的整机耦合控制模型,针对煤岩夹杂引起的突变工况,以采煤机可靠运行和高效生产为目标,提出了基于截割电机额定转矩的截齿切削厚度控制目标的计算方法,得到煤层截割阻抗与截齿切削厚度控制目标的对应关系;基于滚筒负载特性和破岩能力制定了针对不同突变工况的滚筒调速控制策略和牵引-滚筒协调控制策略;最后将提出的上述两种调速控制策略与传统牵引调速控制策略进行对比。结果表明：当煤层突变载荷较小时,采用滚筒调速控制策略不仅可有效降低采煤机机电系统动载荷,而且可保持采煤生产率不变;当煤层突变载荷较大时,采用牵引-滚筒协调控制策略可有效降低采煤机机电系统动载荷,并对采煤生产率影响较小。     

采煤机工作面截割试验分析

由于当前针对采煤机的有关研究中,缺乏来自工作面现场的截割载荷研究。因而从分析螺旋滚筒主要截割载荷的角度,对具有记忆截割功能的采煤机在人工示教截割试验阶段拾取的截割电流和牵引转矩信号及螺旋滚筒主要截割载荷进行了分析。对采煤机螺旋滚筒截割含有不同煤岩界面煤层时载荷特征地分析表明：采煤机截割力响应信号的均值特征能真实反映截割介质的本质差别;采煤机实际工作过程中,在各典型截割工况下,螺旋滚筒截割力响应信号服从正态分布,且在正常截割工况下,截割力响应信号的方差最小,即截割力响应信号的波动最小;滚筒高度和截割状态持续时间可用于滚筒截割状态的精确识别;截割功率约占总消耗功率的70%。     

采煤机螺旋滚筒的载荷模拟与分析

在对采煤机滚筒单齿受力分析的基础上,考虑到不同工况(牵引速度、滚筒转速、煤岩性质、截齿配置等)对载荷的影响,应用离散化的数值分析方法,通过MATLAB编制程序实例模拟了滚筒3个方向的瞬时载荷分布和力矩分布,并采用载荷波动因数评价了滚筒参数设置的合理性和工作的平稳性,为研究采煤机螺旋滚筒截割过程负载特性和滚筒科学设计提供了理论依据。     

采煤机滚筒截齿截线距有限元分析与优化

主要针对采煤机滚筒截割比能耗问题,以某型采煤机为例,利用UG三维CAD软件和ANSYS/LS-DYNA对滚筒截齿的截线距和进行了模拟分析,得到了在不同切削厚度工况下镐形截齿承受的截割力、一定时间内截煤总体积、滚筒所受截割扭矩以及截割比能耗等,根据所得数据分析可得截线距和截割比值以及采煤机截煤效率之间的关系,对优化采煤机设计具有一定的现实意义。     

采煤机螺旋滚筒急速滚转控制稳定性分析

采煤机螺旋滚筒急速滚转控制稳定性直接影响采煤机的截割性能和作业效率。为此,以某类型采煤机为研究对象,导入采煤机螺旋滚筒基础信息,运算采煤机螺旋滚筒急速滚转控制条件下的载荷信息、截割比能耗、载荷波动系数、受载信息、截割功率。以A1类、A2类两种截齿分布不同的螺旋滚筒为例,计算两种螺旋滚筒的载荷信息、截割功率。研究结果表明,A2类螺旋滚筒急速滚转控制下稳定性最优;A2类螺旋滚筒在多个固有频率阶数下截齿稳定性最差;在多个情景中,A2类型螺旋滚筒在急速滚转控制时,夹矸坚固性系数、牵引速度对其稳定性存在直接影响,螺旋升角对其稳定性不存在直接影响。     

不同工况下采煤机滚筒截割阻力矩的仿真

从非线性动力学角度出发对滚筒阻力矩本质进行研究,利用分形理论和EMD分解建立采煤机滚筒阻力矩模型,以采煤机截割不同煤岩界面型式为例,通过仿真计算,得到4种不同工况的煤岩性质参数条件下的截割阻力矩曲线,为采煤机滚筒截割载荷计算提供一种新的方法。     

基于LS-DYNA的采煤机滚筒仿真模拟

为解决滚筒设计优化及不同工况下的极限速度截割问题,提出了一种基于LS-DYNA的非线性动力学仿真方法.通过在LS-DYNA中建立滚筒及煤岩模型,在设定煤层物理参数、滚筒牵引速度和转速的情况下对截割过程进行模拟,得到了滚筒瞬时整体受力、单个截齿的受力以及应力云图,并据此优化截齿布置、滚筒结构及预测该工况下采煤机最高牵引速...     

露天采矿机应用条件与开采工艺参数研究

针对薄煤层开采和复杂煤层选采困难的问题,提出了使用露天采矿机进行开采的应用方案。为了探究露天采矿机的应用条件,建立了煤层复杂性评价模型,详细研究了露天采矿机的物料运输匹配方式及其开采参数。通过对内蒙某露天矿的分析,结果表明：使用露天采矿机进行开采,回采率提高了2.93%,含矸率下降了17.23%,毛煤热值提高了1 672.25 kJ/kg;采用自卸卡车直接跟车装载物料的运输方式,每层煤划分为一个台阶,最小工作平盘为30 m。复杂煤层采用露天采矿机选采,可显著提高煤炭质量,有效增加资源回收量,实现经济效益最大化。     

露采机粒度控制初探

从煤层地质条件、露采机截割部结构参数设计与现场实际操作 ３方面对 ＣＬＧ３００露采机如何实现粒度控制进行了初步的探讨，从而提出一些关于露采机设计与操作的措施与经验。     

沿空巷道切顶围岩变形控制机理及工程应用

为减少薄-中厚煤层开采工作面区段煤柱损失,提出了切顶法沿空成巷无煤柱开采技术,即在上区段回采工作面运输巷内,采用张拉聚能爆破在运输巷顶板与采场侧向顶板间形成一条切缝结构面,该结构面可阻滞采场侧向顶板移动压力向沿空巷道围岩的传递,并促使侧向顶板沿切缝切落,切落矸石则隔断采空区而形成运输平巷采空区侧巷帮,矸石碎涨后充填冒落空间支撑上位岩层继续移动,从而实现沿空巷道稳定。沿空巷道切顶力学模型的理论与数值分析结果显示,巷旁爆破切缝将可传递采场岩层移动变形压力的岩梁结构改变为沿切缝切落的短臂岩梁结构,大大降低了沿空巷道受采场侧向岩层移动变形压力的作用,减小了沿空巷道围岩压力及变形量。基于该原理提出的巷内加强支护、巷旁密集支护、巷道顶板切缝等主被动联合切顶技术,在各种不同条件下薄煤层、中厚煤层切顶成巷工程实践中均取得了良好效果,实践表明,该方法可有效降低采场岩层移动对沿空巷道产生的压力,减小沿空巷道围岩变形。     

含硫化铁结核薄煤层采煤机工作机构载荷问题

通过对含硫化铁结核薄煤层采煤机工作机构实际工况的分析,建立了复杂煤层条件下采煤机滚筒的受力模型,利用Matlab软件编制了滚筒瞬时负载的模拟程序;生成了滚筒瞬时负载的文本文件,并将其成功地导入机械系统运动学和动力学仿真软件ADAMS环境下建立的采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机系统中,为定量研究采煤机截割部工作的可靠性提供了条件,使复杂煤层赋存条件下的薄煤层实现综采成为可能.研究结果表明,利用Matlab能准确地模拟复杂地质条件下采煤机工作机构遇到大块、硬结核体时滚筒瞬时负载的剧烈变化;Matlab文件操作函数生成负载文本的方法,能有效处理具有非线性、时变性、强耦合的复杂载荷问题.     

综采大倾角俯斜开采技术

文章就云岗矿3~#层8706工作面开采时,最大俯斜倾角达24°、复杂地质条件下遇到的困难进行分析探讨;阐述了采取加高采煤机滚轮架子、调斜工作面,适当减小采煤机截深和提前刹顶等一系列综合技术手段,利用现有综采设备进行成功开采的可行性,对所取得的社会效益和经济效益予以认证。     

极薄煤层和薄煤层的采煤工艺

薄煤层开采的特殊性造成薄煤层长壁机械化开采发展缓慢,目前主要以炮采和机采为主。国内外薄煤层机械化开采较成熟的工艺主要有长壁式开采、螺旋钻机开采、连续采煤机房柱式开采及急倾斜煤层钢丝锯开采。     

螺旋钻采煤机钻具稳定组合的优化设计

根据螺旋钻采煤机钻具稳定组合在采煤过程中的工作状态,以钻杆的质量最小为目标函数建立了参数优化模型,并利用Matlab软件的遗传算法优化工具箱进行编程求解。在优化结果基础上分析了钻具的稳定性及其对煤层的适应性,当2个稳定器间装有4节钻杆时,钻具的稳定性和对煤层的综合适应性较好。     

连续采煤机切屑图可视化研究

连续采煤机的切屑图反映截齿截割参数和截槽断面形状的相互关系。建立切屑断面形状的数学模型,设计切屑图可视化设计软件,模拟得到不同工况下的切屑图,为连续采煤机截割机构的计算机辅助设计提供依据。     

螺旋钻采煤机螺旋钻杆结构的设计分析

螺旋钻采煤机作为煤矿生产中的关键设备,在薄煤层或极薄煤层的开采中有着广阔的应用前景。螺旋叶片作为螺旋钻采煤机工作的主要部件,首先对煤块在钻式采煤机螺旋叶片的运动规律进行分析,并对螺旋叶片进行了强度校核,最后建立对螺旋钻采煤机钻杆轴联接套套筒的数学优化模型,对螺旋钻采煤机钻杆轴联接套进行优化设计。     

连续采煤机滚筒载荷的模拟研究

以破煤理论为基础,通过对影响截齿载荷的各项因素进行的理论分析,建立了连续采煤机滚筒载荷的数学模型,并利用计算机模拟的方法,对连续采煤机的截割过程进行模拟,得到了滚筒的载荷特征,为连续采煤机的动态设计及优化设计提供了必要的手段。