選煤廠塊煤防破碎技術(shù)探索

邵燕祥

(中赟國際工程股份有限公司，河南 鄭州450007)

目前，化工、造氣、燒結(jié)等行業(yè)對塊煤需求量巨大，加之塊煤的銷售價格明顯高于末煤等產(chǎn)品，因此提高塊煤產(chǎn)率成為選煤廠增加經(jīng)濟效益的重要途徑。由于選煤廠塊煤分選、儲存、裝車、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的防破碎設(shè)施不完善及溜槽、輸送帶設(shè)計不合理等原因，塊煤在選、儲、裝、運過程中被破碎，造成塊煤破碎率偏高。因此，如何最大限度地提高塊煤產(chǎn)率，成為選煤廠亟待解決的問題。

為了保證塊煤產(chǎn)率，選煤廠在選、儲、裝、運全過程的各個環(huán)節(jié)，根據(jù)不同作業(yè)需要，分別安裝斜坡鋼板、新型慣性導(dǎo)料槽、緩沖溜槽等設(shè)備、設(shè)施來提高塊煤產(chǎn)率，并且取得了較好效果。 為此，對不同防破碎方案進行分析，以期為塊煤防破碎技術(shù)的選擇提供參考。

1 塊煤破碎及原因分析

(1)運輸轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)。在煤炭運輸過程中，破碎環(huán)節(jié)主要是轉(zhuǎn)載處，在轉(zhuǎn)載處塊煤與溜槽壁、膠帶或其他物體碰撞次數(shù)太多，且每次碰撞都使塊煤存在不同程度的破碎，致使塊煤產(chǎn)率大大降低。煤炭運輸中完成轉(zhuǎn)載作業(yè)的多為溜槽，而選煤廠部分溜槽設(shè)計(形狀、傾角等)不合理，塊煤防破碎設(shè)計考慮不夠，導(dǎo)致塊煤轉(zhuǎn)載時落差大，與溜槽壁相互激烈碰撞而破碎，最終造成塊煤產(chǎn)率降低。

(2)塊煤儲存環(huán)節(jié)。通常選煤廠煤倉落差在15～20 m之間，塊煤分級后入倉落差較大。當(dāng)煤倉的煤位較低時，大量的入倉塊煤直接從機頭落到倉底，而塊煤自由下落的速度很大，有時高達15 m/s左右，致使塊煤之間、塊煤與其他物體之間相互激烈碰撞破碎或被摔碎，其限下率大幅增加。通過一組數(shù)據(jù)(表1)可以看出：入倉前后塊煤限下率之差高達22.97%，說明入倉過程中大量塊煤出現(xiàn)破碎。

表1 入倉前后的塊煤限下率對比結(jié)果

(3)原煤破碎環(huán)節(jié)。一般原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)的分級粒度為100 mm，>100 mm粒級物料經(jīng)手選后進入破碎機。在人工揀選環(huán)節(jié)，由于人工手選的隨意性較大，塊煤揀出率低，未被撿出的塊煤被破碎后造成過粉碎現(xiàn)象嚴(yán)重。

(4)銷售裝車環(huán)節(jié)。一般選煤廠分選出的塊煤先入倉后經(jīng)膠帶或溜槽裝車銷售，在銷售不暢的情況下，塊煤需要落地儲存。在這個過程中塊煤與溜槽壁、膠帶等相互碰撞，加上下落時塊煤之間的相互碰撞，導(dǎo)致塊煤破碎量進一步增加。

2 塊煤防破碎原理

根據(jù)塊煤選、儲、裝、運全過程的實際情況，可以考慮從四個方面提高塊煤產(chǎn)率，具體表現(xiàn)為：

(1)減少其他能量向動能轉(zhuǎn)化。塊煤轉(zhuǎn)載過程中可能存在較高落差，在塊煤從高處向低處運動時，重力勢能轉(zhuǎn)化成動能，導(dǎo)致塊煤運動速度增大，易造成塊煤被摔碎。因此，在實際生產(chǎn)過程中，要保證塊煤運動路徑上的高差(膠帶與分級篩之間的高差、膠帶相互之間的高差等)在合理的范圍內(nèi)，避免塊煤被摔碎。

新莊選煤廠、劉河選煤廠在后期改造過程中，將塊煤轉(zhuǎn)載膠帶與分級篩的高差保持在20 cm，基本杜絕了塊煤被摔碎的現(xiàn)象。

(2)減小碰撞物體之間的彈性恢復(fù)系數(shù)。在盡量使塊煤不破碎的前提下，增加反向作用力，以增加塊煤與溜槽壁、膠帶等的接觸時間，從而減小塊煤與其他物體的碰撞力度。

兩個物體的接觸時間與兩者的材料性質(zhì)有很大關(guān)系，如果材料硬度大(即恢復(fù)系數(shù)大)，則接觸時間短；反之，則接觸時間長。在兩者碰撞壓縮過程中，接觸點附近材料受到的壓應(yīng)力較大，越靠近壓痕中心的材料所受的壓應(yīng)力越大，越早到達屈服極限。選煤廠通常在膠帶的受料點加裝緩沖托床，并在溜槽碰撞點加裝軟皮，以達到降低塊煤破碎的目的。

(3)減小塊煤運動速度。因為塊煤在膠帶或溜槽表面的運動速度很高，運動速度甚至能達到2.50 m/s，輸煤膠帶的運行速度可能在6 m/s左右，高速運動的塊煤與溜槽壁、膠帶等物體碰撞后，塊煤勢必被撞碎[1-2]。

塊煤運輸膠帶的運行速度要盡量選用低速，塊煤的主運輸膠帶可以配置變頻調(diào)速裝置。根據(jù)煤質(zhì)情況和煤量情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)膠帶運行速度，既可滿足塊煤運輸要求，又能滿足前后轉(zhuǎn)載點的防破碎要求。需要注意的是，在變頻調(diào)速的情況下，膠帶寬度要滿足其低速運行時塊煤通過量的需求。

(4)減少塊煤與其他物體的碰撞次數(shù)。在塊煤運動過程中，容易與溜槽壁、膠帶或其他物體發(fā)生碰撞，每次碰撞都使塊煤有一定破碎。多次碰撞效果的累積，必將使塊煤粒度變小，并使其產(chǎn)率降低。因此，可以從減小塊煤與其他物體的碰撞次數(shù)考慮，以提高塊煤產(chǎn)率。

目前，薛湖選煤廠采用新型慣性導(dǎo)料槽運輸塊煤，在塊煤運動過程中，以“液狀流”運動形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)“臺球流”形式，塊煤之間及塊煤與溜槽壁、膠帶等物體之間的碰撞次數(shù)大大減少。

3 塊煤防破碎技術(shù)探索

3.1 在塊煤倉內(nèi)安裝斜坡鋼板

在塊煤倉內(nèi)安裝斜坡鋼板，可以減小塊煤運動速度及其與其他物體撞擊的力度和機會，從而實現(xiàn)塊煤的緩慢入倉，以提高塊煤產(chǎn)率。在實際設(shè)計中，可以以煤樣的平均摩擦角為依據(jù)，通過模擬試驗測算出斜坡鋼板的適宜安裝角度。

根據(jù)薛湖選煤廠的毛煤煤樣粒度組成可以看出：>13 mm粒級物料所占比例為36.40%，煤樣的平均摩擦角為33.72°，斜坡鋼板的安裝角度對塊煤限下率的影響見表2。

表2 斜坡鋼板的安裝角度與塊煤限下率的關(guān)系

由表2可知：安裝角度偏大或偏小都影響塊煤限下率，對薛湖選煤廠塊煤來說，安裝角度以34°為宜[3-4]。如果安裝角度偏小，則影響塊煤下滑速度，塊煤容易聚集成堆而無法下滑，最終自落到倉底，導(dǎo)致煤塊被摔碎。如果安裝角度偏大，則塊煤運動速度加快，其在與其他物體接觸時，碰撞力度增大，也容易被撞碎。

中型塊煤倉和小型塊煤倉的斜坡鋼板安裝角度可稍作調(diào)整，如將小型塊煤倉的安裝角度調(diào)到32°左右，中型塊煤倉的安裝角度保持在34°。通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析(表3)可以看出，在將小型塊煤倉的斜坡鋼板安裝角度調(diào)整到32°后，塊煤限下率下降26.52%，說明塊煤防破碎措施使用效果良好[5-6]。

3.2 選用緩沖溜槽撥輪機

緩沖溜槽撥輪機屬于防破碎裝置[7-8]，根據(jù)塊煤防破碎需要，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，可在塊煤從分級篩到帶式運輸機之間的運輸路徑上增設(shè)緩沖溜槽撥輪機。利用安裝在溜煤斗上口的超聲波煤位傳感器探測塊煤的積聚高度，通過PLC和變頻器控制溜煤斗下口撥輪機的開停和轉(zhuǎn)動速度，進而實現(xiàn)塊煤在落差處蠕動下滑的自動控制，以減小塊煤的下滑速度和碰撞機會，達到塊煤防破碎的目的[1，9]。緩沖溜槽撥輪機結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

表3 斜坡鋼板安裝角度調(diào)整前后的塊煤限下率對比結(jié)果

圖1 緩沖溜槽撥輪機結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 選用TDS智能干選機

為了解決原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)人工手選隨意性大的問題，可以采用TDS智能干選機對>50 mm粒級塊煤預(yù)先排矸，再通過人工挑選出塊煤中的矸石，以保證塊煤質(zhì)量，同時防止塊煤過粉碎。干河煤礦TDS智能干選機分選效果見表4。

表4 干河煤礦TDS智能干選機分選效果Table 4 Performance data of the TDS dry cleaning machine used at Ganhe Coal Mine %

由表4可知：經(jīng)過TDS智能干選機分選后矸石帶煤率僅為1.34%，煤帶矸石率為5.32%[10]，設(shè)備分選精度高，排矸效果明顯轉(zhuǎn)好。

3.4 選用雙系統(tǒng)裝車銷售

通常選煤廠生產(chǎn)出來的塊煤先進入產(chǎn)品倉或落地儲存，再通過裝車系統(tǒng)裝車銷售。在這個過程中，塊煤因多次轉(zhuǎn)載而破碎，導(dǎo)致塊煤限下率大幅增加。

為此，可以考慮采用雙通道分叉溜槽雙系統(tǒng)裝車銷售，這樣塊煤既可直接汽運裝車銷售，又可入倉儲存，運輸轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)大大減少。此外，有的選煤廠采用集裝箱裝載運輸塊煤，塊煤運輸量增加，轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)減少，能夠有效解決塊煤破碎、運輸虧噸及環(huán)保問題。

4 結(jié)語

提高塊煤質(zhì)量和提升塊煤產(chǎn)率是一個整體性問題，通過煤質(zhì)資料分析煤質(zhì)特性，重點研究選煤廠各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)對塊煤產(chǎn)率的影響，找出薄弱環(huán)節(jié)進行詳細分析，進而確定合理的塊煤防破碎技術(shù)，達到防止塊煤破碎，提高塊煤產(chǎn)率的目的，這對實現(xiàn)選煤廠經(jīng)濟效益最大化有著重要意義。