成莊礦提高塊煤產(chǎn)率技術(shù)的探索和應(yīng)用

司曉鵬

(山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 成莊礦，山西 晉城 048000)

山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱晉煤集團(tuán))是全國(guó)最大的無煙塊煤生產(chǎn)企業(yè)，洗塊煤是晉煤集團(tuán)主要的效益產(chǎn)品，但晉煤集團(tuán)各礦井在設(shè)計(jì)時(shí)很少考慮降低塊煤破碎、提高塊煤產(chǎn)率的措施，因此，降低各環(huán)節(jié)塊煤破碎、提高工作面塊煤產(chǎn)率，一直是晉煤集團(tuán)所屬各礦在生產(chǎn)中不斷探索研究的內(nèi)容，圍繞如何提高塊煤產(chǎn)率而研發(fā)的各種新技術(shù)也是層出不窮，成莊礦是晉煤集團(tuán)下屬的主力礦井，文章介紹了成莊礦在采煤和井下運(yùn)輸各環(huán)節(jié)所采取的降低塊煤破碎、提高塊煤產(chǎn)率的技術(shù)措施，以期為其他類似企業(yè)生產(chǎn)提供借鑒。

1 優(yōu)化綜采工作面的生產(chǎn)設(shè)備與工藝，提高塊煤產(chǎn)率

伴隨機(jī)械化采煤效率的不斷提高，工作面毛煤的塊煤產(chǎn)率卻不斷降低，而提高采煤工作面塊煤產(chǎn)率是保證商品煤塊煤量的首要環(huán)節(jié)[1-3]。在煤體原生硬度、節(jié)理、裂隙相對(duì)穩(wěn)定的條件下，研究采煤機(jī)切割對(duì)煤炭塊煤產(chǎn)率的影響是提高工作面塊煤產(chǎn)率的主要手段，成莊礦經(jīng)過多年的實(shí)踐，選擇了適合該礦煤炭特點(diǎn)的生產(chǎn)設(shè)備與工藝，使工作面的塊煤產(chǎn)率由55.54%提高到57.34%。

1.1 選擇合適的采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速

采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速與塊煤產(chǎn)率密切相關(guān)。研究證明，在相同的條件下，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速低時(shí)，塊煤產(chǎn)率提高，但同時(shí)也帶來一定的副作用，隨著轉(zhuǎn)速降低，又會(huì)使割煤效果下降，增加截割功率，易出現(xiàn)滾筒堵塞現(xiàn)象，影響生產(chǎn)[4-6]。成莊礦經(jīng)過多方調(diào)研與實(shí)踐，在確立采煤機(jī)型號(hào)為MG450/1020-WD的基礎(chǔ)上，確定了適合成莊礦井下煤質(zhì)特點(diǎn)的采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速為32 r/min，既減少了塊損，又保證了生產(chǎn)能力。

1.2 改變滾筒旋轉(zhuǎn)方向

成莊礦原采煤機(jī)兩滾筒布置方式不統(tǒng)一，有前順后逆和前逆后順兩種布置方式，經(jīng)實(shí)踐后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用前順后逆方式時(shí)，前滾筒截煤量大于后滾筒，后滾筒裝煤量大于前滾筒，這時(shí)煤塊不易破碎，且前滾筒不向司機(jī)甩煤，粉塵也少，最后統(tǒng)一改為前順后逆的布置方式[7-8]。

1.3 改變割煤工藝

采煤機(jī)割煤方式改為先割頂?shù)逗蟾畹椎逗螅欣谔岣邏K煤產(chǎn)率，同時(shí)還有利于及時(shí)支護(hù)頂板，不產(chǎn)生傘檐，防止片幫砸傷人員和砸損設(shè)備，另外還避免了二次空刀掃浮煤使煤體重復(fù)破碎。

2 降低毛煤運(yùn)輸轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)塊煤破碎率的改造

井下運(yùn)輸各環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)時(shí)，全部采用傳統(tǒng)溜槽進(jìn)行轉(zhuǎn)載，成莊礦為了提高塊煤產(chǎn)率，進(jìn)行了不同類型的改造。毛煤破碎后，經(jīng)過轉(zhuǎn)載溜槽和帶式輸送機(jī)到達(dá)井下煤倉(cāng)上口，由于倉(cāng)口距離工作面遠(yuǎn)近不一，所經(jīng)環(huán)節(jié)不盡相同，最少的需要經(jīng)過兩條運(yùn)輸大巷帶式輸送機(jī)，多的要經(jīng)過七條以上的帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載。經(jīng)測(cè)算，毛煤從采煤工作面運(yùn)輸?shù)骄旅簜}(cāng)入口，塊煤損失率平均達(dá)到7個(gè)百分點(diǎn)以上，經(jīng)過對(duì)溜槽改造后，使井下煤倉(cāng)入倉(cāng)時(shí)塊率平均由50.64%提高到53.69%。

2.1 螺旋溜槽

對(duì)于長(zhǎng)期性的或使用期限比較長(zhǎng)的輸煤溜槽，盡可能采用螺旋溜槽，并采用耐磨陶瓷或耐磨橡膠作為內(nèi)襯材料，使毛煤進(jìn)入溜槽后既能沿著溜槽內(nèi)壁滑行至轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)，又減緩了毛煤對(duì)溜槽的沖撞，改為螺旋溜槽后，明顯降低了毛煤的破碎率，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益[9-10]。

2.2 煤墊

對(duì)于未使用螺旋溜槽的轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，在條件許可的情況下，能增加煤墊的溜槽盡可能的在溜槽內(nèi)適當(dāng)位置增加煤墊，使煤盡可能多的與溜槽內(nèi)的煤墊相碰撞，從而達(dá)到防碎的目的。

煤墊的設(shè)置主要有以下五種形式：一是對(duì)傾角較大的溜槽，在溜槽中、下端增設(shè)三角形緩沖減速斗，減緩煤的運(yùn)行速度，如圖1(a)所示；二是對(duì)傾角較大的變向溜槽在變向處加設(shè)三角形緩沖斗，以減小煤在溜槽中的沖擊、碰撞、摩擦速度，如圖1(b)所示；三是對(duì)先垂直降落后變向降落的溜槽在變向處垂直溜槽的下方，增設(shè)一梯形緩沖斗，使垂直降落的煤在變向處由“硬著陸”變?yōu)椤败浿憽?，以減小跌落破碎，如圖1(c)所示；四是在膠帶輸送機(jī)機(jī)頭物料拋射方向的溜槽側(cè)壁，加三角形緩沖斗，減緩和避免煤與溜槽壁直接碰撞，如圖1(d)所示; 五是在帶式輸送機(jī)的機(jī)尾入料溜槽，增加平底，減小下滑速度，以減小降落到膠帶上的塊煤相互碰撞而產(chǎn)生的塊煤破碎，如圖1(e)所示。

圖1 各種溜槽中煤墊設(shè)置示意圖

2.3 V形溜槽

成莊礦井下原溜槽采用傳統(tǒng)的簸箕形溜槽結(jié)構(gòu)，易卡堵，且沖擊大，還易造成塊煤破碎，而且在落入下一環(huán)節(jié)設(shè)備上時(shí)，煤之間的互相沖擊造成煤的二次破碎，成莊礦經(jīng)多次實(shí)踐試用，改用V形溜槽。溜槽采用無幫板開放式設(shè)計(jì)，兩翼底板呈V形，夾角120°，底板具有很好的向心導(dǎo)順性能，條狀物料縱向滑落，大塊煤與矸石無處可卡；溜槽采用高位接煤，避免了煤流對(duì)底板的沖擊，使得毛煤塊煤損失率大幅降低；煤流從上級(jí)皮帶卸料后，在著槽時(shí)形成下層為末，上層為塊的狀態(tài)，可以有效的保護(hù)皮帶免受砸傷。

3 井下煤倉(cāng)增設(shè)外螺旋溜槽

為減少塊煤跌落破碎，成莊礦曾在井下煤倉(cāng)安裝內(nèi)螺旋溜槽，但在使用過程中，由于溜槽是吊于煤倉(cāng)中間，在煤倉(cāng)進(jìn)煤開始和結(jié)束時(shí)，內(nèi)螺旋溜槽受到的不平衡載荷很大，同時(shí)，當(dāng)煤倉(cāng)放煤時(shí)，內(nèi)螺旋溜槽正好位于煤倉(cāng)出煤口的上方，影響煤倉(cāng)內(nèi)煤流的運(yùn)動(dòng)，內(nèi)螺旋溜槽受到的動(dòng)壓非常大，受這些不利因素影響，內(nèi)螺旋溜槽多次整體垮塌，在拆除修整期間采用控制倉(cāng)位的臨時(shí)辦法，不但降低了煤倉(cāng)有效容積，而且影響了減少塊煤破碎的效果。

經(jīng)多方考察與調(diào)研，成莊礦完成了在井下煤倉(cāng)內(nèi)增設(shè)外螺旋溜槽的改造，有效降低了塊煤破碎損失。溜槽分為直溜槽、非標(biāo)準(zhǔn)段螺旋溜槽和標(biāo)準(zhǔn)段螺旋溜槽三部分，上一環(huán)節(jié)來煤先落在直溜槽段，直溜槽的形式為：由寬變窄逐漸收縮的直斜板，該段對(duì)煤流進(jìn)行加速并將其導(dǎo)入非標(biāo)準(zhǔn)段螺旋溜槽，然后該段按一定角度繼續(xù)對(duì)煤流進(jìn)行加速，并不斷改變煤流的方向，使煤流能夠以預(yù)定的速度進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)段螺旋溜槽，在標(biāo)準(zhǔn)段螺旋溜槽段，煤流在各種力的共同作用下基本以恒定速度平穩(wěn)運(yùn)行，它的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓柱螺旋線，煤流通過標(biāo)準(zhǔn)段螺旋溜槽滑入煤倉(cāng)底部，逐漸灌滿煤倉(cāng)。

通過這些技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)入成莊礦選煤廠的毛煤平均塊煤產(chǎn)率由10年前的45.64%提高到去年的50.59%，提高了4.95個(gè)百分點(diǎn)。

4 效益分析

經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐，在提高工作面塊煤產(chǎn)率和降低井下運(yùn)輸轉(zhuǎn)載各環(huán)節(jié)塊率損失方面，成莊礦已經(jīng)形成了自己的一套獨(dú)特的解決方案。這些技術(shù)的應(yīng)用，使成莊毛煤塊煤率提高了4.95個(gè)百分點(diǎn)，按成莊礦2017年原煤產(chǎn)量1 072萬噸、洗塊煤噸煤價(jià)763元、末煤噸煤價(jià)424元、塊煤在選煤廠綜合損失20%(含破碎機(jī)及各環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)載的損失，一般毛煤塊煤率為50%左右，通過商品煤折算的塊煤率在40%左右)、洗塊煤等70%計(jì)算，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為1 072×4.95%×80%×(763×70%-424)=4 674萬元，提高塊煤產(chǎn)率的措施給成莊礦帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。