綜述全面提高煤炭塊率的方法與實踐

李建忠

（山西晉城陵川崇安關嶺山煤業有限公司，山西 晉城 048006）

綜述全面提高煤炭塊率的方法與實踐

李建忠

（山西晉城陵川崇安關嶺山煤業有限公司，山西 晉城 048006）

針對本礦沁水煤田3#、15#煤層自掘進-回采-運輸-破碎全部工藝系統生產過程中提高煤炭塊率問題，通過對掘進工藝及參數、采煤工藝及參數、運輸轉載方式、手選與破碎環節的分析，采取了相應措施，提高塊煤產率10%以上，年增加利潤1 000萬元以上。

掘進；采煤；運輸；破碎；塊率

關嶺山煤礦開采沁水煤田的3#和15#煤層，井田范圍內全部可采，屬貧煤（PM），近年銷售情況表明，塊煤銷售額占總銷售額的50%，足見塊煤產率對企業效益的影響。在該礦兼并重組改造過程中，運用系統工程原理，針對塊率問題，自掘進開始至洗選再到商品裝車外運全系統、多方位采取措施，經試運轉階段驗證，塊率提高約10%，若再進行完善，塊率可再提高5%以上。

1 煤層及頂底板條件

3#煤層厚4.35～4.65m，平均厚4.51m，屬穩定可采煤層。煤層結構簡單，含1層夾矸,夾矸厚0.41～0.55m。直接頂板為灰黑色泥巖，一般厚2.00m，底板為灰黑色砂質泥巖，厚7.50m。

15#煤層厚度4.05～5.00m，平均厚4.43m。煤層結構簡單，含1層夾矸，夾矸厚度0.16～1.26m。頂板為K2灰巖，厚5.60～9.50m，一般厚7.50m。底板為灰黑色泥巖或粉砂質泥巖，厚10.30～15.70m，一般厚12.90m。

2 煤炭物理性能

3#煤呈灰黑～黑色，以亮煤為主，次為鏡煤、暗煤，鏡煤多呈透鏡狀或薄層狀，似金屬光澤，條帶狀結構，層狀構造，參差狀、階梯狀斷口，條痕為灰黑色，內生裂隙較發育，性脆易碎，普氏硬度系數1.4。

15#煤呈黑色～灰黑色，似金屬—玻璃光澤，條帶狀結構，層狀構造，階梯狀斷口，內生裂隙較發育，性脆易碎，分層發育，其光澤暗淡，絲炭在煤中數量很少，多沿煤層層面分布，連續性差，普氏硬度系數1.3。

3 采掘選工藝

綜掘、綜采，一次采全高走向長壁垮落式采煤工藝；數控篩下空氣室自動跳汰、壓濾選煤工藝。

4 綜掘提高塊率措施

機組割煤前對煤壁進行全斷面松動爆破，按深眼少卷原則，對爆破的眼距、眼深、布置形式及裝藥量等技術參數進行不斷修改和反復試驗，截割頭自巷底沿幫開槽后，再由巷頂自上往下壓落，使煤炭成塊散落，掘進面出塊率由33%提高到40%以上。

5 綜采提高塊率措施

根據煤炭物理性能，綜合頂板、液壓支架支撐力諸多因素，采取降低支撐阻力，加大支架壓縮量，利用工作面超前應力將待采煤炭壓碎，既減少了采煤機截割功率，又提高了塊率，經前后對比，塊率提高約6%，見表1。

表1 支撐阻力與塊率調查

采取綜采機組順工作面運煤方向實施單向割煤，減少機組滾筒、機身、擋煤板等二次破碎煤塊，適時開啟破碎滾筒，盡可能加長截齒長度等措施，亦取得較好效果。

調整采煤機截割滾筒吃刀量：一般而言，吃刀量愈大，塊率愈高，吃刀量與牽引速度、滾筒轉速、同一截面截齒數有下式關系：

式中，t:截齒每轉吃刀量，mm；v:牽引速度，m/min；n:滾筒轉速，r/min；z:同一截面截齒數。

可見，提高采煤機牽引速度、降低滾筒轉速、減少同一截面截齒數量就可提高塊率。

經兩個班組采用不同牽引速度三個班次抽樣試驗結果（見表2）看出，牽引速度5米、較牽引速度3米塊率可提高4%。下一步與廠家協商，同一截面齒數由現在的3個減少到1個，齒形由刀型改為鎬型，滾筒轉速降低30%，截齒排列采用三頭螺旋一線一齒，截齒長度由現在的50mm加長至75mm，按同一產量，牽引速度提高到6.5米，可望再增加塊率5%。

表2 牽引速度與塊率調查數據

6 運輸轉載方式

由煤層開采出的煤炭，塊率多在50%左右，到加工后作為商品，塊率降為20%左右，其中運輸轉載過程塊率降低可達20%以上，為此由工作面運輸順槽開始至產品外運整個系統的運輸轉載環節逐一加以改進和完善；當轉載點高差小于1米時，利用報廢皮帶制作緩沖膠帶，增加緩沖二次平臺，降低搭接高度，使塊煤實現“軟著陸”；滿足溜槽角度40度時，采用溜槽結構；對落差大于2米的選用螺旋溜槽；運輸設備選型時，選用大寬度、低速；盡量減少給料機以犧牲運量均衡性能為代價，能不用則不用，若用則采用電磁式震動給料機；僅井下煤倉設置螺旋溜槽一項就增加塊率4%以上，調查結果如表3。該礦采區煤倉直徑8米，高度20米，按自由落體計算，至倉底時速度高達20m/s，與煤堆接觸角大于45度。

螺旋溜槽工作原理是通過螺旋溜槽的導向作用，將煤炭入倉過程中的自由落體運動改變為勻速螺旋運動，降低煤流運輸速度，減緩煤炭入倉過程的物料沖擊，避免或減少塊煤破碎，提高塊率。通過確定螺旋下滑角，可控制煤流速度小于5m/s，與煤堆接觸角可控制在10度，這樣極大地減少了煤炭沖擊，提高了塊率。

表3 使用螺旋溜槽前后調查結果

7 取消手選采用分級破碎機

為減少工人勞動強度、解決惡劣環境下無人值守，探討取消人工手選；為此取用約30噸原煤，經100mm篩分，對＋100mm物料分別進行混煤破碎、手揀矸石破碎、手揀炭塊破碎，對其破碎過程產生的末煤（-6mm）量進行統計計算。

試驗用破碎機為北京泰慈利達科技有限公司生產的2DFP50100強力分級破碎機，其原理是最大限度發揮剪切和拉伸力的共同作用來破碎物料，由于其轉速低、齒形特殊，過粉碎和超粒都較少。該機結構簡單、緊湊，由于采用強力破碎，可破碎煤巖和中等硬度的巖石，如果能有效去除煤中的鐵器和圓木，原煤便可不經分級，全部進入破碎機破碎，因而可取代篩分與手選，簡化選煤工藝，降低廠房高度，減少選煤廠的建設投資與生產費用。這對于提高選煤廠的經濟效益有著重要意義。

所謂破碎，就是將煤炭或其他固體物料分為更小部分的過程，也就是利用各種機械方法克服物體顆粒的內聚力，使其互相分離而形成具有新表面的較小粒度的過程。從各類破碎機的破碎機理來看，大致有壓碎、劈裂、折斷、磨碎、沖擊等等。該破碎機利用切線布置、漸開線形破碎齒，齒與齒間留有最終破碎粒度尺寸間隙，小于該間隙的自動落下，大塊物料在楔剪與拉撐結合作用下破碎，直至漏下，達到破碎目的；可見該型破碎原理可最大限度減少次生末煤量。其技術參數如下：

入料粒度mm＜250

排料粒度mm＜50

齒輥直徑mm500

齒輥長度mm1 000

處理能力T/h150

裝機功率kw2*15

經現場初試，設備制造方采納這一齒形及排列方案后，破碎效果愈加理想。

試驗數據見表4、表5、表6、表7。

表4 試驗記錄

表5 ＋100mm混塊破碎試驗數據

依據MT/T2-2005《選煤廠破碎設備工藝效果評定方法》用破碎率η和細粒增量Δ對破碎機進行評價。

η=100（β-α）/γ=100*（79.2-4.4）/95.6=78.2

β：排料中小于要求破碎粒度的含量（要求粒度為100mm）

α：入料中小于要求破碎粒度的含量

γ：入料中大于要求破碎粒度的含量

Δ=A-B

A:排料中細粒含量（細粒粒度為6mm）

B:入料中細粒含量

（細粒粒度是按照本單位工藝及產品情況確定的，與相關規定略有不同）

表6 ＋100mm手揀炭塊破碎試驗數據

表7 ＋100mm手揀矸石塊破碎試驗數據

由試驗可得出如下結論：

7.1 入料粒度大于要求入料粒度會極大減小破碎機處理能力；

7.2 該型破碎機破碎矸石時破碎率最高（88.5%），混合料次之（78.2%），純煤炭最差（75%），細粒增量相反，可見物料硬度愈大，該型破碎機破碎效果愈好，亦表明手選矸石后再破碎的效果差于混合破碎效果（細粒增量多出3.2%），決定取消手選。

僅該項每班可減少手選工10人，按2班計，工資按每人每月3 000元，年可減少人工費用72萬元，如按年入洗60萬噸煤炭，回收率以70%計算，塊率增加3%，塊末差價按每噸200元計，年增效益252萬元，同時排除了該環境塵肺病可能，亦排除了人工傷害的可能，社會、經濟效益全面提高。

TD823

A

1003-5168(2014)03-0045-02