俄霍布拉克煤礦新主井原煤提升及篩分儲裝運系統制約因素分析與技術改造研究

摘 要：文章針對俄霍布拉克煤礦新建南主井生產系統在主井皮帶原煤提升、篩分儲裝運系統方面存在的制約因素進行分析研究，找出問題癥結所在，提出了解決辦法并付諸實施，逐步消除了各制約環節，系統運行順暢，促進了礦井安全生產和效益提升，效果良好。

關鍵詞：提升；篩分；儲裝運；制約因素；問題分析；改造

1 概述

俄霍布拉克煤礦是徐礦集團早期援疆企業，坐落在庫車縣北山礦區，2002年建礦，設計能力為90萬噸/年，后逐步改擴建于2008年達到280萬噸/年水平，當年再次啟動400萬噸/年改擴建工程，離北主井工廣5km處新建南主井及相應生產系統，待南主井生產系統建成投產后，停用北主井生產系統。整個工程于2014年完工并試生產。由于礦井規劃設計早，建設年限長，南主井生產系統在設計理念、篩選工藝、生產流程、設備選型、施工工藝方面存在較多問題。特別在主井皮帶提升、篩分儲裝運系統方面問題較多，一度制約礦井生產，后經過多次分析論證和技術改造，逐步消除了制約環節，各系統運行順暢，目前產能達600萬噸/年，并啟動700萬噸/年產能核定，成為新疆最大的現代化井工煤礦。

2 新主井提升及篩分儲裝運系統存在的主要制約因素

2.1 新主井皮帶能力不足

主井皮帶型號：DTL160/230/4×1500S，額定提升能力2300t/h，設計為四驅動，功率1500KW×4，由于訂貨時間較早，考慮當時實際煤炭市場需求和企業經濟承受能力只采購了2個驅動，安裝運行后，提升能力只達到1300t/h，由于皮帶驅動力不足，當給煤機流量放大后，經常出現壓皮帶悶車現象，重新重載啟動需要以0.5m/s低速運行15min，待皮帶卸載后，才能以額定速度運行，低速拖動時電控柜功率元件發熱嚴重，加速電氣老化損壞，主井提升能力卡脖子嚴重影響生產能力發揮。

2.2 篩分系統的設計缺陷和生產影響因素

2.2.1 客觀因素——入篩原煤中大塊煤、矸較多

主要影響因素如下：

（1）受南疆市場因素影響。南疆4地州對中塊和大塊煤的需求旺盛，長年有較大市場，價格也較高。為保證原煤塊煤率，井下的原煤不能破碎的過小，工作面破碎機破碎粒度最大為300×300mm左右。

（2）受回采工藝影響。綜采放頂工作面由于現場操作原因，為使頂炭放盡，部分矸石放煤時混入煤流中；一次采全高工作面的部分偽頂由于采高控制不好的原因，少量大塊混入煤流；堅硬頂板工作面由于周期來壓頂板下沉，工作面片幫，造成大塊煤較多。

以上二個因素客觀上導致了原煤中大塊煤矸較多，對篩分系統各個環節影響較大。

2.2.2 篩分系統設計缺陷，影響篩選

主要影響因素如下：

（1）設計沒有考慮大塊煤矸預選系統造成的影響。篩分系統設計流程是，井下原煤上井后，直接經原煤入篩皮帶進入配煤刮板運輸機，配煤給2臺振動雙層香蕉篩，經分層篩選后得到成品煤，設計時沒有考慮原煤中大塊煤矸預選系統，這種方式帶來的后果是：a.溜煤導槽易卡堵，砸壞。大塊煤矸對導槽的沖擊大，頻繁砸壞、涮透導槽，且極易在原煤機尾承載點、機頭卸載點發生卡堵，處理導槽內卡堵不方便，影響生產。b.配煤溜子事故率高。配煤溜子的底板、側板、上蓋板是封閉結構，采用底鏈刮板帶炭到漏煤口卸載，上鏈回空方式運行，當煤流中大塊較多時，極易發生漏煤口大塊下落時，被運行中刮板抵住，造成刮板機憋卡，拉壞鏈條、刮板、連接環，耦合器頻爆易熔塞事故；或者大塊卡在了上下刮板間，造成刮板憋卡，溜子底板頂鼓事故；或者垂直下落大塊將鏈道砸變形錯茬，刮板憋卡事故。c.香蕉篩事故率高。由于香蕉篩的篩板采用鋼板外履聚氨酯材料，有一定強度，但當大塊重量超過限度，從高處垂直下落時，將篩板砸彎變形，篩梁砸開焊、砸斷，造成篩面垮塌，大塊煤矸進入中塊系統，中塊煤矸進入沫煤系統，使得篩分失去作用。

（2）中塊煤選矸工藝不合實際，處理效果差。由于礦井產能大，中塊產量占日產量的8%左右，即日產30000×8%=2400t/d左右，設計選用了FGX復合式干選機，該設備采用自生介質與空氣組成氣固兩相混合介質，借助機械振動使物料做螺旋翻轉運動進行多次分選，再充分利用逐漸提高的床層密度產生的浮力效應進行分選的原理，經過實際使用，由于俄礦的中塊煤密度與矸石相差不大，存在大量水分、煤泥，因此選矸困難，且揚塵較大，環境保護困難，該機不適合俄礦使用；而后又改用人工手選方式，但混矸太多，選不盡，效率太低而放棄。

（3）設備選型與工藝不配套問題。香蕉篩篩板孔徑、孔形設計不合理易堵塞。香蕉篩篩板一層選用的是80mm-150mm的“田”字格篩眼，二層選用的是25mm-80mm的“田”字格篩眼，這種篩眼雖然篩板開孔率高，但篩眼極易發生堵塞，造成篩子不能正常工作。

（4）溜煤導槽設計缺陷。主要表現在：a.導槽的斷面普遍設計較小，易發生卡、堵。b.部分導槽角度不合理，部分角度太大，煤流速度過快沖擊大砸壞轉載點皮帶及托輥，甚至煤矸飛出轉載點；部分導槽角度太小，造成煤流速度過慢，在槽底滯煤形成堆積最終形成堵塞。c.部分導槽為直槽，垂直下落的大塊直接砸皮帶或篩面，造成皮帶硫化接頭砸裂，或篩面變形，篩梁砸斷。d.部分導槽導槽設計強度不夠不耐磨。導槽的鋼板不是耐磨板，四周封板也未襯砌耐磨減震襯塊，槽底封板易砸鼓變形，時間長后被刷透。

（5）篩分樓設計缺陷。主要表現在：a.篩分樓震動大，安全隱患突出。篩分樓為一獨立6層建筑，總高度36m，按照篩選工藝，6樓布置原煤皮帶機頭，5樓布置配煤溜子，4樓布置香蕉篩，3樓布置手選皮帶機，2樓布置中塊及沫煤皮帶機，1樓為電控室。篩子溜子等噸位大的重型裝備約200t左右，布置在4-6樓高層，造成篩分樓“頭重腳輕”，所有設備的基礎是和篩分樓的大梁結構連為一體的，設備運行時篩分樓振動劇烈：2-6樓出現樓層地板跳動，墻體出現裂縫，特別是香蕉篩運行時與樓發生共震，篩分樓5-6樓出現明顯晃動，安全危險性大。b.卸載點過高，塊煤碎化。樓層間距最大達到9m，帶來的直接后果是卸載點高，下行煤流的沖擊慣量大，對篩子篩面、導槽、皮帶承載點破壞力大，加速設備損壞；大塊煤由于轉載點多，落差大受連續的撞擊，破碎嚴重，造成塊煤銳減，影響效益，粉碎的沫煤、中小塊混在大塊里，影響煤質。c.原煤入篩皮帶與香蕉篩位置布置缺陷。設計時采用篩子中心線與入篩皮帶中心線成90°交角布置，造成入射點偏篩面一側，煤流不能正面撞擊篩面，側向沖擊篩面后形成縱向下滑煤流，在整個篩面不能均勻散開，篩選效果較差。

（6）無原煤應急出煤通道設計。由于篩分系統環節多，設備多，且都處于一個連續工作鏈上，當系統中某臺設備出現故障時造成全線停機，主井皮帶被迫停運，井下儲煤井滿倉時，井上下停產，對生產造成重大影響。因此，無應急出煤系統及回煤系統不能保證生產組織的從容進行。

2.2.3 儲裝運工藝缺陷

主要缺陷如下：

（1）中塊、沫煤成品不落地系統的缺陷。初始設計時，考慮環保因素，系統設計為中塊、沫煤成品不落地系統，即成品沫煤進3個2500t的沫煤倉，中塊進1個2500t的中塊煤倉，大塊進專用堆場，中塊與沫煤交替通過快裝皮帶和火車快裝站發運，大塊在堆場用裝載機裝運方式，這實際為理想化方式，由于南疆市場分散，大部分用戶火車倒運不到，需要多次轉場，運費高，火車發運量只占少部分，大部分要靠地銷，由汽車裝車外運。由于設計缺少汽車地銷裝載系統，構成發運制約，當火車外運受限制時，相當部分沫煤、中塊在煤倉滿倉時就要進入地面堆場存放，否則，就要停產。

（2）局部設備能力不配套。中塊及轉載皮帶，原煤入篩皮帶，倉頂配煤皮帶能力過小，滿足不了800～1000萬噸/年的產能，要改造增加運能，形成喇叭口式的外運能力。

2.2.4 缺乏系統集中調度自動控制系統

由于系統尚未配置生產調度及集控系統，設備由人工就地控制，用人多，效率較低，相互聯系靠電話和電鈴信號，反應過程慢，當系統中間環節有問題時，前后上下級設備不能及時停機，造成埋機頭，堵溜煤口現象時有發生；全線停車，啟動用時較長，制約整體生產能力發揮。

2.2.5 環保工程設計缺陷

主要缺陷如下：（1）生產過程噪音過大。篩分樓各樓層相通，與皮帶廊相連，生產過程中皮帶機、配煤刮板機、香蕉篩設備運行噪音，溜煤槽受砸噪聲，混在一起，廠房內噪音最高達105dB，損壞工人聽力，嚴重影響工作人員的身體健康。（2）生產過程粉塵濃度過高。粉塵產生原因：室內部分由于轉載點多造成拋煤揚塵，篩子振動揚塵，皮帶機運行揚塵。室外部分由于煤炭落地，炭場露天，風力揚塵，汽車，裝載設備揚塵。由于室內設計僅僅考慮沫煤與震動篩采用布袋除塵器，其余轉載點采用噴霧防塵，室外安裝防風抑塵網的方案，總體除塵效果差，煤塵濃度高，影響工作人員身體健康。

3 問題解決方案或改進策略

3.1 主井皮帶機提升能力不足問題

解決辦法如下：（1）按設計要求，增加2個驅動，構成4驅動，提高驅動力，使原煤提升能力達到額定2300t/h；（2）解決多驅動方式下4臺電機的同步和功率平衡問題。

3.2 篩分系統沒有大塊煤矸預選系統問題

篩分系統沒有大塊煤矸預選系統直接篩選是造成導煤槽卡堵、香蕉篩、配煤刮板運輸機損壞故障高的根本原因。解決方法如下：

（1）在保證一定塊煤率的前提下，強化井下生產組織管理，適當控制破碎機破碎粒度，控制大塊煤的上井量；（2）在主井皮帶機頭卸載電處增加重型棒條篩一部，將大塊煤矸在進入原煤皮帶之前預選出來，+300mm以上大塊配合新安裝的2部皮帶機進入原大塊手選系統，-300mm以下部分進入原篩選系統，大塊煤矸分離，并實現工藝閉合，避免香蕉篩、配煤刮板運輸機和導槽的損壞，降低事故。

3.3 中塊煤選矸工藝不合理問題

針對俄礦中塊的含矸情況，經過比選和現場實際試驗，選用國內ZM400型礦物高效分離機，該機引進美國賽博瑞特干法分離脫水技術，專門針對高低密度混合物的分離。是一種高密度礦物含量高的難分離物料的環保模塊集成化干法分離、脫水設備。在分離的同時脫去一定水分，進一步提高煤炭發熱量。具有產量大、分離效率高、煤質好、污染小、噪音低，合符環保要求的特點，特別適合俄霍布拉克煤礦高寒缺水戈壁灘內煤礦的選煤加工。

3.4 香蕉篩篩板孔易堵問題

解決辦法如下：（1）增大篩孔直徑。上層篩孔由80mm-150mm改為150mm-200mm，下層篩孔由25mm-50mm改為50mm-80mm；（2）更改篩孔孔型。篩孔孔型由“田”字型改為橫放的“目”字型，格條由扁鋼改為圓鋼，這樣在煤流方向上沒有太多橫格條阻擋，也便于煤流下滑不易堵篩孔。

3.5 溜煤槽不合理問題

根據不同卸煤點位置具體分析，解決方法如下：（1）適當增大導槽直徑便于物料下滑；取消導槽的直筒設計，改為斜導槽，根據反復試驗結果，為使煤流具有合理下滑速度，導槽角度30°-35°為宜，不因速度過快產生過大沖擊力而又不因速度過緩而淤積堵塞導槽；（2）高處下行煤流沖量大，在靠導槽下出口處設計自填充抗砸槽，可緩沖煤流速度，減小對卸載點的沖擊。

3.6 篩分樓振動問題

解決方法如下：（1）將香蕉篩的基礎獨立出來，在4樓用鋼結構與篩子的基礎大梁相連接并頂上勁，用鐵板抱箍穿3層樓板后落地，并增大落地點閥板的面積和承重量。（2）加固皮帶機、溜子的基礎水泥梁，用鋼結構相互連起來，合力共載。（3）通過調整篩子、刮板機、皮帶機的變頻器的工作頻率，躲過與篩分樓的共振區。

3.7 卸載點過高問題

樓層間距過大造成卸載點過高是設計固原缺陷，無法改變，采取解決方法如下：（1）改變導槽結構，由直槽改為斜槽，長槽中增加阻尼板，出口增加緩沖擋鏈來控制煤流速度；（2）將大塊預選系統逆煤流方向前置，由篩分樓6樓改到主井皮帶卸載點處，高度由36m降為5m；（3）在承載點增加緩沖床或緩沖托輥，減少沖擊力。

3.8 香蕉篩與入篩煤流方向偏置問題

解決方法：加工特殊的給煤導槽，改變煤流方向。導槽分為3節，第一節直筒結構；第二節內置擋煤板，導槽口旋轉45°結構；第三節內置擋煤板，導槽口再旋轉45°，三節依次連在一起，這樣導槽入出口相對旋轉90°，使得最終從導槽出來的煤流方向與篩面垂直，煤流分散性好，便于篩選。

3.9 沫煤、中塊不落地問題

解決方法如下：（1）原煤倉分倉改造，火車運輸與汽車運輸分流，1～3號倉作為火車專用倉，4號倉作為汽車運輸專用倉，4號倉底改造，安裝2部汽車快速裝車皮帶機，配套建設皮帶廊、汽車裝車棧橋，保證1.5min裝滿一輛車。（2）在沫煤皮帶廊中部安設刮煤器，在倉滿時將沫煤掛下落地進地面堆場，不能因倉滿影響生產。

3.10 儲裝運設備能力不配套問題

解決方法如下：認真分析系統實際產能和每部皮帶能力，將中塊及轉載皮帶、原煤入篩皮帶、倉頂配煤皮帶的帶寬增加，帶速提高，以滿足最大流量需求。

3.11 集控與自動化系統問題

解決方法如下：根據自動化系統要求，整個系統增加以下3部分：（1）計算機集中控制系統。負責對生產系統設備實現集中監控。所有設備的操作和系統的控制主要在集中控制中心完成。所有設備的運轉狀態、各工藝參數、各種保護裝置動作情況、各儀器儀表、傳感器的測量結果等均能在上位機上顯示、存儲、檢索、打印。（2）電話調度系統。由主機、調度臺、調度分機等幾部分組成；具備生產調度、行政電話交換、廣播擴音喊話一體化語音通信功能。（3）大屏幕監控系統。直觀顯示篩選儲裝運工藝流程和設備運轉情況，各作業點的實時動態情況。

以上三部分構成全工廣的綜合自動化系統，實現相互聯通、資源共享，達到減少事故提高開機率、減人增效的目的。

3.12 環保問題

解決辦法如下：（1）噪音問題。溜煤導槽改造，直筒改為緩坡斜槽，槽內壁襯貼抗砸、耐磨、減振三合一的復合材料，槽筒外部包裹吸聲棉；篩子調整頻率，保證篩選情況下，減頻、減振、降噪，敞口處改為封閉口并加隔音皮；皮帶采用硫化接頭杜絕金屬接頭，托輥運轉靈活減噪。（2）粉塵問題。各皮帶機轉載點增加與皮帶機聯動的噴霧裝置；產塵大的篩子和沫煤卸載點增加布袋除塵器；大廠房內安裝超聲波除塵器；定期對機道、機頭尾、廠房大廳沖洗消塵。室外部分增加炭場自動化防塵系統，建設防風抑塵網，盡量使用煤倉儲煤，減少地面風吹揚塵，設備揚塵、煤炭倒運揚塵。

3.13 應急出煤通道問題

解決方法如下：在主井原煤機頭增加一套原煤應急出煤系統，這樣，即使篩分系統停運，而主井仍可運行，保證井下生產不中斷。即在主井機頭設置可調整方向的導槽，正常情況煤流入棒條篩篩選，當后方篩選系統故障停車時，調整導槽的方向，給位于機頭前方的應急皮帶上煤，應急皮帶將原煤拉入應急堆場儲存；在系統正常后，利用堆場內的斗輪式裝煤機配合返煤皮帶向棒條篩給煤，重新入篩。

4 實施情況

新主井運煤系統、原煤篩分及儲裝運系統的優化改造工程，分系統進行，共約1年時間。期間主要有以下項目：提高主井皮帶機提升能力；篩分系統增加大塊預選系統；篩分樓振動改造；篩子、導槽改造；沫煤、中塊煤倉改造，增加汽車地銷系統和地面存放堆場；環保工程改造；應急出煤通道建設；自動化系統改造等方面。各個系統改造工作做到了事先論證、超前準備、分系統進行，施工利用生產間隙和休息日時間進行，整個工程有條不紊，互不干涉，對生產影響較小。

5 結束語

改造后系統運行表明：礦井生產卡脖子環節打通；篩分樓安全隱患消除；導槽卡堵事故，香蕉篩、配煤溜子、各轉運皮帶事故大大降低，生產連續性、開機率提高；篩選煤質合格率大為提升；裝車外運系統順暢；篩選、操車自動化提高了運行效率，達到減人增效目的，改造工作獲得成功，值得借鑒與推廣。

作者簡介：陳國強（1972-），男，江蘇金壇人，畢業于中國礦業大學礦山機電專業，碩士研究生，現為徐礦集團天山礦業有限責任公司機電副總經理，高級工程師。