井上煤場螺旋溜槽防破碎技術在某煤礦的應用研究分析

李凌峰

摘要：闡述了塊煤螺旋溜槽防破碎技術（以下簡稱螺旋溜槽）的理論及發展史，螺旋溜槽的設計原理。針對某煤礦原煤的性質與特點，經過研究分析，設計了井上煤場輸送機螺旋溜槽，確定了其結構參數，經過安裝實測，成功提高了該礦的塊煤率，顯著地降低了限下率，使該企業的生產盈利情況有了明顯的提高。

Abstract： The theory and development history of the anti-crushing technology of lump coal spiral chute （referred to as spiral chute） and the design principle of spiral chute are expounded. According to the nature and characteristics of a coal mine's raw coal， after research and analysis， the spiral chute of the uphole coal yard conveyor was designed， and its structural parameters were determined. After installation and measurement， the lump coal rate of the mine was successfully improved， the undersize fraction was significantly reduced， and the production profitability of the company has been significantly improved.

關鍵詞：螺旋溜槽;防破碎;塊煤率;限下率;煤場

Key words： spiral chute;crushing prevention;lump coal rate;undersize fraction;coal yard

中圖分類號：TH221 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）14-0084-03

0 ?引言

塊煤由于其在物理化學方面性質的突出特點使得其市場銷路廣且價格高。根據調查顯示，某煤礦所產塊煤的銷售價格比末煤每噸大約高出200元，因此如何盡可能地提高所產煤炭中塊煤所占比例，減少在各生產運輸工序中塊煤的破損率，進一步降低塊煤限下率，目前是該礦提高企業效益的重點工作內容。

提高煤炭的塊煤率是一個系統工程，涉及到煤炭開采直至煤炭裝車儲運整個過程，但需要兩個方面的技術：提高煤炭的塊煤率和降低塊煤的限下率，即原煤（毛煤）系統提高塊煤率和塊煤系統降低破碎兩個環節進行研究。

當前國內提高塊煤率的主要措施有：塊煤螺旋溜槽防破碎技術、塊煤防碎緩沖裝置、YPF移動式塊煤防破碎裝置、KSS型伸縮溜槽塊煤防破碎裝置、分流緩沖式入倉防破碎裝置和LKK型溜煤斗轉載裝置等。目前上述所有的提高塊煤率的主要措施中，以螺旋溜槽技術最為成熟，應用也最為廣泛。

1 ?塊煤螺旋溜槽防破碎理論

1.1 螺旋溜槽技術

螺旋溜槽技術是于上世紀80年代引入我國的，最早是在山西省潞安礦務局下屬的常村礦的井下中央煤倉進行安裝試驗，隨后于山西省晉城礦務局所屬礦井的井下中央煤倉進行了進一步推廣。由于該技術穩定可靠，效果明顯，目前在全國各大煤業公司已廣泛應用[1、2]。近幾年，螺旋輸送技術的新進展主要包括：散體物料技術，有限元技術在煤倉內的應用，新型高耐磨材料的應用等。

螺旋溜槽，根據不同的布置形式，可分為兩類：內螺旋溜槽、外螺旋溜槽。通常來說，內螺旋溜槽一般安設于尺寸有限、直徑較小的煤倉中心位置，螺旋溜槽主體大都由平滑鋼板制成，主體周圍使用鋼制立柱進行支撐固定;外螺旋溜槽，主要是螺旋結構位置與內螺旋溜槽不同，分為內嵌式以及組裝壁掛式兩種[3]。

由于螺旋溜槽在煤炭行業中的應用要面對負載大、運量高、磨損強的特點，因此很少使用結構強度較低的內螺旋溜槽。

1.2 塊煤破碎原理

塊煤在溜槽中運動時，由于受到重力作用，煤塊之間相互碰撞使得煤塊碎裂。根據動量定理：

根據大量的理論及試驗研究，目前主流理論認為煤炭顆粒之間，煤炭顆粒與其他物體之間的碰撞屬于完全非彈性碰撞，發生碰撞后，認為煤炭顆粒的運動速度降為零。根據公式，當煤塊的質量一定時，煤塊受力與其運動速度呈正相關，與碰撞時間呈負相關。因此，提高塊煤的完整度、降低限下率，主要有以下兩種解決辦法：一是降低煤炭顆粒的運動速度;二是延長煤炭顆粒間及煤炭顆粒與其他物體間的碰撞時間[4]。

煤塊在溜槽中的運動受力相對復雜，但是大體可以簡化為三個分力： 沿空間螺旋線切線方向的重力分力F1，垂直于螺旋線切線平行于底板斜面的重力分力F2和底板摩擦力F3，如圖1所示。當F1、F2以及F3的合力為零時，即認為塊煤在溜槽中的瞬時運動狀態平衡狀態，即？駐v為零。其中：

2 ?煤礦簡介及概況

某煤礦核定生產能力150萬t/a，所產煤種為煙煤，含硫低，發熱量高，一般含硫量1.3%左右，發熱量較高，為優質動力煤。煤礦采用綜合機械化采煤工藝，采用膠帶輸送機通過運輸大巷進行提升，原煤儲裝實現儲煤筒倉（末煤）和儲煤場（塊煤）裝車。

該礦采用帶式輸送機運輸，井下工作面煤流經過帶式輸送機，進入井下煤倉運輸至地面，進入篩分系統，末煤運至末煤倉，塊煤運輸至儲煤場。

目前該礦地面毛煤經過三粒度分級：大塊（+80mm），中塊和末煤。

經過現場勘查和分析，影響塊煤率的環節主要有：開采、井底主煤倉入倉、地面大塊篩前溜槽、大塊帶式輸送機機頭落料處等4處，最終經過觀察研究，前三個環節，煤流落差較小，塊煤損失率較低，故認為在有較大落差的大塊帶式輸送機機頭落料處安裝螺旋溜槽對提高塊煤率有決定性作用。

3 ?技術方案設計

大塊帶式輸送機機頭落料處實際落差為13m，是塊煤破碎的主要環節，如在該環節設置螺旋溜槽將會大大提高塊煤率，效果明顯。

在該位置設置螺旋溜槽技術上也相當成熟，現實中也有大量的應用。在該位置設置螺旋溜槽，安裝也很方便，可以在儲煤場合適位置進行組裝，整體吊裝至指定位置后安裝，然后和輸送機機頭搭接。

螺旋溜槽需要采用立柱安裝，下面為混凝土基礎。該基礎和立柱設計時考慮避開裝載機裝載。經過實地測量取得數據，加以分析，并按照國家標準與企業標準進行設計，計算得到該螺旋溜槽主要技術參數見表1。

設計所得螺旋溜槽的三視圖如圖2-圖4所示。

該螺旋溜槽的設計特點是：

①按照“上位受煤”的理念進行設計。受煤點為塊煤奔離滾筒點的位置，煤流貼近底板運行。對于帶式輸送機轉載環節，機頭滾筒處將設置專門的受料裝置。

②主煤流與清掃煤獨立溜煤。設計分別考慮主煤流緩沖裝置和清掃煤裝置，各系統互不干涉，利于設計制作。

③采用專門襯板。目前很多礦井選擇超強耐磨陶瓷材料，當前主流超強耐磨陶瓷材料耐磨性較好，根據相關文獻，耐磨性可達鑄鐵的 40 倍[6、7]，其f系數可達9。但是根據該礦的實際煤質及礦山服務年限等綜合因素考慮，最后決定采用NM400襯板。該襯板技術較成熟，摩擦系數較小，更換襯板較簡單，投資適中，是理想選擇。

④對于必要的環節增加緩沖減震層。對于本次設計的螺旋溜槽，由于直徑較小，需要采用沿倉壁鋪設的外螺旋方式，即在現有煤倉內布置結構，沿煤倉壁支撐螺旋溜槽。

4 ?經濟效益分析

目前該煤礦已經完成了螺旋溜槽的安裝，對其使用前后分別進行采樣比較，采樣點為大塊帶式輸送機機頭落料處與塊煤通過溜槽到達煤場的落點。采樣時間為8h（一個生產班），每次間隔30min，每次取樣1000kg。篩孔直徑80mm，測定限下率，兩種情況下的數據對比見表2。

該螺旋溜槽的設備投資為61萬元，安裝費用為10萬元，總計71萬元（折舊按照5年計算）。對安裝螺旋溜槽前后的限下率進行比較，限下率降低69.36%，煤場的塊煤率提高5.75%，全年塊煤產量根據以往經驗，按照15萬t計算，塊煤與末煤差價按照200元/t，稅率按照40%計算，第一個自然年即可多產生效益：

150000×5.75%×200×（1-0.4）-710000÷5=893000元

可以看出，該改造經濟效益明顯。

5 ?結語

某煤礦根據企業實際情況，在塊煤輸送機機頭處安裝螺旋溜槽，被事實證明是一次低投資高回報的改造，同時也是螺旋溜槽在地面使用的一次成功實踐。螺旋溜槽結構簡單可靠，經濟效果明顯，不失為各礦提高效益的突破口，各礦可根據自身煤質特點，設計合適的技術參數，取得最佳的防破碎效果。

參考文獻：

[1]伊鐘玉.選煤廠塊煤防碎設計研究[J].煤炭工程，2018，50（07）：23-25.

[2]于騰飛.螺旋溜槽在塊煤防破碎中的設計及應用[J].煤礦機械，2014，35（11）：207.

[3]張振虎，劉建功.礦井采區煤倉設計及施工[J].煤炭工程，2017，49（08）：67-69.

[4]張磊，邰洋，趙書寧，韓正澤.空間曲面溜槽參數化設計的研究與應用[J].選煤技術，2018（02）：45-47，51.

[5]王力，王東.孫家岔龍華煤礦塊煤率提高技術研究與應用[J].煤炭工程，2018，50（02）：73-77.

[6]付麗明.塊煤倉螺旋溜槽防破碎方案研究[J].機械工程與自動化，2015（06）：197-198.

[7]盛天雷，劉靜川，魏曉波.智能配倉防碎系統在龍化選煤廠的應用[J].選煤技術，2017（04）：31-34.