新型煤樣采集裝置研制

丁馨鎧 杜斌斌 鄧立剛 薛 朋

（河南理工大學，河南 焦作 454000）

我國是煤炭資源大國，也是煤炭消耗大國。煤炭的質量是保證煤炭使用穩定性的重要指標。國家對于煤樣的采取和制備制定過標準，但是由于煤樣采集的復雜性，根據現場情況采集煤礦達到國家標準是個難題。

當前，我國現有的幾種機械煤樣采集裝置，性能較低，并且國內沒有一整套能夠長期穩定運行的煤樣采集裝置。進口裝置對于煤樣的原煤粒度，水分有嚴格要求，而各國原煤狀態存在導致了一定的差異，進口的煤樣采集裝置較難適應我國用煤的質量現狀。同時，隨著自動化程度的提高，提高采樣機穩定連貫運行，是急需解決的問題。

該文通過對煤樣采集裝置的支撐段、套筒和導流段等進行設計，在采集過程中對原煤粒徑進行初步篩選，保證收集到的煤樣粒徑符合標準，從而保證采樣裝置安全、穩定的運行，有利于推進煤樣采樣機向自動化運行。

1 我國煤樣采集的難題

由資料顯示，采樣對于煤樣檢測分析的結果誤差可達到80%。由于煤炭粒徑不同，不同層段的煤礦化學成分略有不同，導致煤礦的性質不均勻，從而導致樣品采集時，采樣分量必須足夠大，質量達到一定限度，子樣數目越多，煤樣測試結果才能越準確[1]。

不同方式存儲煤礦的采樣方式也不同。車運載的煤礦，應當采用多條橫斷面取樣；新堆成的煤礦不用除去表面層可以直接取樣；火車運載的煤礦在取樣時每個車皮應采集4 個子樣。總的來說，煤流中取樣最具有代表性。在對于流量較大的煤流進行采樣時，由于煤流量的不確定性，此時，質量基采樣較之于時間基采樣更為準確[2]。

采樣裝置的采樣頭也有要求，長和寬為煤炭上限粒度的2.5～3 倍。這是考慮到保證與多數煤炭顆粒的粒徑相近，尺寸太小可能漏采或者少采，太大起不到保證樣品均勻性的要求[1]。

2 新型采集裝置設計原理

大多數國產采煤樣的采樣頭是一塊刮板，用在膠帶中部橫截煤流采樣，而國外的煤樣采集裝置的采集頭結構是在刮板的基礎上，在兩側加上側邊，形成箕斗形，然后將尼龍刷子安裝在箕斗底部，使其與膠帶面充分接觸得到完整煤流斷面[3]。在國外機械采煤裝置采樣頭的基礎上，根據國內的常用設計要求，該裝置針對現有煤樣采集裝置缺點進行改進設計，充分地考慮到進料出料的便捷性以及全面性，對采集裝置固定架進行優化，保證整個取樣過程流暢以及穩定，設計裝置整體結構如圖1 所示。

原煤大量進入圓臺殼體的支撐段，與此同時，上方風流通過進風管進入進風層，煤塊從上方支撐段進入導流段。同時，風流通過進風板覆蓋支撐段壁上均布置了若干篩網狀小孔，進入整個固定架內，經過導流段在圓臺型導流段中充分與煤塊接觸，既能減少原煤中的水分含量，而且通過導流段側壁上均布有若干篩網狀小孔，分出來質量不同的原煤煤粒，同時，質量較大的原煤顆粒沉到底部，通過過濾篩網過濾后，進入收集箱，從而保證原煤煤粒的水分含量以及原煤粒徑的大小控制。

3 機械結構特點

由圖1 可知，該新型煤樣采集裝置整體采用由支撐段（101）和導流段（102）組成固定架通過螺紋套連接收集箱，支撐段設計成前大后小的圓臺狀殼體，下方承接導流段，導流段上端與支撐段連通、下端與收集箱螺紋套合，通過導流段使得固定架和收集箱相連。通過風力將不同重量的煤樣分類，導流段側壁均勻分布篩網狀小孔，不同粒徑的煤樣從不同孔篩選出來，且導流段底部固定設置有過濾篩網，除去大塊煤塊，保證從支撐段到收集箱的過程篩選除去不符合標準粒徑的煤樣。

3.1 支撐段設計特點

由圖2 所示，支撐段前大后小的圓臺狀殼體，增大采集煤樣時的煤粒容積，使得一次采集能容納更多的煤樣。上部外側固定設置有進風板，進風板四周與支撐段外外壁密封連接，進風板與支撐段外壁之間形成進風層，進風板外側連通有進風管，通過進風板覆蓋的支撐段壁上均布有若干篩網狀小孔，使得風流進入固定架內部，為導流段提供風能。同時對支撐段的前端設置向外第一翻邊，減少進風板與支撐段外外壁密封處與空氣接觸，減少空氣對密封的腐蝕性，起到增強密封的作用[4]。保證采集煤樣時煤粒不外滲，同時還能保證采集時，防止進風管出現滲風事故時對采集煤粒造成的影響，進一步保證采集過程的穩定性。同時第一翻邊社有若干固定孔，能較好地與其他部件進行固定。

圖2 新型煤樣采集裝置側面剖面圖

3.2 套筒設計特點

支撐段后端中心處密封轉動連接有套筒，對套筒進行改良，在套筒后端設置向外的第二翻邊，如圖3 所示。由于第二翻邊直徑和支撐段后端直徑相等，第二翻邊與支撐段后端貼合，不占空間的將支撐段后端中心密封。同時第二翻邊的存在，減少了法蘭接頭處與外部的空隙，提高密封處的密封性，同時由于密封性的提高，法蘭接口與空氣接觸產生的腐蝕相應減少。同時降低了短套筒形鑄件在鍛造過程的鍛造難度[4]。

圖3 套筒部分細節圖

3.3 導流段設計特點

該煤樣采集裝置設計導流段呈上大下小的空心圓臺狀，其特點能使進風管處所獲得的風流在空心圓臺中形成旋流。從圖4 顯示，上大下小圓臺型設計不僅減少了入口壓頭損失，還能使風在上方與煤粒充分接觸，旋轉，從而分離出不同質量的煤粒[5]。由于質量和煤粒粒徑有一定的關系，通過導流段側壁均勻分布篩網狀小孔，能使不同質量的煤粒進一步按照粒徑分開，得到分類更加精準的原煤煤樣。同時，導流段底部固定設置有過濾篩網，使得最終沉積到底部的大顆粒煤粒也能進行一部分篩選，保證從支撐段到收集箱的過程充分篩選，從而保證收集煤樣的粒徑。

圖4 新型煤樣采集裝置側剖面圖（部分）

4 結論

該文根據當前煤樣采集過程中出現的水分大，粒徑難把控的問題，對取樣裝置進行重新設計。充分利用質量基采樣的方法，同時減少采樣過程中與空氣接觸的時間，保證收集樣品的干燥與有效性，為煤樣采集提供全面便捷的新途徑。