裝車系統融雪劑噴灑裝置設計及效益分析

郭 融

（晉能控股煤業集團有限公司馬脊梁礦，山西大同，037027）

我國北方冬季寒冷，作為煤礦煤炭外運的集運站一直受到冰雪帶來的困擾，嚴重制約著裝車的進度。如何快速高效清除裝車溜槽結冰問題，是擺在每位集運站人員面前的難題。清除結冰傳統的方法是人工鏟撒冰融雪劑，這樣既費時費力，勞動強度大，工作效率低。另外，目前工程現場廣泛使用的多為氯鹽類（如氯化銨、氯化鈣等[1]）無機融雪劑，對近距離接觸噴灑融雪劑作業人員，勢必產生一定的損傷。

面對這種局面，馬脊梁礦集運站工程技術人員，經過現場調研、反復論證、集思廣益、群策群力，研制出繼電器組成的邏輯控制裝車系統融雪劑噴灑裝置，經過實踐檢驗，設備運行良好，實現了機械代替人工作業，提高了工作效率，解決了多年以來沉積的技術難題。

1 現狀分析

馬脊梁礦集運站擔負全礦煤炭外運任務，其裝車站主要由緩沖倉、定量倉、裝車溜槽及液壓系統組成。裝車溜槽為擺動可伸縮溜槽，每天裝車2～3 列火車，平均1.4 min 裝載一節車皮。由于大同市天氣的特點，每到冬季氣候寒冷，裝車溜槽出現結冰現象，直接影響到裝車進度。

1.1 天氣因素

大同屬大陸性季風氣候，四季分明，晝夜溫差大，年均氣溫5.5 ℃，極端最高氣溫37.7 ℃，極端最低氣溫-29.1 ℃，年平均降雨量400 mm，無霜期100～156 d。夏季短暫且溫熱多雨，春秋涼爽，溫差較大；冬季較為漫長，氣溫均在0℃以下，長達四個多月，盛行西北風，日短天寒。因此，每到冬季呼嘯的西北風、潮濕的煤炭都會使得裝車溜槽在自然條件下出現結冰現象，嚴重影響裝車進度。

1.2 結冰原因

（1）煤層注水。在煤炭開采前利用鉆孔將壓力水注入煤層，濕潤煤層，以降低煤層開采過程中產生的浮層，這就必然增加了煤體內部水分。

（2）噴霧灑水。采煤機安裝有內外噴霧裝置，割煤時噴霧灑水降塵，必然會使開采的煤炭增加含水量。

（3）煤炭洗選。馬脊梁礦生產出的煤炭全部都要洗選，然后精煤通過火車外運。洗選采用的是跳汰-浮選聯合法，盡管洗選中會對煤炭進行脫水，但是還會殘留一定水分。

（4）大氣降水。大同冬季寒冷，氣溫在0℃以下，遇有降雪，加劇了結冰的幾率和程度。

1.3 融雪劑

融雪劑一般有兩大類：一類是以醋酸鉀為主要成分的有機融雪劑，其融雪效果好，沒有什么腐蝕損害，但價格太高；另一類則是以“氯鹽”為主要成分的無機融雪劑，通稱“化冰鹽”，其冰點低、資源豐富、價格低廉（僅相當于有機類融雪劑的1/10）、融雪效果好，但有很強的腐蝕性。

冰雪融化是一個吸熱過程，每千克固體的冰雪融化為同溫度的液態水需吸收335 kJ 熱量。大量研究結果發現，當融雪劑含水量在23%時，融雪效率最高。

2 噴灑裝置設計

綜合考量天氣、煤炭開采、洗選及人工作業等因素，工程技術人員設計并自制出融雪劑噴灑裝置。融雪劑噴灑裝置[2]為螺旋式輸運結構，采用繼電器組成的邏輯控制系統，其結構主要由電動驅動裝置、儲料部分（也就是融雪劑添加口[3]）、螺旋輸運部分和出料口組成，如圖1。

圖1 螺旋輸送機結構

為了降低勞動強度，創設良好作業環境，達到噴灑流程可控的目標，在儲料部分設置電控箱一臺（斷路器、熱繼電器、接觸器 各1 個）、三防按鈕盒一個，可實現運程控制。給料機電控部分，如圖2。

圖2 給料機電控示意圖

根據電氣裝置安裝工程旋轉電機施工驗收規范《GB50170-92》，由于融雪劑噴灑裝置需要動作的動力小，設計選擇了380 V 電壓下的2.2 kW 的電動機。一般來講，2.2 kW 電動機應配額定電流10 A、整定電流范圍4～6 A的熱繼電器。在380 V電壓狀態下，電動機額定電流Ie計算式為：

式中：P為電動機功率，kW；U為電壓，V；cosφ為功率因數，取0.85。

熱繼電器電流Ifr的范圍為：

依據以上計算，其電控部分各部分選擇見表1。

表1 融雪劑裝置電控部分主要參數表

融雪噴灑裝置工作基本原理是：使用前把融雪劑裝入儲料口，當火車車廂需要鋪灑融雪劑時，員工遠程啟動螺旋給料機，融雪劑通過軟管、鋪灑頭，物料就均勻地鋪灑在車廂的底部。作業流程為：2.2 kW電動機經減速器，帶動螺旋輸運部分轉動，將融雪劑經由一根Φ150 mm×2 m輸料軟管，送達出料口，實現噴灑作業。

這樣將人工鏟撒融雪劑改變為融雪噴灑自動作業，而且實現了運程控制作業。經實際運行驗證，達到了預期設計目標。

3 效益分析

融雪噴灑裝置的設計效果，一方面相對人工大面積拋灑融雪劑而言減少了融雪劑使用量，節能降耗明顯，且降低了環境污染[4]；另一方面，安裝操作簡單，制造成本低，使用安全可靠。

（1）經濟效益。首先，國內目前大部分采用的機械化和化學方法除冰都需要人工成本，而自動化融雪裝置能夠降低人工成本，提高運營的效率；其次，自動化融雪裝置有較長的壽命，運行兩年來未出故障，證明性能可靠；再次，自動化融雪裝置的維修甚少，如果無人為損壞，維修與維護甚少，運行費用低[5]。

（2）社會效益。融雪裝置是自動化運行的，相對于以往傳統的機械法和化學融化方法不會增加安全風險與環境的污染。像煤礦集運站裝車系統，在電廠、水泥廠等都會有，均會遇到類似的問題，如果采用該裝置定會收到良好的社會效益。

4 問題和思考

（1）融雪劑方面，為了減少或降低融雪劑對環境的污染，盡可能使用有機融雪劑，相信隨著科技的進步，生產集約化制度的提高，產品價格會大幅度降低；其次，關注天氣預報，做到在大氣降雪之前，及時噴灑融雪劑，實現事半功倍的效果。

（2）噴灑裝置方面，融雪劑系統主電路控制采用繼電器組成的邏輯控制，該控制系統比較復雜，不易維護，且受環境溫度因素影響較大。在進一步產品優化設計時，可考慮改用ΡLC 控制，其具有可靠性高、抗干擾能力強、功能完善、適用性強，系統的設計和建造工作量小、維護方便等優點[6]。