李建忠

（山西晉城陵川崇安關(guān)嶺山煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048006）

綜述全面提高煤炭塊率的方法與實(shí)踐

李建忠

（山西晉城陵川崇安關(guān)嶺山煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048006）

針對(duì)本礦沁水煤田3#、15#煤層自掘進(jìn)-回采-運(yùn)輸-破碎全部工藝系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中提高煤炭塊率問(wèn)題，通過(guò)對(duì)掘進(jìn)工藝及參數(shù)、采煤工藝及參數(shù)、運(yùn)輸轉(zhuǎn)載方式、手選與破碎環(huán)節(jié)的分析，采取了相應(yīng)措施，提高塊煤產(chǎn)率10%以上，年增加利潤(rùn)1 000萬(wàn)元以上。

掘進(jìn)；采煤；運(yùn)輸；破碎；塊率

關(guān)嶺山煤礦開(kāi)采沁水煤田的3#和15#煤層，井田范圍內(nèi)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(jiàn)塊煤產(chǎn)率對(duì)企業(yè)效益的影響。在該礦兼并重組改造過(guò)程中，運(yùn)用系統(tǒng)工程原理，針對(duì)塊率問(wèn)題，自掘進(jìn)開(kāi)始至洗選再到商品裝車外運(yùn)全系統(tǒng)、多方位采取措施，經(jīng)試運(yùn)轉(zhuǎn)階段驗(yàn)證，塊率提高約10%，若再進(jìn)行完善，塊率可再提高5%以上。

1 煤層及頂?shù)装鍡l件

3#煤層厚4.35～4.65m，平均厚4.51m，屬穩(wěn)定可采煤層。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhì)泥巖，厚7.50m。

15#煤層厚度4.05～5.00m，平均厚4.43m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含1層夾矸，夾矸厚度0.16～1.26m。頂板為K2灰?guī)r，厚5.60～9.50m，一般厚7.50m。底板為灰黑色泥巖或粉砂質(zhì)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(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，參差狀、階梯狀斷口，條痕為灰黑色，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，性脆易碎，普氏硬度系數(shù)1.4。

15#煤呈黑色～灰黑色，似金屬—玻璃光澤，條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，階梯狀斷口，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，性脆易碎，分層發(fā)育，其光澤暗淡，絲炭在煤中數(shù)量很少，多沿煤層層面分布，連續(xù)性差，普氏硬度系數(shù)1.3。

3 采掘選工藝

綜掘、綜采，一次采全高走向長(zhǎng)壁垮落式采煤工藝；數(shù)控篩下空氣室自動(dòng)跳汰、壓濾選煤工藝。

4 綜掘提高塊率措施

機(jī)組割煤前對(duì)煤壁進(jìn)行全斷面松動(dòng)爆破，按深眼少卷原則，對(duì)爆破的眼距、眼深、布置形式及裝藥量等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行不斷修改和反復(fù)試驗(yàn)，截割頭自巷底沿幫開(kāi)槽后，再由巷頂自上往下壓落，使煤炭成塊散落，掘進(jìn)面出塊率由33%提高到40%以上。

5 綜采提高塊率措施

根據(jù)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(yīng)力將待采煤炭壓碎，既減少了采煤機(jī)截割功率，又提高了塊率，經(jīng)前后對(duì)比，塊率提高約6%，見(jiàn)表1。

表1 支撐阻力與塊率調(diào)查

采取綜采機(jī)組順工作面運(yùn)煤方向?qū)嵤﹩蜗蚋蠲?，減少機(jī)組滾筒、機(jī)身、擋煤板等二次破碎煤塊，適時(shí)開(kāi)啟破碎滾筒，盡可能加長(zhǎng)截齒長(zhǎng)度等措施，亦取得較好效果。

調(diào)整采煤機(jī)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(zhuǎn)速、同一截面截齒數(shù)有下式關(guān)系：

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

可見(jiàn)，提高采煤機(jī)牽引速度、降低滾筒轉(zhuǎn)速、減少同一截面截齒數(shù)量就可提高塊率。

經(jīng)兩個(gè)班組采用不同牽引速度三個(gè)班次抽樣試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)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(xié)商，同一截面齒數(shù)由現(xiàn)在的3個(gè)減少到1個(gè)，齒形由刀型改為鎬型，滾筒轉(zhuǎn)速降低30%，截齒排列采用三頭螺旋一線一齒，截齒長(zhǎng)度由現(xiàn)在的50mm加長(zhǎng)至75mm，按同一產(chǎn)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(diào)查數(shù)據(jù)

6 運(yùn)輸轉(zhuǎn)載方式

由煤層開(kāi)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(yùn)輸轉(zhuǎn)載過(guò)程塊率降低可達(dá)20%以上，為此由工作面運(yùn)輸順槽開(kāi)始至產(chǎn)品外運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)輸轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)逐一加以改進(jìn)和完善；當(dāng)轉(zhuǎn)載點(diǎn)高差小于1米時(shí)，利用報(bào)廢皮帶制作緩沖膠帶，增加緩沖二次平臺(tái)，降低搭接高度，使塊煤實(shí)現(xiàn)“軟著陸”；滿足溜槽角度40度時(shí)，采用溜槽結(jié)構(gòu)；對(duì)落差大于2米的選用螺旋溜槽；運(yùn)輸設(shè)備選型時(shí)，選用大寬度、低速；盡量減少給料機(jī)以犧牲運(yùn)量均衡性能為代價(jià)，能不用則不用，若用則采用電磁式震動(dòng)給料機(jī)；僅井下煤倉(cāng)設(shè)置螺旋溜槽一項(xiàng)就增加塊率4%以上，調(diào)查結(jié)果如表3。該礦采區(qū)煤倉(cāng)直徑8米，高度20米，按自由落體計(jì)算，至倉(cāng)底時(shí)速度高達(dá)20m/s，與煤堆接觸角大于45度。

螺旋溜槽工作原理是通過(guò)螺旋溜槽的導(dǎo)向作用，將煤炭入倉(cāng)過(guò)程中的自由落體運(yùn)動(dòng)改變?yōu)閯蛩俾菪\(yùn)動(dòng)，降低煤流運(yùn)輸速度，減緩煤炭入倉(cāng)過(guò)程的物料沖擊，避免或減少塊煤破碎，提高塊率。通過(guò)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(diào)查結(jié)果

7 取消手選采用分級(jí)破碎機(jī)

為減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度、解決惡劣環(huán)境下無(wú)人值守，探討取消人工手選；為此取用約30噸原煤，經(jīng)100mm篩分，對(duì)＋100mm物料分別進(jìn)行混煤破碎、手揀矸石破碎、手揀炭塊破碎，對(duì)其破碎過(guò)程產(chǎn)生的末煤（-6mm）量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

試驗(yàn)用破碎機(jī)為北京泰慈利達(dá)科技有限公司生產(chǎn)的2DFP50100強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)，其原理是最大限度發(fā)揮剪切和拉伸力的共同作用來(lái)破碎物料，由于其轉(zhuǎn)速低、齒形特殊，過(guò)粉碎和超粒都較少。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，由于采用強(qiáng)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(jīng)分級(jí)，全部進(jìn)入破碎機(jī)破碎，因而可取代篩分與手選，簡(jiǎn)化選煤工藝，降低廠房高度，減少選煤廠的建設(shè)投資與生產(chǎn)費(fèi)用。這對(duì)于提高選煤廠的經(jīng)濟(jì)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(guò)程，也就是利用各種機(jī)械方法克服物體顆粒的內(nèi)聚力，使其互相分離而形成具有新表面的較小粒度的過(guò)程。從各類破碎機(jī)的破碎機(jī)理來(lái)看，大致有壓碎、劈裂、折斷、磨碎、沖擊等等。該破碎機(jī)利用切線布置、漸開(kāi)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(dòng)落下，大塊物料在楔剪與拉撐結(jié)合作用下破碎，直至漏下，達(dá)到破碎目的；可見(jiàn)該型破碎原理可最大限度減少次生末煤量。其技術(shù)參數(shù)如下：

入料粒度mm＜250

排料粒度mm＜50

齒輥直徑mm500

齒輥長(zhǎng)度mm1 000

處理能力T/h150

裝機(jī)功率kw2*15

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初試，設(shè)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(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4、表5、表6、表7。

表4 試驗(yàn)記錄

表5 ＋100mm混塊破碎試驗(yàn)數(shù)據(jù)

依據(jù)MT/T2-2005《選煤廠破碎設(shè)備工藝效果評(píng)定方法》用破碎率η和細(xì)粒增量Δ對(duì)破碎機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

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(xì)粒含量（細(xì)粒粒度為6mm）

B:入料中細(xì)粒含量

（細(xì)粒粒度是按照本單位工藝及產(chǎn)品情況確定的，與相關(guān)規(guī)定略有不同）

表6 ＋100mm手揀炭塊破碎試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 ＋100mm手揀矸石塊破碎試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由試驗(yàn)可得出如下結(jié)論：

7.1 入料粒度大于要求入料粒度會(huì)極大減小破碎機(jī)處理能力；

7.2 該型破碎機(jī)破碎矸石時(shí)破碎率最高（88.5%），混合料次之（78.2%），純煤炭最差（75%），細(xì)粒增量相反，可見(jiàn)物料硬度愈大，該型破碎機(jī)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(xì)粒增量多出3.2%），決定取消手選。

僅該項(xiàng)每班可減少手選工10人，按2班計(jì)，工資按每人每月3 000元，年可減少人工費(fèi)用72萬(wàn)元，如按年入洗60萬(wàn)噸煤炭，回收率以70%計(jì)算，塊率增加3%，塊末差價(jià)按每噸200元計(jì)，年增效益252萬(wàn)元，同時(shí)排除了該環(huán)境塵肺病可能，亦排除了人工傷害的可能，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益全面提高。

TD823

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1003-5168(2014)03-0045-02