丁馨鎧 杜斌斌 鄧立剛 薛 朋

（河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000）

我國(guó)是煤炭資源大國(guó)，也是煤炭消耗大國(guó)。煤炭的質(zhì)量是保證煤炭使用穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。國(guó)家對(duì)于煤樣的采取和制備制定過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，但是由于煤樣采集的復(fù)雜性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采集煤礦達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是個(gè)難題。

當(dāng)前，我國(guó)現(xiàn)有的幾種機(jī)械煤樣采集裝置，性能較低，并且國(guó)內(nèi)沒(méi)有一整套能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的煤樣采集裝置。進(jìn)口裝置對(duì)于煤樣的原煤粒度，水分有嚴(yán)格要求，而各國(guó)原煤狀態(tài)存在導(dǎo)致了一定的差異，進(jìn)口的煤樣采集裝置較難適應(yīng)我國(guó)用煤的質(zhì)量現(xiàn)狀。同時(shí)，隨著自動(dòng)化程度的提高，提高采樣機(jī)穩(wěn)定連貫運(yùn)行，是急需解決的問(wèn)題。

該文通過(guò)對(duì)煤樣采集裝置的支撐段、套筒和導(dǎo)流段等進(jìn)行設(shè)計(jì)，在采集過(guò)程中對(duì)原煤粒徑進(jìn)行初步篩選，保證收集到的煤樣粒徑符合標(biāo)準(zhǔn)，從而保證采樣裝置安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，有利于推進(jìn)煤樣采樣機(jī)向自動(dòng)化運(yùn)行。

1 我國(guó)煤樣采集的難題

由資料顯示，采樣對(duì)于煤樣檢測(cè)分析的結(jié)果誤差可達(dá)到80%。由于煤炭粒徑不同，不同層段的煤礦化學(xué)成分略有不同，導(dǎo)致煤礦的性質(zhì)不均勻，從而導(dǎo)致樣品采集時(shí)，采樣分量必須足夠大，質(zhì)量達(dá)到一定限度，子樣數(shù)目越多，煤樣測(cè)試結(jié)果才能越準(zhǔn)確[1]。

不同方式存儲(chǔ)煤礦的采樣方式也不同。車(chē)運(yùn)載的煤礦，應(yīng)當(dāng)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(chē)運(yùn)載的煤礦在取樣時(shí)每個(gè)車(chē)皮應(yīng)采集4 個(gè)子樣?？偟膩?lái)說(shuō)，煤流中取樣最具有代表性。在對(duì)于流量較大的煤流進(jìn)行采樣時(shí)，由于煤流量的不確定性，此時(shí)，質(zhì)量基采樣較之于時(shí)間基采樣更為準(zhǔn)確[2]。

采樣裝置的采樣頭也有要求，長(zhǎng)和寬為煤炭上限粒度的2.5～3 倍。這是考慮到保證與多數(shù)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(shè)計(jì)原理

大多數(shù)國(guó)產(chǎn)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(guó)外的煤樣采集裝置的采集頭結(jié)構(gòu)是在刮板的基礎(chǔ)上，在兩側(cè)加上側(cè)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(guó)外機(jī)械采煤裝置采樣頭的基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)內(nèi)的常用設(shè)計(jì)要求，該裝置針對(duì)現(xiàn)有煤樣采集裝置缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，充分地考慮到進(jìn)料出料的便捷性以及全面性，對(duì)采集裝置固定架進(jìn)行優(yōu)化，保證整個(gè)取樣過(guò)程流暢以及穩(wěn)定，設(shè)計(jì)裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

原煤大量進(jìn)入圓臺(tái)殼體的支撐段，與此同時(shí)，上方風(fēng)流通過(guò)進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入進(jìn)風(fēng)層，煤塊從上方支撐段進(jìn)入導(dǎo)流段。同時(shí)，風(fēng)流通過(guò)進(jìn)風(fēng)板覆蓋支撐段壁上均布置了若干篩網(wǎng)狀小孔，進(jìn)入整個(gè)固定架內(nèi)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)流段在圓臺(tái)型導(dǎo)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(guò)導(dǎo)流段側(cè)壁上均布有若干篩網(wǎng)狀小孔，分出來(lái)質(zhì)量不同的原煤煤粒，同時(shí)，質(zhì)量較大的原煤顆粒沉到底部，通過(guò)過(guò)濾篩網(wǎng)過(guò)濾后，進(jìn)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(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

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(dǎo)流段（102）組成固定架通過(guò)螺紋套連接收集箱，支撐段設(shè)計(jì)成前大后小的圓臺(tái)狀殼體，下方承接導(dǎo)流段，導(dǎo)流段上端與支撐段連通、下端與收集箱螺紋套合，通過(guò)導(dǎo)流段使得固定架和收集箱相連。通過(guò)風(fēng)力將不同重量的煤樣分類(lèi)，導(dǎo)流段側(cè)壁均勻分布篩網(wǎng)狀小孔，不同粒徑的煤樣從不同孔篩選出來(lái)，且導(dǎo)流段底部固定設(shè)置有過(guò)濾篩網(wǎng)，除去大塊煤塊，保證從支撐段到收集箱的過(guò)程篩選除去不符合標(biāo)準(zhǔn)粒徑的煤樣。

3.1 支撐段設(shè)計(jì)特點(diǎn)

由圖2 所示，支撐段前大后小的圓臺(tái)狀殼體，增大采集煤樣時(shí)的煤粒容積，使得一次采集能容納更多的煤樣。上部外側(cè)固定設(shè)置有進(jìn)風(fēng)板，進(jìn)風(fēng)板四周與支撐段外外壁密封連接，進(jìn)風(fēng)板與支撐段外壁之間形成進(jìn)風(fēng)層，進(jìn)風(fēng)板外側(cè)連通有進(jìn)風(fēng)管，通過(guò)進(jìn)風(fēng)板覆蓋的支撐段壁上均布有若干篩網(wǎng)狀小孔，使得風(fēng)流進(jìn)入固定架內(nèi)部，為導(dǎo)流段提供風(fēng)能。同時(shí)對(duì)支撐段的前端設(shè)置向外第一翻邊，減少進(jìn)風(fēng)板與支撐段外外壁密封處與空氣接觸，減少空氣對(duì)密封的腐蝕性，起到增強(qiáng)密封的作用[4]。保證采集煤樣時(shí)煤粒不外滲，同時(shí)還能保證采集時(shí)，防止進(jìn)風(fēng)管出現(xiàn)滲風(fēng)事故時(shí)對(duì)采集煤粒造成的影響，進(jìn)一步保證采集過(guò)程的穩(wěn)定性。同時(shí)第一翻邊社有若干固定孔，能較好地與其他部件進(jìn)行固定。

圖2 新型煤樣采集裝置側(cè)面剖面圖

3.2 套筒設(shè)計(jì)特點(diǎn)

支撐段后端中心處密封轉(zhuǎn)動(dòng)連接有套筒，對(duì)套筒進(jìn)行改良，在套筒后端設(shè)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(shí)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(shí)由于密封性的提高，法蘭接口與空氣接觸產(chǎn)生的腐蝕相應(yīng)減少。同時(shí)降低了短套筒形鑄件在鍛造過(guò)程的鍛造難度[4]。

圖3 套筒部分細(xì)節(jié)圖

3.3 導(dǎo)流段設(shè)計(jì)特點(diǎn)

該煤樣采集裝置設(shè)計(jì)導(dǎo)流段呈上大下小的空心圓臺(tái)狀，其特點(diǎn)能使進(jìn)風(fēng)管處所獲得的風(fēng)流在空心圓臺(tái)中形成旋流。從圖4 顯示，上大下小圓臺(tái)型設(shè)計(jì)不僅減少了入口壓頭損失，還能使風(fēng)在上方與煤粒充分接觸，旋轉(zhuǎn)，從而分離出不同質(zhì)量的煤粒[5]。由于質(zhì)量和煤粒粒徑有一定的關(guān)系，通過(guò)導(dǎo)流段側(cè)壁均勻分布篩網(wǎng)狀小孔，能使不同質(zhì)量的煤粒進(jìn)一步按照粒徑分開(kāi)，得到分類(lèi)更加精準(zhǔn)的原煤煤樣。同時(shí)，導(dǎo)流段底部固定設(shè)置有過(guò)濾篩網(wǎng)，使得最終沉積到底部的大顆粒煤粒也能進(jìn)行一部分篩選，保證從支撐段到收集箱的過(guò)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(cè)剖面圖（部分）

4 結(jié)論

該文根據(jù)當(dāng)前煤樣采集過(guò)程中出現(xiàn)的水分大，粒徑難把控的問(wèn)題，對(duì)取樣裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。充分利用質(zhì)量基采樣的方法，同時(shí)減少采樣過(guò)程中與空氣接觸的時(shí)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。