楊四軍

彬縣煤炭有限責(zé)任公司 陜西彬州 713500

煤 礦地面篩分系統(tǒng)是煤炭分選的第一步，也是

對(duì)原煤進(jìn)行洗選、分級(jí)、深加工的前提條件[1]。下溝煤礦作為一座生產(chǎn)礦井，已進(jìn)入回采后期，產(chǎn)能大幅降低，由于地面設(shè)備設(shè)施的老化、腐蝕等因素，生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本高、人工浪費(fèi)大、安全隱患多等現(xiàn)象突顯。為了提升礦井的經(jīng)營(yíng)水平、降低安全風(fēng)險(xiǎn)，在滿足礦井正常生產(chǎn)的前提下，對(duì)現(xiàn)有老生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化、改造。

1 地面篩分系統(tǒng)概況

下溝煤礦隸屬于陜西華彬煤業(yè)股份有限公司，位于陜西省彬長(zhǎng)礦區(qū)東南部，原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 450 萬 t/a。通過與北京煤科總院、上海煤科院合作，該礦完成了 3 次技術(shù)改造，生產(chǎn)能力提升至 300 萬 t/a。目前，礦井已進(jìn)入回收資源的后期開采階段，實(shí)際產(chǎn)能為 200～ 250 萬 t/a。

原煤經(jīng)主運(yùn)帶式輸送機(jī)運(yùn)至主井口原煤倉內(nèi)，經(jīng) 103 帶式輸送機(jī)輸送至 1 號(hào)篩分樓。在 1 號(hào)篩分樓內(nèi)安裝雙向漏斗，正常生產(chǎn)時(shí)，煤流經(jīng)漏斗分至 211 帶式輸送機(jī)運(yùn)至 2 號(hào)篩分樓內(nèi)，進(jìn)行篩分和跳汰分選。分級(jí)篩選用雙層篩分機(jī)，將原煤分為一層篩上 +200 mm 大塊、二層篩上 200～ 13 mm 塊煤、篩下 13～ 0 mm 末煤。+200 mm 大塊進(jìn)入 213 手選除雜帶式輸送機(jī)，經(jīng)過人工撿雜后進(jìn)入 214 跳汰機(jī)分選，分選出跳汰精大塊和矸石，精大塊經(jīng) 215 帶式輸送機(jī)運(yùn)至 1 號(hào)篩分樓大塊倉，矸石直接進(jìn)入大矸倉。200～ 13 mm 塊煤經(jīng) 217 帶式輸送機(jī)運(yùn)至 1 號(hào)篩分樓塊原煤倉，經(jīng)倉下給煤機(jī)給至 203 帶式輸送機(jī)上，運(yùn)至下溝礦塊煤洗煤廠洗選。13～ 0 mm 末煤經(jīng) 216 帶式輸送機(jī)運(yùn)至 1 號(hào)篩分樓，通過 217 刮板機(jī)轉(zhuǎn)載至天橋末煤帶式輸送機(jī)上，再運(yùn)至末煤洗煤廠洗選。

主井口原煤倉是在煤礦改造前建設(shè)的，倉儲(chǔ)能力有限，起不到緩沖作用，故在原煤場(chǎng)內(nèi)新建一座倉儲(chǔ)容量為 8 000 t 的原煤緩沖倉。地面生產(chǎn)系統(tǒng)停車檢修時(shí)，可將 1 號(hào)篩分樓內(nèi)雙向漏斗打至另一側(cè)，原煤經(jīng) 101、102 帶式輸送機(jī)運(yùn)至原煤緩沖倉內(nèi)暫存；地面生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，原煤經(jīng)倉下給煤機(jī)給至 113 轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)，113 輸送帶搭接 103 帶式輸送機(jī)后進(jìn)入篩分系統(tǒng)。地面篩分系統(tǒng)如圖 1 所示，圖中箭頭所示為煤矸流向。

圖1 地面篩分系統(tǒng)示意 Fig.1 Ground screening system

2 目前運(yùn)行存在的問題

(1) 地面篩分系統(tǒng)設(shè)施、設(shè)備經(jīng)過多年運(yùn)行，已進(jìn)入維修、維護(hù)期，系統(tǒng)故障多，設(shè)備維修保養(yǎng)成本高。

(2) 礦井進(jìn)入資源回收期，地質(zhì)條件發(fā)生了一定變化，綜采放頂煤工作面為了提高煤炭資源回收率，加大了放頂煤回收力度，導(dǎo)致原煤中大塊矸石增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，+200 mm 以上原煤中的矸石含量已達(dá) 90% 左右。跳汰機(jī)運(yùn)行工況差，分選效率低，由于跳汰工藝原因精煤損失大。

(3) 系統(tǒng)經(jīng) 3 次改造后，設(shè)施、設(shè)備較多，崗位工種增多，占用了礦井大量的人力、物力、財(cái)力。

(4) 由于設(shè)備、設(shè)施陳舊和老化，存在多處安全隱患，給礦井的安全管理和生產(chǎn)帶來了很大壓力[2]。

3 系統(tǒng)簡(jiǎn)化改造方案

為了解決地面篩分系統(tǒng)存在的問題，根據(jù)目前篩分系統(tǒng)布置形式，擬定了 3 個(gè)改造方案。

(1) 方案 1 對(duì)現(xiàn)有設(shè)施和設(shè)備進(jìn)行維修，不改變?cè)邢到y(tǒng)，并對(duì)跳汰機(jī)進(jìn)行更新，確保跳汰系統(tǒng)運(yùn)行正常。

(2) 方案 2 拆除跳汰機(jī)及相關(guān)輔助系統(tǒng)，在原跳汰機(jī)位置安裝 1 臺(tái)大塊煤矸破碎機(jī)，破碎后利用原運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)至塊煤洗煤廠入洗。

(3) 方案 3 拆除 2 號(hào)動(dòng)篩樓雙層分級(jí)篩和跳汰機(jī)，去掉 2 號(hào)動(dòng)篩樓系統(tǒng)；對(duì) 1 號(hào)動(dòng)篩樓進(jìn)行土建改造，安裝 1 臺(tái)雙層分級(jí)篩 (原 2 號(hào)樓設(shè)備) 和 1 臺(tái)強(qiáng)力篩分破碎機(jī)。大塊煤矸破碎后混入二層篩上的塊煤中，利用漏斗及中部槽形成運(yùn)煤系統(tǒng)，原塊煤和原末煤分別運(yùn)至塊煤洗煤廠和末煤洗煤廠洗選。

3 種改造方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表 1 所列。

表1 3 種改造方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Tab.1 Comparison of three reconstruction schemes

由表 1 可知，在各項(xiàng)的對(duì)比中，方案 3 有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而本次改造優(yōu)先選擇方案 3。

下面針對(duì)方案 3 的主要設(shè)備選型、安裝調(diào)試、優(yōu)化和改進(jìn)進(jìn)行重點(diǎn)論述。

4 改造方案 3

4.1 設(shè)備拆除

根據(jù)方案 3 整體要求，設(shè)備拆除包括以下內(nèi)容。

(1) 整體拆除 2 號(hào)動(dòng)篩樓的生產(chǎn)系統(tǒng)，并將拆除后的原煤分級(jí)篩安裝在 1 號(hào)動(dòng)篩樓中。由于 2 號(hào)動(dòng)篩樓其他設(shè)備不影響改造后系統(tǒng)運(yùn)行，為了節(jié)省工期，先解體、拆除原煤分級(jí)篩，存放在指定待安裝區(qū)，2 號(hào)動(dòng)篩樓內(nèi)其余設(shè)施和設(shè)備暫時(shí)不動(dòng)。

(2) 對(duì) 1 號(hào)與 2 號(hào)動(dòng)篩樓之間連接的 3 條輸送帶棧橋 (內(nèi)安裝 4 臺(tái)帶式輸送機(jī)) 進(jìn)行拆除及封口。

(3) 拆除 1 號(hào)動(dòng)篩樓原低壓配電室設(shè)備，并根據(jù)需要，將設(shè)備電源改引自洗煤廠低壓配電抽屜柜。

4.2 改造后系統(tǒng)布置

根據(jù)改造方案，原煤經(jīng)主井帶式輸送機(jī)運(yùn)至主井口原煤倉內(nèi)，經(jīng) 103 帶式輸送機(jī)輸送至 1 號(hào)篩分樓。在 1 號(hào)篩分樓內(nèi)安裝雙向漏斗，一側(cè)流向原煤緩沖倉系統(tǒng) (不變)，另一側(cè)流向安裝的原煤分級(jí)篩。分級(jí)篩一層篩上 +200 mm 大塊進(jìn)入新增的強(qiáng)力破碎機(jī)，破碎至 -200 mm 進(jìn)入 3 號(hào)塊原煤倉；二層篩上 200～ 13 mm 塊煤通過漏斗直接進(jìn)入 3 號(hào)塊原煤倉，二層篩下 13～ 0 mm 末煤通過原 217 刮板機(jī)轉(zhuǎn)載至天橋末煤帶式輸送機(jī)上，再運(yùn)至末煤洗煤廠洗選。其中，原煤分級(jí)篩安裝在二層原配電室位置；破碎機(jī)安裝在一層分級(jí)篩篩下。改造前、后系統(tǒng)布置分別如圖 2、3 所示。改造后，去掉了 2 號(hào)動(dòng)篩樓、3 條輸送帶棧橋及相關(guān)設(shè)備，設(shè)備布置更加緊湊，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)系統(tǒng)。

圖2 改造前生產(chǎn)系統(tǒng)布置Fig.2 Layout of production system before reconstruction

4.3 設(shè)備選型及安裝

4.3.1 原煤分級(jí)篩

圖3 改造后生產(chǎn)系統(tǒng)布置Fig.3 Layout of production system after reconstruction

系統(tǒng)改造后，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的能力并沒有改變，為了減少投資，利用原 2 號(hào)動(dòng)篩樓的原煤分級(jí)篩進(jìn)行分級(jí)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，確定拆除 1 號(hào)動(dòng)篩樓原配電室后的空間，能滿足分級(jí)篩的安裝要求。原煤分級(jí)篩為 2YAH2148 型雙層圓振動(dòng)篩，主要參數(shù)如表 2 所列。

表2 原煤分級(jí)篩的主要參數(shù)Tab.2 Main parameters of grading screen for raw coal

4.3.2 破碎機(jī)

(1) 破碎能力 礦井核定生產(chǎn)能力為 300 萬 t/a。根據(jù)近幾年對(duì)篩選系統(tǒng)產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)，大塊煤矸石占比約為 9%，若按照每天生產(chǎn) 16 h 計(jì)算，產(chǎn)能為 51.14 t/h，破碎機(jī)入料能力應(yīng)大于 51.14 t/h。

(2) 破碎比 該煤礦井下破碎機(jī)出料粒度為 -300 mm，洗煤廠塊煤重介淺槽分選機(jī)處理粒度上限為 200 mm，故破碎機(jī)入料要求應(yīng)為 +300 mm，出料粒度要求為 -200 mm。破碎比i=1.5。

(3) 破碎機(jī)型式 煤礦在用重型破碎設(shè)備種類繁多，主要有顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、輥式破碎機(jī)、沖擊式破碎機(jī)等等[3]?？紤]該礦破碎物料主要為硬度一般的煤矸、設(shè)備安裝尺寸不能過大、物料不能過粉碎等因素，選擇篩分式雙齒輥破碎機(jī)。選用 1 臺(tái) GSGPX-100 型篩分式雙齒輥破碎機(jī)，其具體參數(shù)如表 3 所列。

表3 篩分式雙齒輥破碎機(jī)的主要參數(shù)Tab.3 Main parameters of screening crusher with double geared roll

(4) 其他事項(xiàng) 原煤分級(jí)篩、破碎機(jī)等主要改造設(shè)備安裝完成后，根據(jù)煤矸流走向，加工非標(biāo)漏斗，依次焊接安裝 103 輸送帶機(jī)頭至原煤分級(jí)篩入料漏斗、一層篩上至破碎機(jī)入料漏斗、一層篩下至塊原煤倉漏斗、二層篩下至末煤轉(zhuǎn)載刮板機(jī)漏斗。為了提高非標(biāo)漏斗的使用年限，在其內(nèi)部加焊 10 mm 厚的 NM360 鋼板。

4.4 設(shè)備特點(diǎn)及優(yōu)化措施

4.4.1 原煤分級(jí)篩

(1) 由于矸石比例不均等因素，設(shè)備負(fù)荷大，原篩機(jī)激振器經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。為此，在原激振器加油口加裝散熱器，增強(qiáng)散熱效果。

(2) 為減輕篩機(jī)設(shè)備負(fù)荷，及時(shí)調(diào)整激振器偏心塊數(shù)量，減小篩子振幅，在滿足篩分粒度和能力的條件下，延長(zhǎng)篩梁、篩側(cè)幫使用壽命。

(3) 由于篩子與煤矸碰撞、擊打、摩擦等因素，篩板固定螺栓經(jīng)常出現(xiàn)脫落、損壞現(xiàn)象。優(yōu)化時(shí)，為每個(gè)篩面內(nèi)固定螺栓增加防護(hù)套，保護(hù)螺栓不受損傷。

(4) 原煤分級(jí)篩采用干法分級(jí)，在煤質(zhì)量不好的情況下，分級(jí)效果差，篩孔卡堵嚴(yán)重。為此，更換一部分沖孔篩板為彈性桿篩板，緩解濕煤、黏煤造成的卡堵現(xiàn)象。

4.4.2 篩分破碎機(jī)

(1) 使用篩分式破碎機(jī)，利用設(shè)備入料側(cè)板與齒輥間隙以及兩齒輥之間的間隙，小于 150 mm 粒度不用破碎直接進(jìn)入出料漏斗，降低了設(shè)備磨損速度，減少了破碎后的粉煤量。

(2) 破碎機(jī)由于主要破碎硬度較大的煤矸石，齒輥磨損嚴(yán)重。為了減輕檢修人員的工作量，將齒輥由整體安裝式改造為單板連接式，采用高強(qiáng)度螺栓固定，拆卸方便。

(3) 兩破碎齒輥之間的間距可以調(diào)整，根據(jù)破碎齒磨損量調(diào)節(jié)間距大小，保證出料粒度的穩(wěn)定。

(4) 破碎機(jī)具有三大保護(hù)功能：主軸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，發(fā)生過載堵轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)報(bào)警停機(jī)；軸承溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，溫度過高時(shí)停機(jī)，以保護(hù)軸承，延長(zhǎng)軸承使用壽命；設(shè)備過鐵保護(hù)功能，過鐵時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)[4]。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

系統(tǒng)改造時(shí)，改造項(xiàng)目購置主要設(shè)備 (破碎機(jī)) 費(fèi)用為 85 萬元，拆除安裝設(shè)備工程費(fèi)用為 62 萬元，配電系統(tǒng)改造費(fèi)用為 3 萬元，合計(jì)費(fèi)用為 150 萬元。

改造后，地面篩分生產(chǎn)系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，相應(yīng)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)效益均有提升。

(1) 去掉 5 部帶式輸送機(jī)、減少了 1 臺(tái)跳汰機(jī)崗位人員，每班次節(jié)省 3 人次，3 班共計(jì) 9 人，工資待遇福利按 8 萬元/a，則每年節(jié)省人工成本 72 萬元。

(2) 設(shè)備與設(shè)施的維護(hù)量減小，特別是跳汰機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)，每年節(jié)省材料費(fèi)用約 150 萬元。

(3) 去掉跳汰系統(tǒng)后，所有煤矸進(jìn)入重介淺槽系統(tǒng)進(jìn)行分選，精煤回收率提高約 3%。礦井實(shí)際產(chǎn)量按 240 萬 t/a、大塊率為 9%、大塊煤矸中跳汰機(jī)出煤率為 10% 計(jì)算，則每年多回收精煤 648 t。精煤綜合售價(jià)按 600 元/t 計(jì)算，每年多收精煤增加效益約為 38.88 萬元，每年可為礦井帶來約 110.88 萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

煤礦地面篩分破碎系統(tǒng)改造后，降低了人工和設(shè)備維護(hù)成本，提高了原煤的回收率。通過合理利用現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備資源，最大限度地降低了改造成本，優(yōu)化和解決了現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題，達(dá)到了優(yōu)化地面生產(chǎn)系統(tǒng)、保障安全生產(chǎn)的目的。