俄霍布拉克煤矿新主井原煤提升及筛分储装运系统制约因素分析与技术改造研究

摘 要：文章针对俄霍布拉克煤矿新建南主井生产系统在主井皮带原煤提升、筛分储装运系统方面存在的制约因素进行分析研究，找出问题症结所在，提出了解决办法并付诸实施，逐步消除了各制约环节，系统运行顺畅，促进了矿井安全生产和效益提升，效果良好。

关键词：提升；筛分；储装运；制约因素；问题分析；改造

1 概述

俄霍布拉克煤矿是徐矿集团早期援疆企业，坐落在库车县北山矿区，2002年建矿，设计能力为90万吨/年，后逐步改扩建于2008年达到280万吨/年水平，当年再次启动400万吨/年改扩建工程，离北主井工广5km处新建南主井及相应生产系统，待南主井生产系统建成投产后，停用北主井生产系统。整个工程于2014年完工并试生产。由于矿井规划设计早，建设年限长，南主井生产系统在设计理念、筛选工艺、生产流程、设备选型、施工工艺方面存在较多问题。特别在主井皮带提升、筛分储装运系统方面问题较多，一度制约矿井生产，后经过多次分析论证和技术改造，逐步消除了制约环节，各系统运行顺畅，目前产能达600万吨/年，并启动700万吨/年产能核定，成为新疆最大的现代化井工煤矿。

2 新主井提升及筛分储装运系统存在的主要制约因素

2.1 新主井皮带能力不足

主井皮带型号：DTL160/230/4×1500S，额定提升能力2300t/h，设计为四驱动，功率1500KW×4，由于订货时间较早，考虑当时实际煤炭市场需求和企业经济承受能力只采购了2个驱动，安装运行后，提升能力只达到1300t/h，由于皮带驱动力不足，当给煤机流量放大后，经常出现压皮带闷车现象，重新重载启动需要以0.5m/s低速运行15min，待皮带卸载后，才能以额定速度运行，低速拖动时电控柜功率元件发热严重，加速电气老化损坏，主井提升能力卡脖子严重影响生产能力发挥。

2.2 筛分系统的设计缺陷和生产影响因素

2.2.1 客观因素——入筛原煤中大块煤、矸较多

主要影响因素如下：

（1）受南疆市场因素影响。南疆4地州对中块和大块煤的需求旺盛，长年有较大市场，价格也较高。为保证原煤块煤率，井下的原煤不能破碎的过小，工作面破碎机破碎粒度最大为300×300mm左右。

（2）受回采工艺影响。综采放顶工作面由于现场操作原因，为使顶炭放尽，部分矸石放煤时混入煤流中；一次采全高工作面的部分伪顶由于采高控制不好的原因，少量大块混入煤流；坚硬顶板工作面由于周期来压顶板下沉，工作面片帮，造成大块煤较多。

以上二个因素客观上导致了原煤中大块煤矸较多，对筛分系统各个环节影响较大。

2.2.2 筛分系统设计缺陷，影响筛选

主要影响因素如下：

（1）設计没有考虑大块煤矸预选系统造成的影响。筛分系统设计流程是，井下原煤上井后，直接经原煤入筛皮带进入配煤刮板运输机，配煤给2台振动双层香蕉筛，经分层筛选后得到成品煤，设计时没有考虑原煤中大块煤矸预选系统，这种方式带来的后果是：a.溜煤导槽易卡堵，砸坏。大块煤矸对导槽的冲击大，频繁砸坏、涮透导槽，且极易在原煤机尾承载点、机头卸载点发生卡堵，处理导槽内卡堵不方便，影响生产。b.配煤溜子事故率高。配煤溜子的底板、侧板、上盖板是封闭结构，采用底链刮板带炭到漏煤口卸载，上链回空方式运行，当煤流中大块较多时，极易发生漏煤口大块下落时，被运行中刮板抵住，造成刮板机憋卡，拉坏链条、刮板、连接环，耦合器频爆易熔塞事故；或者大块卡在了上下刮板间，造成刮板憋卡，溜子底板顶鼓事故；或者垂直下落大块将链道砸变形错茬，刮板憋卡事故。c.香蕉筛事故率高。由于香蕉筛的筛板采用钢板外履聚氨酯材料，有一定强度，但当大块重量超过限度，从高处垂直下落时，将筛板砸弯变形，筛梁砸开焊、砸断，造成筛面垮塌，大块煤矸进入中块系统，中块煤矸进入沫煤系统，使得筛分失去作用。

（2）中块煤选矸工艺不合实际，处理效果差。由于矿井产能大，中块产量占日产量的8%左右，即日产30000×8%=2400t/d左右，设计选用了FGX复合式干选机，该设备采用自生介质与空气组成气固两相混合介质，借助机械振动使物料做螺旋翻转运动进行多次分选，再充分利用逐渐提高的床层密度产生的浮力效应进行分选的原理，经过实际使用，由于俄矿的中块煤密度与矸石相差不大，存在大量水分、煤泥，因此选矸困难，且扬尘较大，环境保护困难，该机不适合俄矿使用；而后又改用人工手选方式，但混矸太多，选不尽，效率太低而放弃。

（3）设备选型与工艺不配套问题。香蕉筛筛板孔径、孔形设计不合理易堵塞。香蕉筛筛板一层选用的是80mm-150mm的“田”字格筛眼，二层选用的是25mm-80mm的“田”字格筛眼，这种筛眼虽然筛板开孔率高，但筛眼极易发生堵塞，造成筛子不能正常工作。

（4）溜煤导槽设计缺陷。主要表现在：a.导槽的断面普遍设计较小，易发生卡、堵。b.部分导槽角度不合理，部分角度太大，煤流速度过快冲击大砸坏转载点皮带及托辊，甚至煤矸飞出转载点；部分导槽角度太小，造成煤流速度过慢，在槽底滞煤形成堆积最终形成堵塞。c.部分导槽为直槽，垂直下落的大块直接砸皮带或筛面，造成皮带硫化接头砸裂，或筛面变形，筛梁砸断。d.部分导槽导槽设计强度不够不耐磨。导槽的钢板不是耐磨板，四周封板也未衬砌耐磨减震衬块，槽底封板易砸鼓变形，时间长后被刷透。

（5）筛分楼设计缺陷。主要表现在：a.筛分楼震动大，安全隐患突出。筛分楼为一独立6层建筑，总高度36m，按照筛选工艺，6楼布置原煤皮带机头，5楼布置配煤溜子，4楼布置香蕉筛，3楼布置手选皮带机，2楼布置中块及沫煤皮带机，1楼为电控室。筛子溜子等吨位大的重型装备约200t左右，布置在4-6楼高层，造成筛分楼“头重脚轻”，所有设备的基础是和筛分楼的大梁结构连为一体的，设备运行时筛分楼振动剧烈：2-6楼出现楼层地板跳动，墙体出现裂缝，特别是香蕉筛运行时与楼发生共震，筛分楼5-6楼出现明显晃动，安全危险性大。b.卸载点过高，块煤碎化。楼层间距最大达到9m，带来的直接后果是卸载点高，下行煤流的冲击惯量大，对筛子筛面、导槽、皮带承载点破坏力大，加速设备损坏；大块煤由于转载点多，落差大受连续的撞击，破碎严重，造成块煤锐减，影响效益，粉碎的沫煤、中小块混在大块里，影响煤质。c.原煤入筛皮带与香蕉筛位置布置缺陷。设计时采用筛子中心线与入筛皮带中心线成90°交角布置，造成入射点偏筛面一侧，煤流不能正面撞击筛面，侧向冲击筛面后形成纵向下滑煤流，在整个筛面不能均匀散开，筛选效果较差。

（6）无原煤应急出煤通道设计。由于筛分系统环节多，设备多，且都处于一个连续工作链上，当系统中某台设备出现故障时造成全线停机，主井皮带被迫停运，井下储煤井满仓时，井上下停产，对生产造成重大影响。因此，无应急出煤系统及回煤系统不能保证生产组织的从容进行。

2.2.3 储装运工艺缺陷

主要缺陷如下：

（1）中块、沫煤成品不落地系统的缺陷。初始设计时，考虑环保因素，系统设计为中块、沫煤成品不落地系统，即成品沫煤进3个2500t的沫煤仓，中块进1个2500t的中块煤仓，大块进专用堆场，中块与沫煤交替通过快装皮带和火车快装站发运，大块在堆场用装载机装运方式，这实际为理想化方式，由于南疆市场分散，大部分用户火车倒运不到，需要多次转场，运费高，火车发运量只占少部分，大部分要靠地销，由汽车装车外运。由于设计缺少汽车地销装载系统，构成发运制约，当火车外运受限制时，相当部分沫煤、中块在煤仓满仓时就要进入地面堆场存放，否则，就要停产。

（2）局部设备能力不配套。中块及转载皮带，原煤入筛皮带，仓顶配煤皮带能力过小，满足不了800～1000万吨/年的产能，要改造增加运能，形成喇叭口式的外运能力。

2.2.4 缺乏系统集中调度自动控制系统

由于系统尚未配置生产调度及集控系统，设备由人工就地控制，用人多，效率较低，相互联系靠电话和电铃信号，反应过程慢，当系统中间环节有问题时，前后上下级设备不能及时停机，造成埋机头，堵溜煤口现象时有发生；全线停车，启动用时较长，制约整体生产能力发挥。

2.2.5 环保工程设计缺陷

主要缺陷如下：（1）生产过程噪音过大。筛分楼各楼层相通，与皮带廊相连，生产过程中皮带机、配煤刮板机、香蕉筛设备运行噪音，溜煤槽受砸噪声，混在一起，厂房内噪音最高达105dB，损坏工人听力，严重影响工作人员的身体健康。（2）生产过程粉尘浓度过高。粉尘产生原因：室内部分由于转载点多造成抛煤扬尘，筛子振动扬尘，皮带机运行扬尘。室外部分由于煤炭落地，炭场露天，风力扬尘，汽车，装载设备扬尘。由于室内设计仅仅考虑沫煤与震动筛采用布袋除尘器，其余转载点采用喷雾防尘，室外安装防风抑尘网的方案，总体除尘效果差，煤尘浓度高，影响工作人员身体健康。

3 问题解决方案或改进策略

3.1 主井皮带机提升能力不足问题

解决办法如下：（1）按设计要求，增加2个驱动，构成4驱动，提高驱动力，使原煤提升能力达到额定2300t/h；（2）解決多驱动方式下4台电机的同步和功率平衡问题。

3.2 筛分系统没有大块煤矸预选系统问题

筛分系统没有大块煤矸预选系统直接筛选是造成导煤槽卡堵、香蕉筛、配煤刮板运输机损坏故障高的根本原因。解决方法如下：

（1）在保证一定块煤率的前提下，强化井下生产组织管理，适当控制破碎机破碎粒度，控制大块煤的上井量；（2）在主井皮带机头卸载电处增加重型棒条筛一部，将大块煤矸在进入原煤皮带之前预选出来，+300mm以上大块配合新安装的2部皮带机进入原大块手选系统，-300mm以下部分进入原筛选系统，大块煤矸分离，并实现工艺闭合，避免香蕉筛、配煤刮板运输机和导槽的损坏，降低事故。

3.3 中块煤选矸工艺不合理问题

针对俄矿中块的含矸情况，经过比选和现场实际试验，选用国内ZM400型矿物高效分离机，该机引进美国赛博瑞特干法分离脱水技术，专门针对高低密度混合物的分离。是一种高密度矿物含量高的难分离物料的环保模块集成化干法分离、脱水设备。在分离的同时脱去一定水分，进一步提高煤炭发热量。具有产量大、分离效率高、煤质好、污染小、噪音低，合符环保要求的特点，特别适合俄霍布拉克煤矿高寒缺水戈壁滩内煤矿的选煤加工。

3.4 香蕉筛筛板孔易堵问题

解决办法如下：（1）增大筛孔直径。上层筛孔由80mm-150mm改为150mm-200mm，下层筛孔由25mm-50mm改为50mm-80mm；（2）更改筛孔孔型。筛孔孔型由“田”字型改为横放的“目”字型，格条由扁钢改为圆钢，这样在煤流方向上没有太多横格条阻挡，也便于煤流下滑不易堵筛孔。

3.5 溜煤槽不合理问题

根据不同卸煤点位置具体分析，解决方法如下：（1）适当增大导槽直径便于物料下滑；取消导槽的直筒设计，改为斜导槽，根据反复试验结果，为使煤流具有合理下滑速度，导槽角度30°-35°为宜，不因速度过快产生过大冲击力而又不因速度过缓而淤积堵塞导槽；（2）高处下行煤流冲量大，在靠导槽下出口处设计自填充抗砸槽，可缓冲煤流速度，减小对卸载点的冲击。

3.6 筛分楼振动问题

解决方法如下：（1）将香蕉筛的基础独立出来，在4楼用钢结构与筛子的基础大梁相连接并顶上劲，用铁板抱箍穿3层楼板后落地，并增大落地点阀板的面积和承重量。（2）加固皮带机、溜子的基础水泥梁，用钢结构相互连起来，合力共载。（3）通过调整筛子、刮板机、皮带机的变频器的工作频率，躲过与筛分楼的共振区。

3.7 卸载点过高问题

楼层间距过大造成卸载点过高是设计固原缺陷，无法改变，采取解决方法如下：（1）改变导槽结构，由直槽改为斜槽，长槽中增加阻尼板，出口增加缓冲挡链来控制煤流速度；（2）将大块预选系统逆煤流方向前置，由筛分楼6楼改到主井皮带卸载点处，高度由36m降为5m；（3）在承载点增加缓冲床或缓冲托辊，减少冲击力。

3.8 香蕉筛与入筛煤流方向偏置问题

解决方法：加工特殊的给煤导槽，改变煤流方向。导槽分为3节，第一节直筒结构；第二节内置挡煤板，导槽口旋转45°结构；第三节内置挡煤板，导槽口再旋转45°，三节依次连在一起，这样导槽入出口相对旋转90°，使得最终从导槽出来的煤流方向与筛面垂直，煤流分散性好，便于筛选。

3.9 沫煤、中块不落地问题

解决方法如下：（1）原煤仓分仓改造，火车运输与汽车运输分流，1～3号仓作为火车专用仓，4号仓作为汽车运输专用仓，4号仓底改造，安装2部汽车快速装车皮带机，配套建设皮带廊、汽車装车栈桥，保证1.5min装满一辆车。（2）在沫煤皮带廊中部安设刮煤器，在仓满时将沫煤挂下落地进地面堆场，不能因仓满影响生产。

3.10 储装运设备能力不配套问题

解决方法如下：认真分析系统实际产能和每部皮带能力，将中块及转载皮带、原煤入筛皮带、仓顶配煤皮带的带宽增加，带速提高，以满足最大流量需求。

3.11 集控与自动化系统问题

解决方法如下：根据自动化系统要求，整个系统增加以下3部分：（1）计算机集中控制系统。负责对生产系统设备实现集中监控。所有设备的操作和系统的控制主要在集中控制中心完成。所有设备的运转状态、各工艺参数、各种保护装置动作情况、各仪器仪表、传感器的测量结果等均能在上位机上显示、存储、检索、打印。（2）电话调度系统。由主机、调度台、调度分机等几部分组成；具备生产调度、行政电话交换、广播扩音喊话一体化语音通信功能。（3）大屏幕监控系统。直观显示筛选储装运工艺流程和设备运转情况，各作业点的实时动态情况。

以上三部分构成全工广的综合自动化系统，实现相互联通、资源共享，达到减少事故提高开机率、减人增效的目的。

3.12 环保问题

解决办法如下：（1）噪音问题。溜煤导槽改造，直筒改为缓坡斜槽，槽内壁衬贴抗砸、耐磨、减振三合一的复合材料，槽筒外部包裹吸声棉；筛子调整频率，保证筛选情况下，减频、减振、降噪，敞口处改为封闭口并加隔音皮；皮带采用硫化接头杜绝金属接头，托辊运转灵活减噪。（2）粉尘问题。各皮带机转载点增加与皮带机联动的喷雾装置；产尘大的筛子和沫煤卸载点增加布袋除尘器；大厂房内安装超声波除尘器；定期对机道、机头尾、厂房大厅冲洗消尘。室外部分增加炭场自动化防尘系统，建设防风抑尘网，尽量使用煤仓储煤，减少地面风吹扬尘，设备扬尘、煤炭倒运扬尘。

3.13 应急出煤通道问题

解决方法如下：在主井原煤机头增加一套原煤应急出煤系统，这样，即使筛分系统停运，而主井仍可运行，保证井下生产不中断。即在主井机头设置可调整方向的导槽，正常情况煤流入棒条筛筛选，当后方筛选系统故障停车时，调整导槽的方向，给位于机头前方的应急皮带上煤，应急皮带将原煤拉入应急堆场储存；在系统正常后，利用堆场内的斗轮式装煤机配合返煤皮带向棒条筛给煤，重新入筛。

4 实施情况

新主井运煤系统、原煤筛分及储装运系统的优化改造工程，分系统进行，共约1年时间。期间主要有以下项目：提高主井皮带机提升能力；筛分系统增加大块预选系统；筛分楼振动改造；筛子、导槽改造；沫煤、中块煤仓改造，增加汽车地销系统和地面存放堆场；环保工程改造；应急出煤通道建设；自动化系统改造等方面。各个系统改造工作做到了事先论证、超前准备、分系统进行，施工利用生产间隙和休息日时间进行，整个工程有条不紊，互不干涉，对生产影响较小。

5 结束语

改造后系统运行表明：矿井生产卡脖子环节打通；筛分楼安全隐患消除；导槽卡堵事故，香蕉筛、配煤溜子、各转运皮带事故大大降低，生产连续性、开机率提高；筛选煤质合格率大为提升；装车外运系统顺畅；筛选、操车自动化提高了运行效率，达到减人增效目的，改造工作获得成功，值得借鉴与推广。

作者简介：陈国强（1972-），男，江苏金坛人，毕业于中国矿业大学矿山机电专业，硕士研究生，现为徐矿集团天山矿业有限责任公司机电副总经理，高级工程师。