井上煤场螺旋溜槽防破碎技术在某煤矿的应用研究分析

李凌峰

摘要：阐述了块煤螺旋溜槽防破碎技术（以下简称螺旋溜槽）的理论及发展史，螺旋溜槽的设计原理。针对某煤矿原煤的性质与特点，经过研究分析，设计了井上煤场输送机螺旋溜槽，确定了其结构参数，经过安装实测，成功提高了该矿的块煤率，显著地降低了限下率，使该企业的生产盈利情况有了明显的提高。

Abstract： The theory and development history of the anti-crushing technology of lump coal spiral chute （referred to as spiral chute） and the design principle of spiral chute are expounded. According to the nature and characteristics of a coal mine's raw coal， after research and analysis， the spiral chute of the uphole coal yard conveyor was designed， and its structural parameters were determined. After installation and measurement， the lump coal rate of the mine was successfully improved， the undersize fraction was significantly reduced， and the production profitability of the company has been significantly improved.

关键词：螺旋溜槽;防破碎;块煤率;限下率;煤场

Key words： spiral chute;crushing prevention;lump coal rate;undersize fraction;coal yard

中图分类号：TH221                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）14-0084-03

0  引言

块煤由于其在物理化学方面性质的突出特点使得其市场销路广且价格高。根据调查显示，某煤矿所产块煤的销售价格比末煤每吨大约高出200元，因此如何尽可能地提高所产煤炭中块煤所占比例，减少在各生产运输工序中块煤的破损率，进一步降低块煤限下率，目前是该矿提高企业效益的重点工作内容。

提高煤炭的块煤率是一个系统工程，涉及到煤炭開采直至煤炭装车储运整个过程，但需要两个方面的技术：提高煤炭的块煤率和降低块煤的限下率，即原煤（毛煤）系统提高块煤率和块煤系统降低破碎两个环节进行研究。

当前国内提高块煤率的主要措施有：块煤螺旋溜槽防破碎技术、块煤防碎缓冲装置、YPF移动式块煤防破碎装置、KSS型伸缩溜槽块煤防破碎装置、分流缓冲式入仓防破碎装置和LKK型溜煤斗转载装置等。目前上述所有的提高块煤率的主要措施中，以螺旋溜槽技术最为成熟，应用也最为广泛。

1  块煤螺旋溜槽防破碎理论

1.1 螺旋溜槽技术

螺旋溜槽技术是于上世纪80年代引入我国的，最早是在山西省潞安矿务局下属的常村矿的井下中央煤仓进行安装试验，随后于山西省晋城矿务局所属矿井的井下中央煤仓进行了进一步推广。由于该技术稳定可靠，效果明显，目前在全国各大煤业公司已广泛应用[1、2]。近几年，螺旋输送技术的新进展主要包括：散体物料技术，有限元技术在煤仓内的应用，新型高耐磨材料的应用等。

螺旋溜槽，根据不同的布置形式，可分为两类：内螺旋溜槽、外螺旋溜槽。通常来说，内螺旋溜槽一般安设于尺寸有限、直径较小的煤仓中心位置，螺旋溜槽主体大都由平滑钢板制成，主体周围使用钢制立柱进行支撑固定;外螺旋溜槽，主要是螺旋结构位置与内螺旋溜槽不同，分为内嵌式以及组装壁挂式两种[3]。

由于螺旋溜槽在煤炭行业中的应用要面对负载大、运量高、磨损强的特点，因此很少使用结构强度较低的内螺旋溜槽。

1.2 块煤破碎原理

块煤在溜槽中运动时，由于受到重力作用，煤块之间相互碰撞使得煤块碎裂。根据动量定理：

根据大量的理论及试验研究，目前主流理论认为煤炭颗粒之间，煤炭颗粒与其他物体之间的碰撞属于完全非弹性碰撞，发生碰撞后，认为煤炭颗粒的运动速度降为零。根据公式，当煤块的质量一定时，煤块受力与其运动速度呈正相关，与碰撞时间呈负相关。因此，提高块煤的完整度、降低限下率，主要有以下两种解决办法：一是降低煤炭颗粒的运动速度;二是延长煤炭颗粒间及煤炭颗粒与其他物体间的碰撞时间[4]。

煤块在溜槽中的运动受力相对复杂，但是大体可以简化为三个分力： 沿空间螺旋线切线方向的重力分力F1，垂直于螺旋线切线平行于底板斜面的重力分力F2和底板摩擦力F3，如图1所示。当F1、F2以及F3的合力为零时，即认为块煤在溜槽中的瞬时运动状态平衡状态，即？驻v为零。其中：

2  煤矿简介及概况

某煤矿核定生产能力150万t/a，所产煤种为烟煤，含硫低，发热量高，一般含硫量1.3%左右，发热量较高，为优质动力煤。煤矿采用综合机械化采煤工艺，采用胶带输送机通过运输大巷进行提升，原煤储装实现储煤筒仓（末煤）和储煤场（块煤）装车。

该矿采用带式输送机运输，井下工作面煤流经过带式输送机，进入井下煤仓运输至地面，进入筛分系统，末煤运至末煤仓，块煤运输至储煤场。

目前该矿地面毛煤经过三粒度分级：大块（+80mm），中块和末煤。

经过现场勘查和分析，影响块煤率的环节主要有：开采、井底主煤仓入仓、地面大块筛前溜槽、大块带式输送机机头落料处等4处，最终经过观察研究，前三个环节，煤流落差较小，块煤损失率较低，故认为在有较大落差的大块带式输送机机头落料处安装螺旋溜槽对提高块煤率有决定性作用。

3  技术方案设计

大块带式输送机机头落料处实际落差为13m，是块煤破碎的主要环节，如在该环节设置螺旋溜槽将会大大提高块煤率，效果明显。

在该位置设置螺旋溜槽技术上也相当成熟，现实中也有大量的应用。在该位置设置螺旋溜槽，安装也很方便，可以在储煤场合适位置进行组装，整体吊装至指定位置后安装，然后和输送机机头搭接。

螺旋溜槽需要采用立柱安装，下面为混凝土基础。该基础和立柱设计时考虑避开装载机装载。经过实地测量取得数据，加以分析，并按照国家标准与企业标准进行设计，计算得到该螺旋溜槽主要技术参数见表1。

设计所得螺旋溜槽的三视图如图2-图4所示。

该螺旋溜槽的设计特点是：

①按照“上位受煤”的理念进行设计。受煤点为块煤奔离滚筒点的位置，煤流贴近底板运行。对于带式输送机转载环节，机头滚筒处将设置专门的受料装置。

②主煤流与清扫煤独立溜煤。设计分别考虑主煤流缓冲装置和清扫煤装置，各系统互不干涉，利于设计制作。

③采用专门衬板。目前很多矿井选择超强耐磨陶瓷材料，当前主流超强耐磨陶瓷材料耐磨性较好，根据相关文献，耐磨性可达铸铁的 40 倍[6、7]，其f系数可达9。但是根据该矿的实际煤质及矿山服务年限等综合因素考虑，最后决定采用NM400衬板。该衬板技术较成熟，摩擦系数较小，更换衬板较简单，投资适中，是理想选择。

④对于必要的环节增加缓冲减震层。对于本次设计的螺旋溜槽，由于直径较小，需要采用沿仓壁铺设的外螺旋方式，即在现有煤仓内布置结构，沿煤仓壁支撑螺旋溜槽。

4  经济效益分析

目前该煤矿已经完成了螺旋溜槽的安装，对其使用前后分别进行采样比较，采样点为大块带式输送机机头落料处与块煤通过溜槽到达煤场的落点。采样时间为8h（一个生产班），每次间隔30min，每次取样1000kg。筛孔直径80mm，测定限下率，两种情况下的数据对比见表2。

该螺旋溜槽的设备投资为61万元，安装费用为10万元，总计71万元（折旧按照5年计算）。对安装螺旋溜槽前后的限下率进行比较，限下率降低69.36%，煤场的块煤率提高5.75%，全年块煤产量根据以往经验，按照15万t计算，块煤与末煤差价按照200元/t，税率按照40%计算，第一个自然年即可多产生效益：

150000×5.75%×200×（1-0.4）-710000÷5=893000元

可以看出，该改造经济效益明显。

5  结语

某煤矿根据企业实际情况，在块煤输送机机头处安装螺旋溜槽，被事实证明是一次低投资高回报的改造，同时也是螺旋溜槽在地面使用的一次成功实践。螺旋溜槽结构简单可靠，经济效果明显，不失为各矿提高效益的突破口，各矿可根据自身煤质特点，设计合适的技术参数，取得最佳的防破碎效果。

参考文献：

[1]伊钟玉.选煤厂块煤防碎设计研究[J].煤炭工程，2018，50（07）：23-25.

[2]于腾飞.螺旋溜槽在块煤防破碎中的设计及应用[J].煤矿机械，2014，35（11）：207.

[3]张振虎，刘建功.矿井采区煤仓设计及施工[J].煤炭工程，2017，49（08）：67-69.

[4]张磊，邰洋，赵书宁，韩正泽.空间曲面溜槽参数化设计的研究与应用[J].选煤技术，2018（02）：45-47，51.

[5]王力，王东.孙家岔龙华煤矿块煤率提高技術研究与应用[J].煤炭工程，2018，50（02）：73-77.

[6]付丽明.块煤仓螺旋溜槽防破碎方案研究[J].机械工程与自动化，2015（06）：197-198.

[7]盛天雷，刘静川，魏晓波.智能配仓防碎系统在龙化选煤厂的应用[J].选煤技术，2017（04）：31-34.