输煤系统冻粘及扬尘问题的预防和处理措施

刘 杰，刘 超，于美微，张理航

（1.山东矿机集团股份有限公司，山东潍坊 262400；2.山东矿机华信智能科技有限公司，山东青岛 266000）

0 引言

我国东北、内蒙、新疆等北方严寒地区的露天矿带式输送机输煤系统，在冬季最低气温可达-40 ℃，如果煤质含有一定水份，煤与胶带表面会冻粘在一起，当胶带工作面粘附物料后，不仅输送机的运行阻力和运行功率增大，而且回程胶带的沾料会在沿线洒落，造成污染。辽宁工程技术大学对煤冻粘问题的机理进行了深入研究，在严寒之下含水分煤凝结所形成的煤泥冰与胶带基体表面充分接触，煤粒度越小，温度越低，煤泥冰与胶带表面的冻结粘附强度就越大，这是胶带上的冻粘物料难以清除的根本原因。

冻粘问题长期存在于我国北方露天煤矿带式输送机系统中，从现场调研和资料中可以看出，冻粘问题主要存在于带式输送机胶带的工作面、滚筒的外表面和落料斗的内表面等与物料接触的部位，以下针对胶带的冻粘及扬尘问题的预防和处理措施进行说明。

1 冻粘问题的解决措施

1.1 喷洒防冻液

在胶带工作面喷洒防冻液，已在内蒙、新疆等露天煤矿广泛使用，有效地解决了胶带表面煤的冻结问题。根据当时当地的室外气温，在胶带表面均匀喷洒一定浓度的防冻液，最常使用的是10%～30%质量浓度的氯化钙水溶液。其防冻粘的原理是利用不同浓度的氯化钙水溶液凝固点不同（图1），当水溶液喷洒在胶带表面后会形成一层防冻隔离层，阻断煤泥与胶带的润湿表面接触，使得煤泥不会与胶带粘结。

图1 氯化钙水溶液物理特性

在输送系统设置温度、流量等传感器，可通过电气控制系统对防冻液的浓度和用量进行计算。从使用效果来看，氯化钙水溶液防冻粘的效果显著，但其成本较高，还会对胶带造成一定的腐蚀，降低胶带的使用寿命。在实际使用中可以添加缓蚀剂，减缓氯化钙水溶液对胶带的腐蚀。另外，胶带在喷洒了大量水溶液后，容易产生胶带打滑和跑偏的现象。

1.2 机械方式清除

清理胶带工作面粘料的常用方法是使用多级清扫器清理，但是对于严寒地区，由于冻粘物料与胶带间的粘附力极强，沾料难以清理。当冻粘的物料厚度达到20 mm 后，清扫器的压紧装置压缩到极限，无法起到调整作用。因此，严寒地区的机械清理，必须采用重型刮板清扫器、螺旋式的清扫器等来强力设备清除冻粘的物料，也可以使用专业公司开发的机械式冻结物料清除装置，以增强清理冻粘物料的效果。

市场上提供的机械式冻粘物料清除装置经过特殊设计，在回程胶带上采用多级碾压、清扫的方式，将胶带挤压并产生一定的弹性变形，才使冻粘的物料得以清除。采用梳形或螺旋式的压辊碾压，冻粘的物料同时受到垂直方向挤压和横向的力，经过多次辊压以后，粘料就会与胶带发生相对位移而变得疏松，最后再通过强力清扫器清理干净。机械辊压装置需调整到压力不小于1.0 MPa，通常需要设置弹簧来避免压力超限而损伤胶带。采用机械方式清除冻粘物料会产生大量的粉尘，因此需要在清理位置设置密封罩、除尘系统或洒水喷雾，以解决因清扫引起的扬尘问题。

1.3 热水喷淋、烘（吹）干

专业设备厂家综合运用热水喷淋、多级清扫及烘干方法，即在胶带的回程工作面上先采用60～80 ℃的热水喷淋，可将粘结的煤泥冰融化，其后再经过2～3 级的强力清扫，最后对胶带表面残留的水分烘（吹）干。

上述清理方式需要在短时间内对冻粘在胶带上的物料进行加热，煤泥冰彻底融化必须有足够的热量输入Q 和受热时间T。如果输送机的带速大于等于3.15 m/s，室外温度低于-20 ℃，上述清理方式可能难以在短时间内融化粘结的煤泥冰并彻底清理。此种方式需要根据具体情况，通过现场反复试验，调整工作参数来获得最佳使用效果。

如果在转运站内没有热水喷淋的条件也可以使用高压水对胶带进行冲洗，用清扫器清理完后再将胶带烘（吹）干。

1.4 超声波方式清除

采用超声波方式清理胶带粘附的煤泥冰，这种技术已广泛应用于冷冻食品行业。胶带冻粘后，需要将回程胶带经过盛有液体的水槽，水位须淹没胶带，在容器底部设置超声波蓄能器，超声波发生器使蓄能器作用而转换成水槽内液体的高频振动，胶带上冻粘的物料就会被振松，再通过清扫器的清理后烘（吹）干。超声波解冻清除冻粘物料的优点是除冻速度快，且为非接触式清理，不会直接损伤胶带。

对采用热水喷淋、高压水冲洗、超声波振动方式冲洗下来的泥水，在排放后还需经过沉淀池内充分沉淀、过滤，才能将煤泥回收，须定期清理，对于冲洗水则可循环利用。显然，水冲洗系统的沉淀、回收的装置结构复杂，占用空间大，必须通过专业设计才能实现。

2 露天扬尘的密封措施

清理胶带表面冻粘物料如果不彻底，粘附有物料的回程胶带与回程托辊接触反复滚动摩擦，加之胶带自身运行时的振动，回程胶带下方的廊道地面就会有大量的煤颗粒洒落，物料收集和清理工作量大，同时对周围环境也造成了污染。

露天矿输煤系统一般为非全封闭式，对于上承载面通常可以采用普通的防尘罩封闭，结构简单、易于维护；缺点是仅封闭承载工作面，在防雨罩内与胶带两侧有空隙，密封不严，容易撒料。

为了增强防尘罩的密封效果，可对承载面的普通防尘罩罩体进行改造（图2），在防雨罩内侧加装顺胶带方向的密封条与胶带工作面形成接触密封，可对所运输的物料进行很好的密封。另外，为增强回程胶带的封闭性，可在下部机身的两侧加装下防尘罩封闭，与承载面的上防尘罩相互搭接，上、下防尘罩组成了分体式的封闭结构，使用和维护时可单独将上防尘罩或下防尘罩开启，方便定期清理洒落的物料。

图2 密封防雨罩

3 设计阶段解决冻粘和扬尘问题的措施

在方案设计阶段就应采取相应技术措施，避免冻粘和回程粘料的问题。对于短距离的输送机，特别是严寒地区，输煤系统尽量采用保温封闭廊道，可以避免物料冻粘的发生，同时也更加环保。对于无法采用保温封闭廊道的区域可以采用以下其他方式进行预防和解决。

3.1 增加翻带装置

对单机输送长度超过1 km 的长距离输送机可以加设翻带装置，并设置在保温环境的室内。翻带过程可以清理大部分胶带表面的冻粘物料，关键是翻带后工作面向上，回程托辊不再与胶带工作面接触，可有效地避免输送系统沿线的撒料现象。翻带装置的使用时间越长，总体的经济性就越好。

翻带装置可以在输送机的头部或尾部空间内合理紧凑布置，翻带装置需视帆布和钢丝绳芯胶带的类型，长度不小于12.5或22 倍的带宽B。翻带装置结构简单，对于翻落下来粘附的煤颗粒可室内集中清理，也可根据现场的空间灵活加设自动收料装置，以减少收集和清理的工作量，通常可以采用简易刮板输送机或者小型皮带输送机实现。

3.2 回程段采用管状胶带

在回程段采用管状胶带方式，这样粘附物料的回程胶带就可以密闭起来，只有在回程胶带的头或尾部展开段会有物料洒落，可以有效地防止输送机沿线的扬尘污染，只需处理头尾部回程胶带下方洒落的物料即可。

通常在北方的严寒地区很少使用管状带式输送机，原因是其运行阻力和运行功率特别大。为减小回程阻力和功率损耗，可加大托辊间距并适当减少托辊数量（图3）。采用3/3 型PSK 托辊组或仅配置3 个托辊进行交替使用。

图3 回程段采用3 托辊和6 托辊管状胶带

4 结束语

对于胶带冻粘问题的处理，需要从节能、环保、安全、成本等多方面进行分析、评估，最终选择确定最经济合理的清理方式。显然，喷洒防冻液是目前最常用和有效的解决方式。露天煤矿在喷洒防冻液时，需要综合考虑防冻液的成本以及对胶带的腐蚀，合理选择用量。而对于采用机械方式清除，则需考虑是否会对胶带产生损伤以及环保问题。如果计划设置翻带装置和回程管状胶带，需要在设计之初就对安装空间、运营成本等进行对比分析。

应根据露天矿输煤系统当地的室外气温、煤质含水、资金成本情况等因素合理选用防冻粘措施，可采用一种或多种方法综合运用，经济、有效地解决北方严寒地区带式输送机的冻粘和扬尘问题。