畢明勛

(陜西能源趙石畔煤電有限公司，陜西 榆林 719199)

涼水井煤礦選煤廠隸屬于神木匯森涼水井礦業(yè)有限責(zé)任公司，為礦井型選煤廠，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為8.00Mt/a?，F(xiàn)有生產(chǎn)工藝為：原煤經(jīng)過(guò)22mm分級(jí)(采用兩臺(tái)單層分級(jí)篩)，200～22mm塊煤采用重介淺槽分選，-22mm經(jīng)4mm脫粉，22～4mm經(jīng)1.5mm脫泥篩脫泥后采用兩產(chǎn)品有壓旋流器分選，-4mm粉原煤直接作為產(chǎn)品銷售，1.5～0.25mm采用粗煤泥螺旋分選機(jī)分選，-0.25mm煤泥經(jīng)濃縮+壓濾回收，煤泥水閉路循環(huán)[1]。

1 存在主要問(wèn)題及改造的必要性

隨著礦井機(jī)械化開采水平的提高，原煤中細(xì)顆粒物料占比和水分有所升高，導(dǎo)致原煤篩分時(shí)，物料經(jīng)常堵塞原煤分級(jí)篩的篩孔、糊堵篩面，降低了篩面有效利用面積，阻滯物料松散與分層，大大降低篩分效率，系統(tǒng)原煤整體處理能力降低，導(dǎo)致大量末煤未有效透篩而進(jìn)入塊煤系統(tǒng)，嚴(yán)重影響了塊煤系統(tǒng)入洗原煤的質(zhì)量。塊煤分選精度差，煤泥水系統(tǒng)負(fù)荷重，塊煤、末煤洗選系統(tǒng)不平衡等問(wèn)題，使選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)整體處理能力降低，同時(shí)影響礦井的正常生產(chǎn)。為了使選煤廠現(xiàn)有生產(chǎn)工藝滿足煤質(zhì)變化需求，保證礦井及選煤廠的正常生產(chǎn)，需要對(duì)原分級(jí)篩進(jìn)行技術(shù)改造。原煤分級(jí)篩改造是解決礦井與選煤廠生產(chǎn)矛盾、優(yōu)化洗選工藝系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，符合礦井生產(chǎn)實(shí)際，也是當(dāng)下迫在眉睫的問(wèn)題。

2 改造方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備方案

彈性篩分可以利用篩面自身的彈性振動(dòng)，使篩面獲得較大能量，同時(shí)篩孔產(chǎn)生變形，強(qiáng)化粘濕物料的松散，促進(jìn)粒群分層透篩，可以有效解決原煤篩分現(xiàn)存問(wèn)題。目前具有代表性的彈性篩分設(shè)備主要有琴弦篩、彈性桿篩、弛張篩。

琴弦篩在實(shí)際應(yīng)用中由于篩絲處于強(qiáng)力拉緊狀態(tài)，琴弦篩網(wǎng)的強(qiáng)度不夠，壽命短，使用成本高，生產(chǎn)維護(hù)工作量繁重，且篩絲容易松弛，篩分效果差、限上率較高，使用上受到一定的限制[2，3]。

彈性桿篩的彈性篩桿與煤炭的直接接觸碰撞使物料易于破碎，篩桿與框架配合的同軸度偏差，影響其自由度效果，且彈性桿在高頻振動(dòng)過(guò)程中易磨損[4]。

弛張篩篩網(wǎng)由可伸縮的聚氨酯彈性體材料制成，工作時(shí)篩網(wǎng)被交替拉緊、松弛，彈性篩面產(chǎn)生撓曲運(yùn)動(dòng)，用于處理難篩物料時(shí)具有良好的篩分效果和篩分效率[5-10]。

由于大塊物料下落具有較大沖擊力，容易砸壞弛張篩的篩面，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常需要更換篩面，且當(dāng)入料量較大時(shí)，大量細(xì)粒物料無(wú)法直接透過(guò)篩孔，嚴(yán)重影響篩分作業(yè)。針對(duì)礦井原煤實(shí)際粒度情況，增加弛張篩面的使用壽命采用雙層分級(jí)篩，第一層篩面用于傳統(tǒng)固定篩分，第二層篩面用于弛張篩分，可以有效解決篩面堵孔和篩面使用壽命短的問(wèn)題。在提高篩分效率和綜合處理能力的同時(shí)，能夠延長(zhǎng)篩面的使用壽命，降低篩面更換頻率[11-14]。

2.2 改造內(nèi)容

本次技術(shù)改造對(duì)象為1臺(tái)規(guī)格為3685型單層原煤分級(jí)篩和1臺(tái)規(guī)格3673型的單層原煤分級(jí)篩，均改造成兩臺(tái)相同規(guī)格的雙層弛張篩，改造后弛張篩如圖1所示。具體主要改造內(nèi)容如下：

圖1 改造后弛張篩

1)對(duì)現(xiàn)有分級(jí)篩的篩機(jī)側(cè)板改造，滿足下層弛張篩框、入料端等部件安裝及篩分工藝要求。利用現(xiàn)有篩機(jī)，在側(cè)板下面鉆制一排新孔，側(cè)板最下側(cè)角鋼拆除；新制弛張篩部分，側(cè)板上側(cè)有三排孔和垂向角鋼，將與現(xiàn)有篩機(jī)把合；修改現(xiàn)有篩機(jī)入料端的彈簧，移動(dòng)彈簧座。

2)改造現(xiàn)有原煤分級(jí)篩激振動(dòng)力，調(diào)整現(xiàn)有原煤分級(jí)篩的4臺(tái)(DF501和DF601各兩臺(tái))激振器，滿足雙層原煤分級(jí)篩設(shè)備重量、激振幅度、激振頻率等技術(shù)參數(shù)對(duì)激振動(dòng)力要求。

3)原煤分級(jí)篩篩面分布及安裝方式改造為上層采用16Mn錳鋼沖孔篩面，篩板厚度大于12mm增強(qiáng)原煤落料點(diǎn)抗砸性；下層采用弛張篩面，厚度大于6mm，保持現(xiàn)有篩板安裝方式，提高篩板耐久性，篩板使用壽命大于3個(gè)月。

4)雙層原煤分級(jí)篩的篩板能夠滿足上層80mm(60mm、45mm)和下層弛張篩22mm(18mm、25mm)篩分工藝靈活可調(diào)，同時(shí)在原煤分級(jí)篩出料端溜槽可以實(shí)現(xiàn)出料可調(diào)可控，滿足塊、末洗選系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)節(jié)。

3 改造可行性分析

3.1 改造后篩機(jī)的靜載荷與動(dòng)載荷特性分析

改造后篩機(jī)依舊采用香蕉型篩框結(jié)構(gòu)、直線激振方式，當(dāng)激振器的兩軸連線的中垂線過(guò)振動(dòng)篩的質(zhì)心，兩激振軸反向等速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)保證兩偏心塊質(zhì)量相等時(shí)，根據(jù)自同步原理，待兩偏心塊穩(wěn)定后始終按照?qǐng)D2中(a)(b)(c)(d)的狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。

圖2 偏心塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

取運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的一個(gè)狀態(tài)(圖2)作為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析。

P0=∑m0rω2(1)

x方向上激振力分力：Px=P0cosωt

y方向上激振力分力：Py=P0sinωt

式中，m0為單軸的偏心質(zhì)量，kg；P0為單軸偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的激振力，N；t為軸的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，s；r為偏心質(zhì)量質(zhì)心的回轉(zhuǎn)半徑，m；ω為軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，rad/s。

激振力計(jì)算：

P=MAω2-kyA=A(Mω-ky)

式中，P為激振力，N；A為單振幅，mm。

在上述激振力的計(jì)算公式基礎(chǔ)上，對(duì)改造前后篩機(jī)的靜載荷與動(dòng)載荷進(jìn)行計(jì)算。對(duì)比兩臺(tái)原煤分級(jí)篩對(duì)地基的載荷改造前后變化，以其中一臺(tái)為例，見表1和表2。

表1 改造前后篩機(jī)支撐垂向靜載荷變化

表2 改造前后篩機(jī)支撐垂向動(dòng)載荷的變化

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果原煤分級(jí)篩改造前后篩機(jī)載荷數(shù)據(jù)變化可以看出，改造前后載荷變化在基礎(chǔ)載荷范圍內(nèi)，因此設(shè)備土建基礎(chǔ)不需要進(jìn)行土建加固，現(xiàn)有土建基礎(chǔ)即可滿足改造需求。

3.2 篩機(jī)的處理能力與篩面有效面積核對(duì)

弛張篩的處理量是通過(guò)平均修正法來(lái)計(jì)算的。計(jì)算公式如下：

式中，F(xiàn)為篩面有效面積，m2；Q為處理量，t/h；α為物料中粒度大于篩孔尺寸的含量，%；η為篩分效率；qt為單位面積小時(shí)透篩量，t/(m2·h)；K1，K2……K9為修正系數(shù)。

對(duì)于涼水井原煤分級(jí)篩而言，篩分原煤的表水含量為5.68%，最大給料粒度為200mm，篩分粒度為22mm，給料中小于11mm的物料含量為42%，大于22mm的物料含量為35.54%，篩分效率為90%，經(jīng)查閱弛張篩相關(guān)參數(shù)選型表，當(dāng)處理能力為1200t/h，計(jì)算所需有效篩分面積[15]：

=24.82m2<30.60m2

根據(jù)現(xiàn)有原煤分級(jí)篩型號(hào)判斷篩機(jī)的篩面面積為30.60m2，實(shí)際篩機(jī)的篩分有效面積大于核算的篩面有效面積，并且富有一定余量，因此，在原有篩機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，篩分面積可以滿足處理量的要求。

3.3 改造后對(duì)洗選系統(tǒng)工藝影響分析

根據(jù)現(xiàn)有的煤質(zhì)資料和涼水井選煤廠提供的選煤廠生產(chǎn)情況報(bào)表，統(tǒng)計(jì)繪制了原煤破碎后入洗煤樣的粒度累計(jì)特性曲線以及分級(jí)后的原煤粒度累計(jì)曲線[16]，如圖3所示。

圖3 0～200mm原煤粒度累計(jì)曲線

由0～200mm粒度分布曲線可得：

-0.25mm的產(chǎn)率約為2.5%，-0.5mm的產(chǎn)率為5.71%，-1mm的產(chǎn)率為12.49%，-1.5mm產(chǎn)率為15%，-3mm的產(chǎn)率為20.35%，-4mm的產(chǎn)率為24%，-6mm的產(chǎn)率為31.37%。因此，0～0.25mm的產(chǎn)率為2.5%，0.25～0.5mm的產(chǎn)率為3.21%，0.5～1mm的產(chǎn)率為6.79%，1～1.5mm的產(chǎn)率為2.51%，1.5～3mm的產(chǎn)率為5.35%，3～4mm的產(chǎn)率為3.65%，4～6mm的產(chǎn)率為7.37%。

塊煤分選系統(tǒng)分選下限取值18～25mm時(shí)較合適，脫粉粒度4mm左右較合適，考慮篩分效率后，暫定塊煤分選系統(tǒng)分選下限為22mm，暫定脫粉粒度4mm。生產(chǎn)過(guò)程中，可根據(jù)篩上物含量調(diào)整篩孔尺寸，確保塊煤系統(tǒng)入洗煤量。當(dāng)煤質(zhì)情況發(fā)生變化時(shí)，可根據(jù)實(shí)際的原煤粒度組成和篩分效率，適當(dāng)調(diào)整原煤分級(jí)篩篩孔以滿足塊煤洗選系統(tǒng)的生產(chǎn)能力或使塊煤洗選系統(tǒng)的處理能力飽和。改造后的工藝流程如圖4所示。

圖4 改造后的工藝原則流程圖

從工藝角度出發(fā)，對(duì)原分級(jí)篩綜合處理能力進(jìn)行核算，主要依據(jù)塊煤系統(tǒng)與末煤系統(tǒng)達(dá)到最大處理能力時(shí)，核算原煤分級(jí)環(huán)節(jié)所需的處理能力?，F(xiàn)有系統(tǒng)處理能力1610t/h，篩機(jī)改造后能夠滿足要求。同時(shí)，當(dāng)塊煤系統(tǒng)與末煤系統(tǒng)處理能力分別達(dá)到最大時(shí)，經(jīng)計(jì)算可知，所需原煤分級(jí)篩的處理能力最大為1788t/h，而改造后兩臺(tái)篩機(jī)的綜合處理能力可達(dá)到1800t/h以上，能夠滿足工藝要求。對(duì)于末煤系統(tǒng)，當(dāng)重介質(zhì)旋流器達(dá)到最大處理能力650t/h時(shí)，末煤脫泥篩篩孔尺寸為?1.5mm，濕法篩分效率90%；此時(shí)進(jìn)入末煤系統(tǒng)的塊煤量達(dá)到916t/h，原煤分級(jí)篩22mm分級(jí)所需滿足的處理能力為1566t/h。對(duì)于塊煤系統(tǒng)，當(dāng)重介淺槽分選機(jī)達(dá)到最大處理能力670t/h時(shí)，塊煤脫泥篩篩孔尺寸為?13mm，濕法篩分效率95%；此時(shí)進(jìn)入塊煤系統(tǒng)的塊煤量達(dá)到742t/h，原煤分級(jí)篩22mm分級(jí)所需滿足的處理能力為1788t/h。

3.4 改造后篩機(jī)輔助設(shè)施的技術(shù)要求

1)弛張篩配電要求。改造后的UFDB(SF)3685和UFDB(SF)3673雙層篩，動(dòng)力要求均為55kW，現(xiàn)有的動(dòng)力電纜已經(jīng)可以滿足配電條件，因此，可直接使用原有動(dòng)力電纜，無(wú)需重新鋪設(shè)。

2)弛張篩基礎(chǔ)要求。針對(duì)改造的兩臺(tái)弛張篩，其兩側(cè)支腿間中心距離為4260mm和4280mm，而改造成雙層篩后的支腿中心線的中心距離均為4300mm，可以直接在原有基礎(chǔ)上，改造支腿即可，無(wú)需重新設(shè)計(jì)安裝承重梁。

3)角度滿足空間要求。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，入料溜槽與出料溜槽的空間大小能夠滿足弛張篩的安裝要求，角度合適，安裝空間足夠，入料溜槽與出料溜槽無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模的改動(dòng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

1)原煤分級(jí)篩改造徹底解決了礦井原煤煤質(zhì)變差和產(chǎn)量波動(dòng)時(shí)，因選煤廠原煤篩分效率低，整體處理能力降低，制約礦井正常生產(chǎn)問(wèn)題，屆時(shí)選煤廠原煤篩分綜合處理能力達(dá)1800t/h。

2)改造后原煤分級(jí)篩篩分效率達(dá)到90%以上，可以減少因原煤煤質(zhì)波動(dòng)、入洗量、粒度組成因素對(duì)選煤廠生產(chǎn)造成的影響，提高原煤篩分系統(tǒng)工藝靈活性，保證塊煤系統(tǒng)和末煤系統(tǒng)均衡生產(chǎn)，可最大限度發(fā)揮選煤廠的洗選能力。

3)原煤分級(jí)篩的改造減少了細(xì)顆粒進(jìn)入塊煤洗選系統(tǒng)，提高了重介淺槽分選機(jī)塊煤分選效果和塊煤產(chǎn)品質(zhì)量。

4)原煤分級(jí)篩改造后，選煤廠整體煤泥量有所降低，減少的煤泥轉(zhuǎn)化為商品原煤進(jìn)行銷售，為企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整創(chuàng)造條件，提高了產(chǎn)品市場(chǎng)適應(yīng)性，可增加企業(yè)收益。