成莊礦提高塊煤產率技術的探索和應用

司曉鵬

(山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司 成莊礦，山西 晉城 048000)

山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司(以下簡稱晉煤集團)是全國最大的無煙塊煤生產企業，洗塊煤是晉煤集團主要的效益產品，但晉煤集團各礦井在設計時很少考慮降低塊煤破碎、提高塊煤產率的措施，因此，降低各環節塊煤破碎、提高工作面塊煤產率，一直是晉煤集團所屬各礦在生產中不斷探索研究的內容，圍繞如何提高塊煤產率而研發的各種新技術也是層出不窮，成莊礦是晉煤集團下屬的主力礦井，文章介紹了成莊礦在采煤和井下運輸各環節所采取的降低塊煤破碎、提高塊煤產率的技術措施，以期為其他類似企業生產提供借鑒。

1 優化綜采工作面的生產設備與工藝，提高塊煤產率

伴隨機械化采煤效率的不斷提高，工作面毛煤的塊煤產率卻不斷降低，而提高采煤工作面塊煤產率是保證商品煤塊煤量的首要環節[1-3]。在煤體原生硬度、節理、裂隙相對穩定的條件下，研究采煤機切割對煤炭塊煤產率的影響是提高工作面塊煤產率的主要手段，成莊礦經過多年的實踐，選擇了適合該礦煤炭特點的生產設備與工藝，使工作面的塊煤產率由55.54%提高到57.34%。

1.1 選擇合適的采煤機滾筒轉速

采煤機滾筒轉速與塊煤產率密切相關。研究證明，在相同的條件下，當滾筒轉速低時，塊煤產率提高，但同時也帶來一定的副作用，隨著轉速降低，又會使割煤效果下降，增加截割功率，易出現滾筒堵塞現象，影響生產[4-6]。成莊礦經過多方調研與實踐，在確立采煤機型號為MG450/1020-WD的基礎上，確定了適合成莊礦井下煤質特點的采煤機滾筒轉速為32 r/min，既減少了塊損，又保證了生產能力。

1.2 改變滾筒旋轉方向

成莊礦原采煤機兩滾筒布置方式不統一，有前順后逆和前逆后順兩種布置方式，經實踐后，發現當采用前順后逆方式時，前滾筒截煤量大于后滾筒，后滾筒裝煤量大于前滾筒，這時煤塊不易破碎，且前滾筒不向司機甩煤，粉塵也少，最后統一改為前順后逆的布置方式[7-8]。

1.3 改變割煤工藝

采煤機割煤方式改為先割頂刀后割底刀后，有利于提高塊煤產率，同時還有利于及時支護頂板，不產生傘檐，防止片幫砸傷人員和砸損設備，另外還避免了二次空刀掃浮煤使煤體重復破碎。

2 降低毛煤運輸轉載環節塊煤破碎率的改造

井下運輸各環節，設計時，全部采用傳統溜槽進行轉載，成莊礦為了提高塊煤產率，進行了不同類型的改造。毛煤破碎后，經過轉載溜槽和帶式輸送機到達井下煤倉上口，由于倉口距離工作面遠近不一，所經環節不盡相同，最少的需要經過兩條運輸大巷帶式輸送機，多的要經過七條以上的帶式輸送機轉載。經測算，毛煤從采煤工作面運輸到井下煤倉入口，塊煤損失率平均達到7個百分點以上，經過對溜槽改造后，使井下煤倉入倉時塊率平均由50.64%提高到53.69%。

2.1 螺旋溜槽

對于長期性的或使用期限比較長的輸煤溜槽，盡可能采用螺旋溜槽，并采用耐磨陶瓷或耐磨橡膠作為內襯材料，使毛煤進入溜槽后既能沿著溜槽內壁滑行至轉載帶式輸送機，又減緩了毛煤對溜槽的沖撞，改為螺旋溜槽后，明顯降低了毛煤的破碎率，從而提高了經濟效益[9-10]。

2.2 煤墊

對于未使用螺旋溜槽的轉載環節，在條件許可的情況下，能增加煤墊的溜槽盡可能的在溜槽內適當位置增加煤墊，使煤盡可能多的與溜槽內的煤墊相碰撞，從而達到防碎的目的。

煤墊的設置主要有以下五種形式：一是對傾角較大的溜槽，在溜槽中、下端增設三角形緩沖減速斗，減緩煤的運行速度，如圖1(a)所示；二是對傾角較大的變向溜槽在變向處加設三角形緩沖斗，以減小煤在溜槽中的沖擊、碰撞、摩擦速度，如圖1(b)所示；三是對先垂直降落后變向降落的溜槽在變向處垂直溜槽的下方，增設一梯形緩沖斗，使垂直降落的煤在變向處由“硬著陸”變為“軟著陸”，以減小跌落破碎，如圖1(c)所示；四是在膠帶輸送機機頭物料拋射方向的溜槽側壁，加三角形緩沖斗，減緩和避免煤與溜槽壁直接碰撞，如圖1(d)所示; 五是在帶式輸送機的機尾入料溜槽，增加平底，減小下滑速度，以減小降落到膠帶上的塊煤相互碰撞而產生的塊煤破碎，如圖1(e)所示。

圖1 各種溜槽中煤墊設置示意圖

2.3 V形溜槽

成莊礦井下原溜槽采用傳統的簸箕形溜槽結構，易卡堵，且沖擊大，還易造成塊煤破碎，而且在落入下一環節設備上時，煤之間的互相沖擊造成煤的二次破碎，成莊礦經多次實踐試用，改用V形溜槽。溜槽采用無幫板開放式設計，兩翼底板呈V形，夾角120°，底板具有很好的向心導順性能，條狀物料縱向滑落，大塊煤與矸石無處可卡；溜槽采用高位接煤，避免了煤流對底板的沖擊，使得毛煤塊煤損失率大幅降低；煤流從上級皮帶卸料后，在著槽時形成下層為末，上層為塊的狀態，可以有效的保護皮帶免受砸傷。

3 井下煤倉增設外螺旋溜槽

為減少塊煤跌落破碎，成莊礦曾在井下煤倉安裝內螺旋溜槽，但在使用過程中，由于溜槽是吊于煤倉中間，在煤倉進煤開始和結束時，內螺旋溜槽受到的不平衡載荷很大，同時，當煤倉放煤時，內螺旋溜槽正好位于煤倉出煤口的上方，影響煤倉內煤流的運動，內螺旋溜槽受到的動壓非常大，受這些不利因素影響，內螺旋溜槽多次整體垮塌，在拆除修整期間采用控制倉位的臨時辦法，不但降低了煤倉有效容積，而且影響了減少塊煤破碎的效果。

經多方考察與調研，成莊礦完成了在井下煤倉內增設外螺旋溜槽的改造，有效降低了塊煤破碎損失。溜槽分為直溜槽、非標準段螺旋溜槽和標準段螺旋溜槽三部分，上一環節來煤先落在直溜槽段，直溜槽的形式為：由寬變窄逐漸收縮的直斜板，該段對煤流進行加速并將其導入非標準段螺旋溜槽，然后該段按一定角度繼續對煤流進行加速，并不斷改變煤流的方向，使煤流能夠以預定的速度進入標準段螺旋溜槽，在標準段螺旋溜槽段，煤流在各種力的共同作用下基本以恒定速度平穩運行，它的運動軌跡為一圓柱螺旋線，煤流通過標準段螺旋溜槽滑入煤倉底部，逐漸灌滿煤倉。

通過這些技術的應用，進入成莊礦選煤廠的毛煤平均塊煤產率由10年前的45.64%提高到去年的50.59%，提高了4.95個百分點。

4 效益分析

經過多年的生產實踐，在提高工作面塊煤產率和降低井下運輸轉載各環節塊率損失方面，成莊礦已經形成了自己的一套獨特的解決方案。這些技術的應用，使成莊毛煤塊煤率提高了4.95個百分點，按成莊礦2017年原煤產量1 072萬噸、洗塊煤噸煤價763元、末煤噸煤價424元、塊煤在選煤廠綜合損失20%(含破碎機及各環節轉載的損失，一般毛煤塊煤率為50%左右，通過商品煤折算的塊煤率在40%左右)、洗塊煤等70%計算，產生的經濟效益為1 072×4.95%×80%×(763×70%-424)=4 674萬元，提高塊煤產率的措施給成莊礦帶來了顯著的經濟效益。