特定情況下防砸溜槽的設計

程翔銳，周 雪，張守明，郭海河，徐 徐，陳小兵

（1.北京國華科技集團有限公司，北京 101300；2.新疆寶明礦業有限公司，新疆昌吉 8317001；3.唐山國華科技國際工程有限公司，河北唐山 063020）

1 概 述

選煤廠的各類溜槽是機械設備或構筑物相互銜接輸送物料極為重要的非標準件。在選煤廠工程設計時，當工藝流程、設備選型及布置已合理確定后，溜槽的實用性就越發顯得重要，俗話說“細節”決定成敗，溜槽就是選煤廠的 “細節”，對其設計是否合理，不但決定著物料輸送是否流暢，而且所產生的撞擊力直接影響溜槽的使用壽命和噪聲，即全廠維護、檢修的繁重程度和工作環境的好壞。

北京國華科技集團有限公司（以下簡稱國華科技）承擔設計和調試的新疆寶明礦業有限公司的油頁巖選礦廠（以下簡稱寶明選礦廠），是世界上第一座特大型重介旋流器技術分選油頁巖的選礦廠（為兩個規模均為20.00 Mt／a的選礦廠），入選原料為含大量脈石的油頁巖，主要通過排除脈石以提高油頁巖的品味。原礦石平均密度在2.4×103kg／m3以上，摩氏硬度為6.0以上，其堅硬程度遠高于煤炭。雖然在工程設計時考慮到了這種情況，但在實際生產中棱角分明的礦石對設備和溜槽的沖砸所產生的磨損特別嚴重，超出了設計者原先的估計，造成選礦廠的維修工作量巨大，甚至直接影響了正常生產。因此對現場的部分溜槽重新設計改進就成為該廠生產調試的中心任務。對此，國華科技采用了 “以砸治砸”的逆向思維，以 “料砸料”的方式來改進溜槽結構。

2 膠帶輸送機機頭溜槽

進入主廠房的原礦入選膠帶輸送機共2臺，其規格型號相同，帶寬B=1400 mm，帶速V=2.5 m／s，機頭滾筒直徑φ=1.00 m，機頭膠帶傾角α=9°。該輸送機原有機頭溜槽如圖1所示。

圖1 原有機頭溜槽示意

從生產中可以觀察到輸送機機頭膠帶上的物料按拋物線運動軌跡砸向溜槽的迎面板，致使其很快砸漏，并且部分撞擊物料遭到迎面反彈，從機頭滾筒下方沖出，形成了堆積物，大大增加了溜槽的維修量和清掃工作量。

研究者曾對膠帶輸送機機頭卸料軌跡進行分析，膠帶速度V的大小決定了不同的運動軌跡，其臨界值：

式中：α——輸送機機頭膠帶傾角，（°）；

D——機頭滾筒直徑，m；

g——重力加速度， m／s。

按此式計算該選礦廠的原礦入選膠帶輸送機的臨界值V0=2.20 m／s。

當帶速V較慢，小于臨界值時（即V＜V0），卸料軌跡如圖2所示。物料在膠帶與滾筒相接處（A點）的速度不足以使物料被拋出，而是與膠帶一起沿滾筒表面做勻速圓周運動，直至B點（β滿足才與膠帶脫離。以物料與膠帶的分離點B為原點，水平方向為X軸，豎直方向為Y軸，其卸料軌跡方程式為：

式中：β——物料與膠帶的分離點B點與滾筒中心連線與豎直方向的夾角。

圖2 帶式輸送機機頭卸料軌跡示意

當帶速V較快，大于臨界值時（即V＞V0），卸料軌跡如圖3所示。物料在輸送帶與滾筒相切處（A點）便被拋出，按斜拋運動軌跡脫離輸送帶。以物料與輸送帶的分離點A為原點，水平方向為X軸，豎直方向為Y軸，其卸料軌跡方程式為：

寶明選礦廠入選膠帶輸送機帶速已超過臨界值，所以對機頭溜槽結構進行了改進，全新設計增設了緩沖臺，如圖4所示。

圖3 帶式輸送機機頭卸料軌跡示意

圖4 改進后的機頭溜槽示意

物料首先在緩沖臺上形成堆積層，并通過料砸料的方式避免緩沖臺和迎面板沖擊磨損，同時降低物料下落速度，減緩下部溜槽的沖擊，也相應減輕了迎面板對物料的反彈，機頭清掃工作量隨之減少。

機頭溜槽增設緩沖臺的關鍵，首先是根據物料在膠帶上的厚度來確定整個拋出斷面的尺寸，然后根據式（3），計算出物料的運動軌跡。

物料在下落的過程中，由于受到重力加速度的影響，致使物料的截面積減小，主要表現在料層的厚度減薄。為了留有余地，設計溜槽緩沖臺時，仍按照物料下落過程中的厚度不變來考慮。

3 脈石脫介篩篩前溜槽

寶明選礦廠共有DBB3661型脈石脫介篩24臺，篩前溜槽入口寬度600 mm，長度3800 mm，如圖5所示。

從圖5可以看出，脫介篩的篩上物給入篩前溜槽后，部分物料直接落在緩沖臺上，部分物料直接落在斜底板上。由于落差較大，造成斜底板和緩沖臺磨損嚴重。根據實際情況對原有溜槽進行改進，如圖6所示。

圖5 改進前的脈石脫介篩篩前溜槽示意

圖6 改進后的脈石脫介篩篩前溜槽

（1）在篩前溜槽出料口正上方增加鋼板槽，使物料堆積于上方，通過料砸料的方式降低物料的下落速度，減輕對下方底板的沖擊；

（2）下方緩沖臺下沉100 mm，使物料能堆積在緩沖臺上，減輕緩沖臺與出口接縫處的磨損；

（3）在斜底板上增加臺階，使部分物料能堆積在側板上，形成料砸料的條件，減少物料對底板的沖擊磨損。

對該溜槽改進的關鍵是根據實測來確定物料的運動安息角，以保證物料能順暢流動。

4 脈石脫介篩給料箱

該選礦廠的脈石脫介篩給料箱入料管如圖7所示。由于原礦破碎機磨損嚴重，致使破碎粒度上限增大，管道三通處容易堵塞。為了解決管道堵塞問題，將主管道直接接入給料箱，雖然解決了管道堵塞問題，但造成管道出口處的給料箱側板和底板磨損嚴重，特別是底板很容易磨穿。為了進一步解決磨損問題，對溜槽進行了改進，如圖8所示。

圖7 改進前的脈石脫介篩給料箱及入料管道示意

圖8 改進后的脈石脫介篩給料箱及入料管道示意

對原有給料箱及管道改進如下：① 將入料主管直接進入給料箱，避免管道的堵塞問題；②在管道出口處的給料箱內制作一個緩沖箱，再在距緩沖箱底板一定距離的上方兩側開設出料口，減輕由于脈石和介質對底板的直接沖擊造成的磨損，并且達到分料的目的；③ 如果給料箱寬度方向上空間受限，則可以在緩沖箱內側板上增加耐磨格柵板，如果寬度方向上空間允許，則可加寬緩沖箱，減輕側板的磨損。

另外，為了保證緩沖箱內能夠存料，需要根據沖擊力的大小確定緩沖箱的深度；為了保證物料不在管道口堵塞，在空間允許的情況下盡量提高緩沖箱兩側的開孔。

5 脈石集料箱

該廠無壓給料三產品重介質旋流器的二段旋流器脈石集料箱磨損較為嚴重，主要磨損部位為集料箱的分隔板、前室底板和側板。主要原因是脈石從二段旋流器底流口排出時，在旋流器剩余壓力的作用下，以螺旋擴大狀的形態分散開來，由于集料箱前室的空間較小，脈石沖擊到鋼板的動量較大，造成鋼板磨損嚴重。為了減輕集料箱前室的磨損，對脈石集料箱進行了改進，改進前后的集料箱如圖9和圖10所示。

圖9 改進前的脈石集料箱示意

圖10 改進后的脈石集料箱示意

對原有脈石給料箱的改進如下：① 整體加寬脈石給料箱前室，縮短二段旋流器底流連接管，增加管道出口與分隔板的距離，減輕脈石對分隔板的沖擊和磨損；②將脈石集料箱前室長度方向兩側加寬，消除部分脈石的沖擊力，同時該部分空間可以堆積物料，使其形成料砸料的空間，減輕側板磨損；③脈石給料箱前室的底板下沉，使物料能堆積在該部位，形成料砸料的空間，減輕底板的磨損。

6 結 語

為解決新疆寶明油頁巖選礦廠投產以來設備非標件、管道的磨損問題，國華科技將溜槽進行了重新設計，改進為防砸溜槽。本文所介紹的4個實例，源自于采用創新型 “以砸治砸”的逆向思維，以 “料砸料”的方式避免或減少物料與溜槽相關部位鋼板的直接接觸，解決了磨損難題，取得了良好的效果。結構改進后溜槽的具體尺寸還需在現場長期考察，以決定是否還需作必要的調整。

設計世界上第一座特大型油頁巖選礦廠是一件新事物，尚有很多磨損問題需要通過生產實踐來解決。針對煤炭行業的很多選煤廠溜槽而言，也可以根據生產實際采用 “以砸治砸”的逆向思維，以 “料砸料”的方式解決溜槽磨損問題。