限流均勻出礦上料裝置的設計與應用

王永順，胡 彬

中煤第七十一工程處有限責任公司 安徽宿州 234000

采 用房柱式開采的礦井，井下各采掘點采出的礦通過梭車或膠輪車轉運至帶式輸送機，集中運至井下礦倉或地面。1 臺帶式輸送機通常擔負多個采掘面的礦石運輸，由于梭車、膠輪車上的礦不均勻、不連續，經常出現不同采掘面出礦峰值相互疊加，造成撒礦、輸送帶跑偏、過負荷等情況，導致帶式輸送機出現故障，影響整個出礦系統的正常運轉。因此，確定出礦上料裝置的結構形式和參數設計，達到限流均勻出礦、出礦系統正常運轉的目的，具有非常重要的現實意義。

1 上料裝置的結構組成

上料裝置安裝在帶式輸送機的縱梁桿上，如圖 1所示。帶式輸送機連桿上固定豎桿，連桿兩側焊接擋板。兩側鋼板底部距離輸送帶 100 mm，內側固定輸送帶與底部運礦輸送帶上表面接實封嚴，防止擋板兩側漏礦，輸送帶后側底部割半徑 50 mm、90°圓角，防止運行中的輸送帶刮接頭處卡扣。在輸送帶運行方向焊接或安裝 6 mm 厚鋼板，封堵上料裝置前部，鋼板底部距離輸送帶 50 mm，防止運行中的輸送帶刮接頭處卡扣，在輸送帶中下部留出適當尺寸的出礦洞口。上料裝置的豎桿及中部支撐桿均采用?80 mm 鋼管焊制。上部篦子距離上料裝置上沿 200 mm，防止撒礦。上料裝置縱向長度要適當，在出礦時，具有一定的儲礦緩沖能力。

圖1 出礦上料裝置結構示意

考慮到上料裝置后方采掘面出礦需要，在上料裝置兩側擋板后部各焊接一塊扇形外展擋板，扇形外展擋板高度為 300 mm，兩側各伸出輸送帶 100 mm 以上，與擋板延伸的水平夾角不大于 45°，確保后方采掘面的出礦全部進入料斗。扇形外展擋板底部距離輸送帶 100 mm，內側固定輸送帶與擋板和底部運礦輸送帶的上表面接實封嚴，防止漏礦、撒礦。

2 主要參數設計計算

限流均勻出礦上料裝置的設計計算主要考慮 3 個參數，即出礦閘門開口尺寸、上料裝置容積和篦子孔徑。筆者以老撾開元礦業上料裝置為例，說明鉀鹽礦上料裝置的設計過程和各參數的確定方法。老撾開元礦業每天正常生產 16 h，日出礦量最高為 3 672 t，月出礦量最高為 81 425 t，梭車每個循環耗時約 5 min、運礦 20 t。

2.1 出礦閘門開口尺寸的確定

上料裝置出礦過程中，如果閘門開口過大，帶式輸送機的礦流量就大，不同采掘面出礦峰值相互疊加，將造成撒礦、輸送帶跑偏、過負荷等情況，影響整個出礦系統的正常運轉；如果出礦閘門開口過小，上料裝置的出礦量小，影響采掘面正常生產。因此，在出礦閘門開口尺寸的設計過程中，要充分考慮生產要求以確定合理的出礦速度。為防止正常生產時大礦塊卡堵出礦閘門影響生產，結合現場實際情況，出礦閘門開口寬度設計為 300 mm；為保證梭車連續作業，梭車要在下一個循環梭車到來前將礦物全部運完[1]。出礦閘門高度

式中：k 為鉀鹽礦碎脹系數，取 1.5；G1為梭車每個循環的運礦量，取 20 t；d 為閘門寬度，取 0.4 m；v 為帶式輸送機運行速度，取 2 m/s；ρ為鉀鹽礦密度，取1.66 t/m3；t 為梭車每個循環的耗時，取 300 s。

單個連采隊的日產量最高按 3 672 t 計算出礦閘門高度

式中：G2為單個連采隊最高日產量，取 3 672 t；k1為正規循環率，取 85%；t1為每天生產時間，取 16× 3 600 s。

計算出所需閘門高度 h= 0.113 m。為防止大礦塊卡堵出礦閘門，結合采掘隊出礦需要，出礦閘門高度設計為 300 mm，則出礦閘門每天的實際出礦能力

通過以上計算，取 h＝d＝0.3 m，出礦閘門的通過能力 Q＝0.2 t/s，能滿足 2 個連采隊和 3 個掘進隊同時出礦的需要。

2.2 上料裝置容積的確定

上料裝置的容積確定主要考慮 2 個采掘面出礦疊加時，充分利用上料裝置的儲礦緩沖能力，將相互疊加的峰值礦流變為均勻的礦流，從而有效避免撒礦、輸送帶跑偏、帶式輸送機過負荷等情況。以產能最高的 2 個連采隊出礦峰值疊加為例，與梭車配套轉載破碎機的運礦能力為 400 t/h，梭車每個循環運礦 20 t，每個循環梭車運送的礦石全部通過轉載破碎機耗時 3 min。上料裝置的容積[2]

式中：Q1為轉載破碎機的運礦能力，取 400 t/h；t2為每個循環轉載破碎機的運礦耗時，取 180 s。

得出所需上料斗容積為 3.6 m3，從而得出所需上料裝置長度為 2.857 m，取 2.9 m。

2.3 篦子孔徑的確定

為了有效防止大礦塊進入上料裝置，堵塞出礦閘門，影響生產，上料斗篦子孔徑初步設計為 250 mm×250 mm，用?20 mm 螺紋鋼焊接而成。為避免篦子孔徑過小，漏礦速度慢，影響正常出礦。現場先按孔徑 250 mm×250 mm 試用，若出現漏礦、速度慢影響正常出礦的情況，及時調整；將孔徑調整至280 mm×280 mm，若仍出現漏礦、速度慢影響正常出礦的情況，則調整至300 mm×300 mm，焊接固定；若孔徑調整至280 mm×280 mm 后，漏礦速度能滿足正常出礦需要，則最終按照 280 mm×280 mm 焊接固定；若首次按孔徑 250 mm×250 mm 漏礦速度能滿足正常出礦需要，則最終按照 250 mm×250 mm 焊接固定。通過反復試驗，在保證正常出礦的情況下，篦子的孔徑要盡可能小，避免大礦塊堵塞出礦閘門。經過大量試驗，老撾開元礦業出礦上料裝置連采隊最佳篦子孔徑為 260 mm×260 mm，掘進隊最佳篦子孔徑為 280 mm×280 mm。

3 應用情況

目前，該限流均勻出礦上料裝置在老撾開元礦業已得到成功應用，在井下 9 個采掘隊的出礦地點使用后，避免了因礦不均勻造成的撒礦、淤礦掩埋帶式輸送機機尾現象，解決了多個采掘隊同時出礦導致帶式輸送機故障頻發、不能正常運轉的難題，減少了工作量，實現了均衡連續生產的目的，礦井原礦產量穩步提高。現場安裝情況如圖 2 所示。篦子距離上料裝置上沿 200 mm，直接嵌入上料裝置，有效避免了篦子受沖擊移位、損壞現象的發生，同時能減少撒礦，降低了工作量。上料裝置上部篦子孔徑為 280 mm×280 mm，不僅阻止了粒度過大礦塊進入篦子下方，造成上料裝置出礦洞口卡堵，而且能夠降低漏礦速度，充分利用上料裝置的儲礦能力。上料裝置長為 2.9 m，比裝載機鏟斗寬度大 0.5 m，能有效防止上礦時撒礦，同時保證上料裝置有足夠的容積，在實現限流均勻出礦的同時，不影響裝載機正常上礦，確保生產效率的穩定。老撾開元礦業成功應用限流均勻出礦上料裝置后，礦井月產量由原來的 25 萬 t 左右提高到 30萬 t 以上，每年為礦井創造經濟效益 1 800 多萬元，取得了良好的經濟和社會效益。

圖2 現場安裝情況

4 結語

通過對出礦上料裝置的分析，對出礦閘門的尺寸、上料裝置的容積和篦子孔徑主要參數進行了設計計算，制作了限流均勻出礦上料裝置。在老撾開元礦業現場的應用表明，限流均勻出礦上料裝置具有一定的儲礦緩沖能力，實現不撒礦、均勻出礦，防止帶式輸送機過負荷。該裝置加工制作簡單，在原來的上料擋板的基礎上進行適當改造即可實現，制作方便，安全實用。該裝置提高了生產效率，減少了人工工作量，保障了帶式輸送機運礦系統的連續可靠運轉。該裝置安裝、挪移方便，上礦地點變換后，僅需稍作調整，便可多次重復使用。同時，該裝置可廣泛應用于采用帶式輸送機出礦的礦山，通過安裝在帶式輸送機的上料點處，實現勻速出礦的目的，保障帶式輸送機穩定可靠運轉，達到穩產高產、提高效益的目的。