涼水井煤礦選煤廠原煤分級篩改造研究

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有限責任公司，為礦井型選煤廠，設計生產能力為8.00Mt/a。現有生產工藝為：原煤經過22mm分級(采用兩臺單層分級篩)，200～22mm塊煤采用重介淺槽分選，-22mm經4mm脫粉，22～4mm經1.5mm脫泥篩脫泥后采用兩產品有壓旋流器分選，-4mm粉原煤直接作為產品銷售，1.5～0.25mm采用粗煤泥螺旋分選機分選，-0.25mm煤泥經濃縮+壓濾回收，煤泥水閉路循環[1]。

1 存在主要問題及改造的必要性

隨著礦井機械化開采水平的提高，原煤中細顆粒物料占比和水分有所升高，導致原煤篩分時，物料經常堵塞原煤分級篩的篩孔、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，系統原煤整體處理能力降低，導致大量末煤未有效透篩而進入塊煤系統，嚴重影響了塊煤系統入洗原煤的質量。塊煤分選精度差，煤泥水系統負荷重，塊煤、末煤洗選系統不平衡等問題，使選煤廠生產系統整體處理能力降低，同時影響礦井的正常生產。為了使選煤廠現有生產工藝滿足煤質變化需求，保證礦井及選煤廠的正常生產，需要對原分級篩進行技術改造。原煤分級篩改造是解決礦井與選煤廠生產矛盾、優化洗選工藝系統的關鍵所在，符合礦井生產實際，也是當下迫在眉睫的問題。

2 改造方案設計

2.1 設備方案

彈性篩分可以利用篩面自身的彈性振動，使篩面獲得較大能量，同時篩孔產生變形，強化粘濕物料的松散，促進粒群分層透篩，可以有效解決原煤篩分現存問題。目前具有代表性的彈性篩分設備主要有琴弦篩、彈性桿篩、弛張篩。

琴弦篩在實際應用中由于篩絲處于強力拉緊狀態，琴弦篩網的強度不夠，壽命短，使用成本高，生產維護工作量繁重，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過程中易磨損[4]。

弛張篩篩網由可伸縮的聚氨酯彈性體材料制成，工作時篩網被交替拉緊、松弛，彈性篩面產生撓曲運動，用于處理難篩物料時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，現場經常需要更換篩面，且當入料量較大時，大量細粒物料無法直接透過篩孔，嚴重影響篩分作業。針對礦井原煤實際粒度情況，增加弛張篩面的使用壽命采用雙層分級篩，第一層篩面用于傳統固定篩分，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題。在提高篩分效率和綜合處理能力的同時，能夠延長篩面的使用壽命，降低篩面更換頻率[11-14]。

2.2 改造內容

本次技術改造對象為1臺規格為3685型單層原煤分級篩和1臺規格3673型的單層原煤分級篩，均改造成兩臺相同規格的雙層弛張篩，改造后弛張篩如圖1所示。具體主要改造內容如下：

圖1 改造后弛張篩

1)對現有分級篩的篩機側板改造，滿足下層弛張篩框、入料端等部件安裝及篩分工藝要求。利用現有篩機，在側板下面鉆制一排新孔，側板最下側角鋼拆除；新制弛張篩部分，側板上側有三排孔和垂向角鋼，將與現有篩機把合；修改現有篩機入料端的彈簧，移動彈簧座。

2)改造現有原煤分級篩激振動力，調整現有原煤分級篩的4臺(DF501和DF601各兩臺)激振器，滿足雙層原煤分級篩設備重量、激振幅度、激振頻率等技術參數對激振動力要求。

3)原煤分級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增強原煤落料點抗砸性；下層采用弛張篩面，厚度大于6mm，保持現有篩板安裝方式，提高篩板耐久性，篩板使用壽命大于3個月。

4)雙層原煤分級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，同時在原煤分級篩出料端溜槽可以實現出料可調可控，滿足塊、末洗選系統生產調節。

3 改造可行性分析

3.1 改造后篩機的靜載荷與動載荷特性分析

改造后篩機依舊采用香蕉型篩框結構、直線激振方式，當激振器的兩軸連線的中垂線過振動篩的質心，兩激振軸反向等速旋轉，同時保證兩偏心塊質量相等時，根據自同步原理，待兩偏心塊穩定后始終按照圖2中(a)(b)(c)(d)的狀態運動。

圖2 偏心塊運動狀態

取運動過程中的一個狀態(圖2)作為研究對象，進行受力分析。

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為單軸的偏心質量，kg；P0為單軸偏心質量所產生的激振力，N；t為軸的轉動時間，s；r為偏心質量質心的回轉半徑，m；ω為軸的轉動角速度，rad/s。

激振力計算：

P=MAω2-kyA=A(Mω-ky)

式中，P為激振力，N；A為單振幅，mm。

在上述激振力的計算公式基礎上，對改造前后篩機的靜載荷與動載荷進行計算。對比兩臺原煤分級篩對地基的載荷改造前后變化，以其中一臺為例，見表1和表2。

表1 改造前后篩機支撐垂向靜載荷變化

表2 改造前后篩機支撐垂向動載荷的變化

根據上述計算結果原煤分級篩改造前后篩機載荷數據變化可以看出，改造前后載荷變化在基礎載荷范圍內，因此設備土建基礎不需要進行土建加固，現有土建基礎即可滿足改造需求。

3.2 篩機的處理能力與篩面有效面積核對

弛張篩的處理量是通過平均修正法來計算的。計算公式如下：

式中，F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為單位面積小時透篩量，t/(m2·h)；K1，K2……K9為修正系數。

對于涼水井原煤分級篩而言，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%，經查閱弛張篩相關參數選型表，當處理能力為1200t/h，計算所需有效篩分面積[15]：

=24.82m2<30.60m2

根據現有原煤分級篩型號判斷篩機的篩面面積為30.60m2，實際篩機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，在原有篩機的基礎上進行改造，篩分面積可以滿足處理量的要求。

3.3 改造后對洗選系統工藝影響分析

根據現有的煤質資料和涼水井選煤廠提供的選煤廠生產情況報表，統計繪制了原煤破碎后入洗煤樣的粒度累計特性曲線以及分級后的原煤粒度累計曲線[16]，如圖3所示。

圖3 0～200mm原煤粒度累計曲線

由0～200mm粒度分布曲線可得：

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

塊煤分選系統分選下限取值18～25mm時較合適，脫粉粒度4mm左右較合適，考慮篩分效率后，暫定塊煤分選系統分選下限為22mm，暫定脫粉粒度4mm。生產過程中，可根據篩上物含量調整篩孔尺寸，確保塊煤系統入洗煤量。當煤質情況發生變化時，可根據實際的原煤粒度組成和篩分效率，適當調整原煤分級篩篩孔以滿足塊煤洗選系統的生產能力或使塊煤洗選系統的處理能力飽和。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，對原分級篩綜合處理能力進行核算，主要依據塊煤系統與末煤系統達到最大處理能力時，核算原煤分級環節所需的處理能力。現有系統處理能力1610t/h，篩機改造后能夠滿足要求。同時，當塊煤系統與末煤系統處理能力分別達到最大時，經計算可知，所需原煤分級篩的處理能力最大為1788t/h，而改造后兩臺篩機的綜合處理能力可達到1800t/h以上，能夠滿足工藝要求。對于末煤系統，當重介質旋流器達到最大處理能力650t/h時，末煤脫泥篩篩孔尺寸為?1.5mm，濕法篩分效率90%；此時進入末煤系統的塊煤量達到916t/h，原煤分級篩22mm分級所需滿足的處理能力為1566t/h。對于塊煤系統，當重介淺槽分選機達到最大處理能力670t/h時，塊煤脫泥篩篩孔尺寸為?13mm，濕法篩分效率95%；此時進入塊煤系統的塊煤量達到742t/h，原煤分級篩22mm分級所需滿足的處理能力為1788t/h。

3.4 改造后篩機輔助設施的技術要求

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

2)弛張篩基礎要求。針對改造的兩臺弛張篩，其兩側支腿間中心距離為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上，改造支腿即可，無需重新設計安裝承重梁。

3)角度滿足空間要求。經過現場測量，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需進行大規模的改動。

4 結 語

1)原煤分級篩改造徹底解決了礦井原煤煤質變差和產量波動時，因選煤廠原煤篩分效率低，整體處理能力降低，制約礦井正常生產問題，屆時選煤廠原煤篩分綜合處理能力達1800t/h。

2)改造后原煤分級篩篩分效率達到90%以上，可以減少因原煤煤質波動、入洗量、粒度組成因素對選煤廠生產造成的影響，提高原煤篩分系統工藝靈活性，保證塊煤系統和末煤系統均衡生產，可最大限度發揮選煤廠的洗選能力。

3)原煤分級篩的改造減少了細顆粒進入塊煤洗選系統，提高了重介淺槽分選機塊煤分選效果和塊煤產品質量。

4)原煤分級篩改造后，選煤廠整體煤泥量有所降低，減少的煤泥轉化為商品原煤進行銷售，為企業產品結構調整創造條件，提高了產品市場適應性，可增加企業收益。