輸煤系統凍粘及揚塵問題的預防和處理措施

劉 杰，劉 超，于美微，張理航

（1.山東礦機集團股份有限公司，山東濰坊 262400；2.山東礦機華信智能科技有限公司，山東青島 266000）

0 引言

我國東北、內蒙、新疆等北方嚴寒地區的露天礦帶式輸送機輸煤系統，在冬季最低氣溫可達-40 ℃，如果煤質含有一定水份，煤與膠帶表面會凍粘在一起，當膠帶工作面粘附物料后，不僅輸送機的運行阻力和運行功率增大，而且回程膠帶的沾料會在沿線灑落，造成污染。遼寧工程技術大學對煤凍粘問題的機理進行了深入研究，在嚴寒之下含水分煤凝結所形成的煤泥冰與膠帶基體表面充分接觸，煤粒度越小，溫度越低，煤泥冰與膠帶表面的凍結粘附強度就越大，這是膠帶上的凍粘物料難以清除的根本原因。

凍粘問題長期存在于我國北方露天煤礦帶式輸送機系統中，從現場調研和資料中可以看出，凍粘問題主要存在于帶式輸送機膠帶的工作面、滾筒的外表面和落料斗的內表面等與物料接觸的部位，以下針對膠帶的凍粘及揚塵問題的預防和處理措施進行說明。

1 凍粘問題的解決措施

1.1 噴灑防凍液

在膠帶工作面噴灑防凍液，已在內蒙、新疆等露天煤礦廣泛使用，有效地解決了膠帶表面煤的凍結問題。根據當時當地的室外氣溫，在膠帶表面均勻噴灑一定濃度的防凍液，最常使用的是10%～30%質量濃度的氯化鈣水溶液。其防凍粘的原理是利用不同濃度的氯化鈣水溶液凝固點不同（圖1），當水溶液噴灑在膠帶表面后會形成一層防凍隔離層，阻斷煤泥與膠帶的潤濕表面接觸，使得煤泥不會與膠帶粘結。

圖1 氯化鈣水溶液物理特性

在輸送系統設置溫度、流量等傳感器，可通過電氣控制系統對防凍液的濃度和用量進行計算。從使用效果來看，氯化鈣水溶液防凍粘的效果顯著，但其成本較高，還會對膠帶造成一定的腐蝕，降低膠帶的使用壽命。在實際使用中可以添加緩蝕劑，減緩氯化鈣水溶液對膠帶的腐蝕。另外，膠帶在噴灑了大量水溶液后，容易產生膠帶打滑和跑偏的現象。

1.2 機械方式清除

清理膠帶工作面粘料的常用方法是使用多級清掃器清理，但是對于嚴寒地區，由于凍粘物料與膠帶間的粘附力極強，沾料難以清理。當凍粘的物料厚度達到20 mm 后，清掃器的壓緊裝置壓縮到極限，無法起到調整作用。因此，嚴寒地區的機械清理，必須采用重型刮板清掃器、螺旋式的清掃器等來強力設備清除凍粘的物料，也可以使用專業公司開發的機械式凍結物料清除裝置，以增強清理凍粘物料的效果。

市場上提供的機械式凍粘物料清除裝置經過特殊設計，在回程膠帶上采用多級碾壓、清掃的方式，將膠帶擠壓并產生一定的彈性變形，才使凍粘的物料得以清除。采用梳形或螺旋式的壓輥碾壓，凍粘的物料同時受到垂直方向擠壓和橫向的力，經過多次輥壓以后，粘料就會與膠帶發生相對位移而變得疏松，最后再通過強力清掃器清理干凈。機械輥壓裝置需調整到壓力不小于1.0 MPa，通常需要設置彈簧來避免壓力超限而損傷膠帶。采用機械方式清除凍粘物料會產生大量的粉塵，因此需要在清理位置設置密封罩、除塵系統或灑水噴霧，以解決因清掃引起的揚塵問題。

1.3 熱水噴淋、烘（吹）干

專業設備廠家綜合運用熱水噴淋、多級清掃及烘干方法，即在膠帶的回程工作面上先采用60～80 ℃的熱水噴淋，可將粘結的煤泥冰融化，其后再經過2～3 級的強力清掃，最后對膠帶表面殘留的水分烘（吹）干。

上述清理方式需要在短時間內對凍粘在膠帶上的物料進行加熱，煤泥冰徹底融化必須有足夠的熱量輸入Q 和受熱時間T。如果輸送機的帶速大于等于3.15 m/s，室外溫度低于-20 ℃，上述清理方式可能難以在短時間內融化粘結的煤泥冰并徹底清理。此種方式需要根據具體情況，通過現場反復試驗，調整工作參數來獲得最佳使用效果。

如果在轉運站內沒有熱水噴淋的條件也可以使用高壓水對膠帶進行沖洗，用清掃器清理完后再將膠帶烘（吹）干。

1.4 超聲波方式清除

采用超聲波方式清理膠帶粘附的煤泥冰，這種技術已廣泛應用于冷凍食品行業。膠帶凍粘后，需要將回程膠帶經過盛有液體的水槽，水位須淹沒膠帶，在容器底部設置超聲波蓄能器，超聲波發生器使蓄能器作用而轉換成水槽內液體的高頻振動，膠帶上凍粘的物料就會被振松，再通過清掃器的清理后烘（吹）干。超聲波解凍清除凍粘物料的優點是除凍速度快，且為非接觸式清理，不會直接損傷膠帶。

對采用熱水噴淋、高壓水沖洗、超聲波振動方式沖洗下來的泥水，在排放后還需經過沉淀池內充分沉淀、過濾，才能將煤泥回收，須定期清理，對于沖洗水則可循環利用。顯然，水沖洗系統的沉淀、回收的裝置結構復雜，占用空間大，必須通過專業設計才能實現。

2 露天揚塵的密封措施

清理膠帶表面凍粘物料如果不徹底，粘附有物料的回程膠帶與回程托輥接觸反復滾動摩擦，加之膠帶自身運行時的振動，回程膠帶下方的廊道地面就會有大量的煤顆粒灑落，物料收集和清理工作量大，同時對周圍環境也造成了污染。

露天礦輸煤系統一般為非全封閉式，對于上承載面通常可以采用普通的防塵罩封閉，結構簡單、易于維護；缺點是僅封閉承載工作面，在防雨罩內與膠帶兩側有空隙，密封不嚴，容易撒料。

為了增強防塵罩的密封效果，可對承載面的普通防塵罩罩體進行改造（圖2），在防雨罩內側加裝順膠帶方向的密封條與膠帶工作面形成接觸密封，可對所運輸的物料進行很好的密封。另外，為增強回程膠帶的封閉性，可在下部機身的兩側加裝下防塵罩封閉，與承載面的上防塵罩相互搭接，上、下防塵罩組成了分體式的封閉結構，使用和維護時可單獨將上防塵罩或下防塵罩開啟，方便定期清理灑落的物料。

圖2 密封防雨罩

3 設計階段解決凍粘和揚塵問題的措施

在方案設計階段就應采取相應技術措施，避免凍粘和回程粘料的問題。對于短距離的輸送機，特別是嚴寒地區，輸煤系統盡量采用保溫封閉廊道，可以避免物料凍粘的發生，同時也更加環保。對于無法采用保溫封閉廊道的區域可以采用以下其他方式進行預防和解決。

3.1 增加翻帶裝置

對單機輸送長度超過1 km 的長距離輸送機可以加設翻帶裝置，并設置在保溫環境的室內。翻帶過程可以清理大部分膠帶表面的凍粘物料，關鍵是翻帶后工作面向上，回程托輥不再與膠帶工作面接觸，可有效地避免輸送系統沿線的撒料現象。翻帶裝置的使用時間越長，總體的經濟性就越好。

翻帶裝置可以在輸送機的頭部或尾部空間內合理緊湊布置，翻帶裝置需視帆布和鋼絲繩芯膠帶的類型，長度不小于12.5或22 倍的帶寬B。翻帶裝置結構簡單，對于翻落下來粘附的煤顆粒可室內集中清理，也可根據現場的空間靈活加設自動收料裝置，以減少收集和清理的工作量，通常可以采用簡易刮板輸送機或者小型皮帶輸送機實現。

3.2 回程段采用管狀膠帶

在回程段采用管狀膠帶方式，這樣粘附物料的回程膠帶就可以密閉起來，只有在回程膠帶的頭或尾部展開段會有物料灑落，可以有效地防止輸送機沿線的揚塵污染，只需處理頭尾部回程膠帶下方灑落的物料即可。

通常在北方的嚴寒地區很少使用管狀帶式輸送機，原因是其運行阻力和運行功率特別大。為減小回程阻力和功率損耗，可加大托輥間距并適當減少托輥數量（圖3）。采用3/3 型PSK 托輥組或僅配置3 個托輥進行交替使用。

圖3 回程段采用3 托輥和6 托輥管狀膠帶

4 結束語

對于膠帶凍粘問題的處理，需要從節能、環保、安全、成本等多方面進行分析、評估，最終選擇確定最經濟合理的清理方式。顯然，噴灑防凍液是目前最常用和有效的解決方式。露天煤礦在噴灑防凍液時，需要綜合考慮防凍液的成本以及對膠帶的腐蝕，合理選擇用量。而對于采用機械方式清除，則需考慮是否會對膠帶產生損傷以及環保問題。如果計劃設置翻帶裝置和回程管狀膠帶，需要在設計之初就對安裝空間、運營成本等進行對比分析。

應根據露天礦輸煤系統當地的室外氣溫、煤質含水、資金成本情況等因素合理選用防凍粘措施，可采用一種或多種方法綜合運用，經濟、有效地解決北方嚴寒地區帶式輸送機的凍粘和揚塵問題。