提高块煤率工艺系统升级改造及应用_姜光.pdf

2023 年 2 月Feb.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.006提高块煤率工艺系统升级改造及应用姜光，王慕斗（北京天地华泰矿业管理股份有限公司，北京 100013）摘要 针对纳林庙煤矿二号井煤流运输系统不能满足煤炭市场对于品种煤多样化和高块煤率的要求现状，从生产源头、运输系统、地面仓储 3 个环节入手，对煤机滚筒、截齿参数、破碎机锤体等进行优化改造，提高了原煤生产环节的出块率；通过改造转载点落煤方式、增加滚轴筛，提高块煤通过率的同时减少了对块煤的破碎；对落煤方式、螺旋溜槽选用等展开研究，保证原煤落仓、存储环节块煤率损失降到最低。通过该矿原煤生产系统进行全面优化，使原煤块煤率由原 31%提高到 49%，获得较为可观的经济效益和社会效益。关键词 块煤率；截齿；煤流系统中图分类号TD82文献标识码A文章编号1672-9943（2023）01-0018-030引言近年来，我国煤炭产能持续过剩，市场对煤炭企业顺应供给侧结构性改革的要求也越来越高。原煤生产系统中块煤占比率直接影响企业销售与利润，在煤炭市场低迷时期也会影响矿井的生存与发展。有调查表明1，块煤价格是混煤和沫煤价格的 1.7 倍甚至更高。为此，国内学者与工程技术人员对提高块煤率、增加块煤品种做了大量的研究与实践24。但大都针对单一环节进行优化，对原煤生产、运输、仓储全系统研究的较少。为此，纳林庙煤矿二号井针对矿井实际情况，以实用性与经济性并重为原则，展开原煤系统提高块煤率的改造与研究。1矿井概况纳林庙煤矿二号井设计产能 500 万 t/a，现主采6-2 煤层，埋深 146252 m，厚度 5.96.4 m，平均厚度 6.1 m；煤层倾角 03，硬度 f=13，属中硬煤层。煤层结构简单，煤种为不粘煤，灰分 5.95%，发热量为 25.9029.82 MJ/kg。综采工作面走向长度3 000 m，倾向长度 248.5 m，平均采高 5.9 m。该工作面采用的主要设备有 MG900/2245-GWD 型电牵引采煤机、ZY-13000/28/63D型支撑掩护式液压支架、SGZ1250/3/855 型中双链刮板运输机、SZZ1350/525桥式转载机和 PCM400 锤式破碎机。运输系统采用的主要设备有 DSJ140/300/3500 型带式输送机、西翼主运二部输送机、西翼主运一部输送机、主斜井输送机、上仓输送机。2总体方案为提高原煤块煤率，纳林庙煤矿二号井从以下要点着手展开研究。该矿煤流系统如图 1 所示。基金项目：北京天地华泰矿业管理股份有限公司自主科技创新项目（TDHTKY2022006）图 1纳林庙煤矿二号井煤流系统（1）生产源头：矿井从优化煤机滚筒、截齿参数、破碎机锤体等入手进行优化改造，提高原煤生煤机割煤转载机顺槽皮带西翼二部皮带西翼一部皮带3#煤仓块煤皮带2#煤仓配仓 2#皮带沫煤皮带1#煤仓配仓 1#皮带振动筛主斜井优化煤机截齿和破碎机优化锤头抬高锤体落煤点改造落煤点改造加装螺旋溜槽加装螺旋溜槽卸料斗改造加装滚轴筛能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1182023 年 2 月Feb.,2023姜光，等提高块煤率工艺系统升级改造及应用产环节的出块率。（2）运输系统：该环节主要以改造转载点落煤方式、增加滚轴筛为手段，提高块煤通过率的同时减少对块煤的破碎。（3）仓储环节：矿井以现有 3 个煤仓为研究对象，对落煤方式、螺旋溜槽选用等展开研究，目的在于保证原煤落仓、存储环节块煤率损失降到最小。3生产系统优化改造3.1生产源头优化生产源头主要是指从综采工作面可控环节入手，重点从更改截齿型号和煤机破碎机、三机破碎机等进行研究56。3.1.1煤机滚筒截齿的选择中硬煤层综采工作面截割刀具的选择较为重要。研究表明：镐型截齿的截角小，在截割煤体时，刀具与煤体接触面小，作用在煤体上的时间短，对出块率影响较大。刀型截齿与煤体接触面积大，作用时间长，对煤体的剥离效果不如镐型截齿，但截割深度长，可以提高对块煤的切割。同时，刀型截齿齿座基本焊接在螺旋叶片内，可减少齿座对大块煤的冲击。纳林庙煤矿二号井在 6-2108 工作面分别采用U170 型与 U172VI 型镐型截齿、ITPP/06042/F76 与ITPP/06042/R88 型刀型截齿进行生产试验。截齿如图 2 所示。图 2刀/镐型截齿对比在煤流系统、设备不变情况下，块煤率由调度室、销售科监控。具体有如下变化：采用 U170 型截齿时出块率为 29%31%；滚筒截齿加长，改为U172VI 型后出块率增加 1%2%；采用 ITPP/06042/R88 型截齿后出块率相比 U172VI 型截齿下降约1%；ITPP/06042/F76 型截齿出块率又略有增加，达到 30%34%。所以，工作面现采用 ITPP/06042/F76型截齿。3.1.2煤机破碎机煤机机身破碎机选用低转速、短截齿的破碎机滚筒，可提高块煤通过率。同时煤机机身破碎机引入遥控启停装置，正常割煤时关闭煤机破碎机，并使机身抬至最高处，有大块煤影响通过时开启机身破碎机破煤，可以降低能耗，同时提高工作面出块率。3.1.3破碎机优化改造目前，破碎机大多安装在桥式转载机上并随工作面推采向前自移，其作用主要是破碎工作面大块煤矸。纳二矿在装载机下方加装垫块，提高破碎机高度 130 mm。破碎机改装如图 3 所示。图 3破碎机改装示意通过改变破碎机锤头布置方式，减少对块煤的破碎，提高块煤通过率。破碎机原锤头布置方式是四组八锤头，更改为三组六锤头后通过销售报表对比，块煤率略有上升。经现场设计与改造，最终确定为两组四锤头。经近 1 个月的优化改造，块煤率上升约 3%。转载机锤体如图 4 所示。（a）四组八锤头（b）三组六锤头（c）两组四锤头图 4转载机锤体优化过程进料破碎腔电机注油管出料口加装垫片130192023 年 2 月Feb.,20233.2胶带运输系统改造运输系统包含工作面顺槽皮带、主运大巷一部皮带、二部皮带、主斜井皮带、筛分车间、上仓皮带和地面配仓皮带。具体从皮带各转载点、加装滚轴筛等进行优化改造工作。3.2.1转载点的改造原煤运输系统中转载点是块煤冲击碰撞最严重的地方，转载点的空间结构很大程度上影响了块煤率的高低。纳二矿原转载点普遍采用的方法是原煤直接落在次级运输带面上，或通过安装挡煤板与原煤发生正面碰撞后强行改变原煤运输方向，以达到转载作用。3.2.1.1小落差直角转载点转载点处原煤的运动可分解为水平方向匀速运动和垂直方向自由落体运动。而纳二矿胶带运输机的运行速度近似为 v=4 m/s、转载点落差近似 h=1 m，可推知块煤与卸料斗水平撞击时速度为 v1=4 m/s；块煤自由落体接触下级带面时垂直方向的速度为 v2=4.5 m/s。由此可见，水平方向块煤与挡煤板的撞击、垂直方向块煤与运输机带面的撞击是造成块煤破碎的 2 个主要原因。为提高块煤率，一是沿煤流方向安装倾斜顺煤板，变垂直方向的自由落体运动为减速滑行运动，以减小块煤接触下级运输机时垂直方向的冲击作用；二是直角转弯处安装弧形顺煤板，变水平方向匀速直线运动为减速圆周运动，以减小块煤与卸料斗的冲击作用。同时在斜置钢板和弧形挡煤板上间隔安装用报废胶带做的缓冲减速条，使原煤落入次级运输机时速度为 4 m/s，避免原煤在落入次级运输机时发生滚动和碰撞，以减少块煤损失。6-2109主运顺槽运输机、西翼一部胶带运输机机头转载点改造如图5 所示。（a）主运大巷一部皮带机头（b）6-2109 主运顺槽皮带机头图 5小落差直角转载点实物图3.2.1.2大落差转载点上仓块煤运输机与振动筛间转载点落差为6 m，原转载点采用沿垂直方向安装折线形卸料斗，通过原煤在卸料斗中做往返运动以达到减轻原煤与块煤运输机带面碰撞冲击。经过一段时间的实践应用发现，此方法减冲击效果不佳，容易引发转载点卡堵，同时增加了原煤与卸料斗冲击碰撞的频次，降低了块煤率。结合转载点实际空间大小，为提高块煤率，将转载点原垂直落煤改为 45倾角、8 m 长的倾斜顺煤板滑煤；同时在倾斜顺煤板上间隔安装减速条，使原煤以 4 m/s 速度沿块煤运输机运行方向落煤，减轻了原煤在转载过程中的碰撞冲击，减少了块煤损失。运行结构如图 6 所示。图 6小落差直角转载点示意3.2.1.3小空间小落差转载点由于主斜井运输机机头与振动筛搭接处、上仓块煤运输机和滚轴筛搭接处空间有限，无法安装弧形顺煤板或倾斜顺煤板，采用在卸载处安装缓冲链条，加工缓冲台，原煤在缓冲台内堆积形成煤台。原煤经过缓冲链条和缓冲煤台减速后转变运行方向落入振动筛或滚轴筛，降低了块煤在此转载点的碰撞破碎程度，提高了块煤率。改造结果如图 7 所示。图 7小空间小落差转载点改造对煤流系统各转载点改造历时 1 个多月，改造后通过销售日报监测，块煤率上升 4%左右。3.2.2加装滚轴筛由于经振动筛筛分后的沫煤中尚存在一些粒度较小的块煤，小块煤与大块煤价格相差不多，而小块煤混入沫煤时只能以沫煤价格销售，使矿井经济效益受到严重损失。为了增加块（下转第 118 页）减速缓冲条改造挡煤板主运顺槽皮带机头主运大巷皮带能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1202023 年 2 月Feb.,2023（上接第 20 页）煤品种，满足市场多样化的要求，同时增加矿井经济效益，结合实际情况最终选择在沫煤胶带运输机机头转载点下方安装滚轴筛，沫煤经过再次筛选，形成三八块和沫煤 2 个品种。安装后增加了籽煤品种，对块煤率增加较为显著。原矿井地面 1#、2#均为沫煤煤仓，改造后 2#煤仓为籽煤三八块煤仓，极大地增加了块煤率。经对矿井销售数据长期监测，该项改造增加块煤率约为 7%。3.3仓储环节改造地面煤仓是煤炭产品的重要存储场所，其最大垂直高度将近 35 m，原煤入煤仓过程中做由自由落体运动，落煤速度最大可达到 26.5 m/s，块煤之间碰撞冲击严重，是整个原煤运输系统中块煤破碎最严重的环节。为提高块煤率，在 2#、3#煤仓中各安装一套双向耐磨外螺旋溜槽，并且在螺旋溜槽中部间隔安装缓冲减速条以减缓块煤入仓时速度。原煤入仓过程中由自由落体运动转变为螺旋近匀速滑动，降低了块煤入仓过程中受到的冲击作用，有效地减少了块煤破碎。螺旋溜槽的安装使块煤率提高约 2%。4结论通过对纳林庙煤矿二号井原煤系统进行改造，增加籽煤一种（三八块），块煤率由原 31%增加至49%。得出主要结论如下：（1）通过对煤机截齿选型进行研究，选择 ITPP/06042/F76 型刀型截齿出块率最高，通过抬高破碎机锤体高度，由原四组八锤头的锤体优化为两组四锤头的锤体。对生产源头改造后块煤率整体提升约5%。（2）对各转载点进行分类后采取不同改造方法，优化各转载点落煤效果，达到减少块煤撞击破碎的目的。根据市场需要，在沫煤皮带转载点加装滚轴筛，使原混煤进一步筛分出小块煤，2 项改造优化共计提升块煤率约 11%。（3）对块煤仓、籽煤仓加装双向耐磨外螺旋溜槽，减少块煤落仓的冲击力，使块煤率增加约 2%。（4）矿井原煤系统改造完成后总体提高块煤率18%，销售报表显示，块煤率最高达 50%，经济效益显著。参考文献1杨正民，王春艳.提高煤炭开采块煤率的技术措施 J.煤炭技术，2016（4）：17-18.2 鞠春雷，孙计明，王宗勇，等.综合机械化开采条件下提高块煤率技术研究 J.煤炭工程，2015（12）：52-55.3 刘送永，杜长龙，崔新霞，等.不同齿身锥度和合金头直径截齿的截割试验 J.煤炭学报，2009（9）：1276-1280.4 闫修尊，丛子月.综采工作面提高块煤率的方法 J.中州煤炭，2004（3）：53-55.5 马正兰，杜长龙，刘送永.高块煤率采煤机变速截割的理论研究 J.煤炭工程，2009（12）：91-92.6 李晓豁，高健.采煤机运动参数对块煤产量的影响J.煤炭学报，2009（9）：1268-1270.作者简介姜光（1982-），男，工程师，硕士研究生，毕业于中国矿业大学采矿工程专业，长期从事矿山压力与岩层控制方面的研究。收稿日期：2022-09-25用校正后经验公式计算测井抗压强度与试验室数据相差的平均值原为 5.78 MPa，调整后平均值为 3.05 MPa，比原来减小了 2.73 MPa，小于 5 MPa的占比明显增大，有效地减小了误差。数据相差统计如表 2 所示。表 2校正后测井计算数据与实验室数据差值绝对值统计说明：有 5 组样品不予采用。5结论利用强度指数与试验室岩心抗压强度数据作拟合，计算岩石的抗压强度，并根据实际情况分析误差原因，再次拟合，可有效提高测井计算岩石抗压强度的准确性，为今后再次开展类似工作提供了参考和依照。参考文献1孟召平，张吉昌，JoachimTiedemann.煤系岩石物理力学参数与声波速度之间的关系 J.地球物理学报，2006，49（5）：1505-1510.2田忠，张平松，王轩.利用煤田测井曲线预测岩石抗压强度 J.建井技术，2006，37（2）：34-37.3王渊，李兆敏，王德新，等.岩石抗压强度回归模型的建立 J.断块油气田，2005（2）：17-19.作者简介宋朋印（1986-），男，工程师，毕业于中国矿业大学地球物理专业，长期从事煤田地质勘探工作。收稿日期：2022-08-17差值/MPa个数/个占比/%平均差值/MPa最大差值/MPa最小差值/MPa584822.144.480.0751019187.108.925.031015001500总计1031003.058.920.07能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1118