一、現(xiàn)有技術(shù)
1、技術(shù)背景：
煤礦開(kāi)采過(guò)程中，由于煤層中含有夾矸或采煤機(jī)采煤機(jī)割入了少量的頂?shù)装屙肥?，?dǎo)致采出的原煤中含有矸石，對(duì)煤質(zhì)造成較大的影響，為減少商品煤中矸石量，提高商品煤質(zhì)，從而提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，在煤礦主運(yùn)輸井口附近，一般都有配套洗煤廠。
在煤礦與洗煤廠之間一般都建有原煤倉(cāng)，煤礦生產(chǎn)的原煤先進(jìn)入原煤倉(cāng)，然后再進(jìn)入洗煤廠入洗，從而形成了煤礦與洗煤廠之間由同一產(chǎn)品生產(chǎn)的工序流程關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)相對(duì)獨(dú)立的生產(chǎn)系統(tǒng)格局。
2、現(xiàn)有技術(shù)：
（1）煤炭開(kāi)采。現(xiàn)代化大型礦井大都為綜合機(jī)械化采煤，煤礦生產(chǎn)工序一般為采掘工作面采出的煤炭經(jīng)工作面破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、順槽膠帶輸送機(jī)輸送到大巷膠帶運(yùn)輸機(jī)上，然后由主斜井膠帶運(yùn)輸機(jī)輸送到地面。由于現(xiàn)代化礦井一般都為一井一面，煤礦主運(yùn)膠帶機(jī)系統(tǒng)與采面生產(chǎn)能力匹配，這樣井下一般都取消傳統(tǒng)的煤倉(cāng)或溜眼設(shè)計(jì)，且單部膠帶機(jī)最長(zhǎng)達(dá)8千米，綜采工作面回采出來(lái)的煤炭由膠帶輸送機(jī)直接送到地面，轉(zhuǎn)載過(guò)程中對(duì)煤炭的破碎作用非常小，基本上可忽略不計(jì)。
（2）煤炭洗選。煤炭洗選工藝一般為原煤倉(cāng)、選煤車(chē)間、產(chǎn)品倉(cāng)、裝車(chē)站。主斜井膠帶輸送機(jī)將礦井采出煤輸送到洗煤廠的上倉(cāng)膠帶輸送機(jī)上，由上倉(cāng)膠帶輸送機(jī)將煤炭輸送到洗煤廠原煤倉(cāng)中，然后由原煤倉(cāng)底部的給煤機(jī)，將原煤經(jīng)洗煤廠輸送系統(tǒng)送入選煤車(chē)間進(jìn)行洗選加工。
（3）將煤礦原煤先輸入原煤倉(cāng)的主要原因?yàn)橄疵簭S與煤礦這樣可彼此相對(duì)獨(dú)立，防止煤炭生產(chǎn)和洗選加工互相干擾。
（4）對(duì)于煤炭洗選加工而言，塊煤一般容易洗選，且成本低。洗煤廠將原煤先進(jìn)行篩分，分成塊煤和末煤，塊煤一般為重介淺槽工藝，末煤為旋流分離工藝。塊煤洗選工藝簡(jiǎn)便，處理量大，噸洗選電耗低，洗精煤產(chǎn)率高且發(fā)熱量高，煤泥量小，易于回收重介和處理煤泥水；末煤洗選耗能高，煤泥量大且回收重介難度大。由于末煤洗選煤泥水量太大，水處理循環(huán)利用系統(tǒng)處理負(fù)荷很高，限制了末煤處理能力的發(fā)揮，所以洗煤廠一般為塊煤洗選為主，末煤系統(tǒng)視煤質(zhì)需要適量入洗。由此可見(jiàn)，對(duì)于塊煤入洗，洗煤廠的生產(chǎn)容易與煤礦保持一致，末煤入洗主要受煤泥水處理能力的限制，入洗率一般不高。
二、現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)
輸送過(guò)程中的原煤破碎作用主要發(fā)生在原煤倉(cāng)，將原煤裝入原煤倉(cāng)后再入洗，有以下不利因素：
1、由于原煤倉(cāng)一般都很大，每個(gè)倉(cāng)裝原煤可達(dá)1萬(wàn)噸左右，倉(cāng)頂?shù)絺}(cāng)底的落差約在60米以上，在原煤自倉(cāng)中落下時(shí)由于重力作用距離長(zhǎng)，煤炭沖擊很大，造成煤炭破碎嚴(yán)重，塊煤比例下降。
注:現(xiàn)代化礦井大都采用煤巷布置[S1] （注：是首尾搭接，因?yàn)槿渴敲合锊贾茫簩犹幱谕黄矫?，這樣巷道也處于同一平面，只能首尾搭接），以適應(yīng)快速機(jī)械化掘進(jìn)的特點(diǎn)，這樣就取消了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中井下各采區(qū)的緩沖倉(cāng)設(shè)計(jì)，原煤工作面到地面由多條膠帶機(jī)首尾直接搭接來(lái)完成，原煤在井下輸送過(guò)程中受到破碎作用很小。
2、原煤倉(cāng)中原煤儲(chǔ)存為罐裝狀態(tài)，受重力作用彼此擠壓嚴(yán)重，在倉(cāng)底給料機(jī)放煤時(shí)，煤塊在緩慢下降過(guò)程中相互碰撞破碎，塊煤占比進(jìn)一步減少，增加洗選電耗及洗選難度。
3、由于原煤倉(cāng)很高，上倉(cāng)膠帶輸送機(jī)將煤炭提升需要耗費(fèi)大量電能，在倉(cāng)底放煤時(shí)，煤炭提升的勢(shì)能白白浪費(fèi)掉了，所起的主要作用是勢(shì)能將煤破碎了，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。
4、增加了洗選難度與成本，原煤入洗率低。煤礦井下從主斜井輸送出來(lái)的原煤其塊煤比例一般在70%左右，在經(jīng)過(guò)原煤倉(cāng)后，塊煤比例下降到40%左右，所以洗煤廠原煤入洗率一般在40%左右。為提高商品煤發(fā)熱量，洗煤廠需增設(shè)末煤洗選系統(tǒng)，由于末煤的洗選成本及噸原煤洗選電耗遠(yuǎn)高于塊煤洗選，且煤泥水處理量太大，洗煤廠末煤實(shí)際處理量較低，末煤入洗后產(chǎn)生的大量煤泥也難以處理。
所以設(shè)計(jì)一種礦井原煤不經(jīng)原煤倉(cāng)而直接入選工藝就顯得尤為重要。
三、新技術(shù)方案
1、緩沖倉(cāng)方案
（1）在煤礦主斜井膠帶機(jī)出口處下方安裝一小段斜溜道，溜道傾斜方向與主井膠帶頭煤流出口下落方向一致，以減少煤流下落沖擊對(duì)塊煤造成破碎作用，膠帶輸送機(jī)溜道另一頭安設(shè)一臺(tái)自動(dòng)給煤機(jī)，將主斜井輸送出來(lái)經(jīng)給煤機(jī)供給與洗選車(chē)間相連的膠帶輸送機(jī)上，送到洗煤車(chē)間進(jìn)行洗選。給煤機(jī)與輸送到洗選車(chē)間的膠帶輸送機(jī)閉鎖，即膠帶輸送機(jī)啟動(dòng)并正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，給煤機(jī)啟動(dòng)，給煤機(jī)關(guān)閉后，膠帶輸送機(jī)方可停機(jī)。異常情況下，膠帶輸送機(jī)停機(jī)時(shí)，給煤機(jī)立即關(guān)閉。
（2）在溜道的下方施工一個(gè)小煤倉(cāng)，起應(yīng)急緩沖作用。在溜道中部?jī)蓚?cè)加寬，并在兩側(cè)加寬部分的底部留有溢煤口，小煤倉(cāng)頂部為喇叭形狀，與溜道溢煤口相連。溜道在加寬段改為U型溜槽，即U形溜槽頂部為在溜道內(nèi)為開(kāi)口形式。U形溜槽通過(guò)能力要保證礦井生產(chǎn)的所有煤炭順利通過(guò)；在溜道末端給煤機(jī)關(guān)閉時(shí)，其頂部及兩側(cè)還要有足夠空間保證全部煤流能夠順利溢出。小煤倉(cāng)的大小根據(jù)上倉(cāng)膠帶機(jī)啟動(dòng)所需時(shí)間內(nèi)礦井瞬時(shí)最大產(chǎn)量確定。如上倉(cāng)膠帶機(jī)最長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間為2min，礦井最大產(chǎn)量為2000t/h，則應(yīng)急倉(cāng)大小為Q=2000/60*2=67t。
（3）小煤倉(cāng)底部安裝一臺(tái)自動(dòng)給煤機(jī)。此給煤機(jī)與上倉(cāng)膠帶機(jī)為自動(dòng)順序啟動(dòng)及關(guān)閉控制方式，當(dāng)上倉(cāng)膠帶機(jī)啟動(dòng)后，給煤機(jī)開(kāi)啟，將煤放入上倉(cāng)膠帶機(jī)中；當(dāng)上倉(cāng)膠帶機(jī)停機(jī)，給煤機(jī)立即關(guān)閉。
（4）小煤倉(cāng)中應(yīng)設(shè)置料位計(jì)，以監(jiān)測(cè)倉(cāng)中煤量。在正常情況下，上倉(cāng)膠帶機(jī)應(yīng)在倉(cāng)中有煤時(shí)及時(shí)開(kāi)啟，以保證足夠的應(yīng)急倉(cāng)容量。
（5）上倉(cāng)膠帶機(jī)、輸送到洗選車(chē)間的膠帶機(jī)及主斜井膠帶機(jī)自動(dòng)控制關(guān)系。由于礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)一般有多部膠帶機(jī)串聯(lián)組成，這樣主斜井膠帶輸送機(jī)一般啟動(dòng)后要空轉(zhuǎn)一個(gè)小時(shí)以上方可有煤流從主斜井膠帶機(jī)輸送機(jī)頭送出。這樣，當(dāng)主斜井膠帶機(jī)啟動(dòng)后，洗煤廠所有設(shè)備應(yīng)處于待啟機(jī)狀態(tài)。當(dāng)主斜井膠帶機(jī)頭開(kāi)始出煤時(shí)，煤流經(jīng)U形溜槽上部溢流入小煤倉(cāng)中，上倉(cāng)膠帶機(jī)及對(duì)應(yīng)的給煤機(jī)立即順序啟動(dòng)，將煤炭臨時(shí)輸送到原煤倉(cāng)中；同時(shí)洗煤廠洗選設(shè)備啟動(dòng)，輸送到洗選車(chē)間的膠帶輸送機(jī)及對(duì)應(yīng)的給煤機(jī)順序啟動(dòng)，煤流由溢流狀態(tài)變?yōu)槿枯斔偷较疵簭S。上倉(cāng)膠帶機(jī)及對(duì)應(yīng)的給煤機(jī)在輸送完小煤倉(cāng)中的臨時(shí)存煤后關(guān)閉和停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
（6）由于洗煤廠設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在10~15min左右，如果在主斜井膠帶機(jī)輸送機(jī)將煤流送入溜道中才開(kāi)始啟動(dòng)洗選設(shè)備，仍會(huì)有相當(dāng)一部煤炭需上倉(cāng)膠帶機(jī)送到原煤倉(cāng)中。可在煤礦大巷膠帶機(jī)中部適當(dāng)位置設(shè)置視頻監(jiān)控點(diǎn)，如此地點(diǎn)煤流輸送到井口需20min時(shí)間，當(dāng)監(jiān)測(cè)到煤流時(shí)，洗煤廠洗煤設(shè)備啟動(dòng)，并將輸送到洗煤廠膠帶機(jī)及對(duì)應(yīng)的給煤機(jī)打開(kāi)，此時(shí)礦井煤流剛好到達(dá)井口，實(shí)現(xiàn)了洗煤廠開(kāi)始洗煤與礦井開(kāi)始出煤無(wú)間隙對(duì)接。
附圖2：原煤直接入洗示意圖
圖中：1為礦井主斜井膠帶輸送機(jī)，2為溜道，3為U形槽溢煤區(qū)，4為給煤機(jī)，5輸送到洗選車(chē)間的膠帶輸送機(jī)，6為小煤倉(cāng)，7為給煤機(jī)，8為上倉(cāng)膠帶輸送機(jī)。
2、分叉溜道方案
（1）在礦井主斜井膠帶機(jī)頭卸煤口下方溜道改為分叉溜道，溜道中設(shè)置分煤器，將煤流一分為二。
（2）煤流經(jīng)過(guò)分煤器后，經(jīng)兩條溜道分別進(jìn)入兩條不同的膠帶機(jī)。一條溜道中的原煤仍進(jìn)入原上倉(cāng)膠帶機(jī)。
（3）增加一條直選膠帶機(jī)，將另一條溜道中的原煤直接送入選煤廠篩分車(chē)間。
（4）分煤器為可調(diào)式分煤器，可調(diào)節(jié)兩條溜道中煤流量的大小。
（5）在直選膠帶機(jī)搭接的溜槽底部出口設(shè)置閘門(mén)，閘門(mén)的啟閉與洗選加工生產(chǎn)同步。上倉(cāng)膠帶機(jī)搭接的溜槽底部不設(shè)閘門(mén)，以保證在選煤廠停產(chǎn)檢修關(guān)閉閘門(mén)時(shí)，礦井生產(chǎn)的原煤全部由上倉(cāng)膠帶機(jī)進(jìn)入原煤倉(cāng)。
（6）在礦井和選煤廠都同時(shí)生產(chǎn)情況下，當(dāng)?shù)V井當(dāng)前產(chǎn)量小于洗選處理能力時(shí)，通過(guò)對(duì)分煤器的調(diào)節(jié)，將礦井生產(chǎn)的原煤全部送入直選膠帶機(jī)。由于此時(shí)洗選加工能力有余量，將原煤倉(cāng)中的原煤通過(guò)倉(cāng)底給煤機(jī)進(jìn)入入選膠帶機(jī)補(bǔ)足欠量。原煤倉(cāng)放煤速度可通過(guò)倉(cāng)底的給煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)來(lái)進(jìn)行控制。
（7）當(dāng)?shù)V井當(dāng)前產(chǎn)量大于洗選處理能力時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)分煤器來(lái)分配兩條溜道中的煤流量，即通過(guò)直選膠帶機(jī)上的煤流量等于洗選能力，多余的煤量由上倉(cāng)膠帶機(jī)送入原煤倉(cāng)。
（8）分煤器一般采用導(dǎo)流擋板式設(shè)計(jì)?？蓮牧锏郎戏皆O(shè)置下插擋板將煤流刮入直選膠帶機(jī)所對(duì)應(yīng)的溜道，通過(guò)下插距離調(diào)節(jié)兩條溜道中煤流量；也可在溜道中間沿煤流方向?qū)⒚鹤笥曳珠_(kāi)，并通過(guò)左右擺動(dòng)的角度來(lái)調(diào)節(jié)兩條溜道內(nèi)煤流量大小。由于采用溜道底部閘門(mén)調(diào)節(jié)時(shí)，閘門(mén)上部溜道中堆滿(mǎn)了煤且溜道高度有限，易發(fā)生卡阻等問(wèn)題，通過(guò)縮小閘門(mén)開(kāi)口大小調(diào)節(jié)易出現(xiàn)流量忽大忽小，難以精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，采用分煤器調(diào)節(jié)可避免發(fā)生此類(lèi)問(wèn)題。
（9）擋板設(shè)計(jì)為溢流式，即無(wú)論擋板如何調(diào)節(jié)，也必須保證礦井在最大產(chǎn)量時(shí)煤流能全部通過(guò)溢流的方式進(jìn)入上倉(cāng)膠帶機(jī)搭接的溜道。在故障等情況下，擋板不能調(diào)節(jié)且閘門(mén)關(guān)閉時(shí)，礦井煤流也能全部通過(guò)擋板上沿溢流進(jìn)入上倉(cāng)膠帶機(jī)。
（10）直選膠帶機(jī)上應(yīng)安裝電子式皮帶秤，通過(guò)測(cè)得煤流量大小來(lái)控制分煤器，保證礦井原煤優(yōu)先經(jīng)過(guò)直選膠帶機(jī)且不超出洗選加工能力。
（11）為節(jié)省商品煤裝車(chē)電耗，可考慮再外加一部直接裝車(chē)膠帶機(jī)，將從洗選車(chē)間出來(lái)的洗精塊煤直接送入裝車(chē)站?？稍谠b車(chē)膠帶機(jī)起始段安設(shè)分煤器，分煤器分流出來(lái)的煤流進(jìn)入直接裝車(chē)膠帶機(jī)。由于大部分選煤廠洗選出來(lái)的商品煤在選煤廠出口位置要高于裝車(chē)站入煤口，增加的直接裝車(chē)膠帶機(jī)機(jī)頭卸料口要低于機(jī)尾受料口，這樣膠帶機(jī)正常運(yùn)行時(shí)基本不耗電甚至充當(dāng)發(fā)電機(jī)的作用向電網(wǎng)反向供電。
（12）為防止商品煤在裝車(chē)時(shí)被破碎，可在直接裝車(chē)膠帶機(jī)卸料口再搭接一部可伸縮膠帶機(jī)，裝車(chē)列車(chē)采用集裝箱，將可伸縮膠帶機(jī)伸入集裝箱內(nèi)進(jìn)行裝車(chē)。
附圖2：原煤直接入選工藝示意圖
圖中：1為礦井主斜井膠帶機(jī)，2為帶分煤器的分叉溜道，3為分煤器擋板，4為原煤上倉(cāng)膠帶機(jī)，5為原煤倉(cāng)，6為入選膠帶機(jī)，7為直接入選膠帶機(jī)，8為洗選加工車(chē)間，9為商品煤上倉(cāng)膠帶機(jī)，10為商品煤倉(cāng)，11裝車(chē)膠帶機(jī)，12為直接裝車(chē)膠帶機(jī)，13為裝車(chē)站，14為分煤器擋板調(diào)節(jié)裝置，15為皮帶秤，16為原煤倉(cāng)位計(jì)，17為商品煤倉(cāng)位計(jì)，18為集控計(jì)算機(jī)，19為啟閉閘板。
3、分煤器方案
在主井上倉(cāng)皮帶上用分煤器搭接直選皮帶，根據(jù)選煤廠洗選量調(diào)整分煤器分煤量，將原煤直接入洗。該方案缺點(diǎn)主要為分煤器可能刮擦皮帶，也易造成灑煤，導(dǎo)致選煤廠不愿意使用該方案。
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