一、現(xiàn)有技術(shù)
1、技術(shù)背景：
煤礦開采過程中，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的煤炭由膠帶輸送機(jī)直接送到地面，轉(zhuǎn)載過程中對(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)、選煤車間、產(chǎn)品倉(cāng)、裝車站。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，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?，煤層處于同一平面，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)首尾直接搭接來完成，原煤在井下輸送過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的原煤其塊煤比例一般在70%左右，在經(jīng)過原煤倉(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)，將主斜井輸送出來經(jīng)給煤機(jī)供給與洗選車間相連的膠帶輸送機(jī)上，送到洗煤車間進(jìn)行洗選。給煤機(jī)與輸送到洗選車間的膠帶輸送機(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)為開口形式。U形溜槽通過能力要保證礦井生產(chǎn)的所有煤炭順利通過；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?？稍诿旱V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，此時(shí)礦井煤流剛好到達(dá)井口，實(shí)現(xiàn)了洗煤廠開始洗煤與礦井開始出煤無間隙對(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，閘門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，以保證在選煤廠停產(chǎn)檢修關(guān)閉閘門時(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)放煤速度可通過倉(cāng)底的給煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)來進(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)，通過調(diào)節(jié)分煤器來分配兩條溜道中的煤流量，即通過直選膠帶機(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)。可從溜道上方設(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_，并通過左右擺動(dòng)的角度來調(diào)節(jié)兩條溜道內(nèi)煤流量大小。由于采用溜道底部閘門調(diào)節(jié)時(shí)，閘門上部溜道中堆滿了煤且溜道高度有限，易發(fā)生卡阻等問題，通過縮小閘門開口大小調(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)生此類問題。
（9）擋板設(shè)計(jì)為溢流式，即無論擋板如何調(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)且閘門關(guān)閉時(shí)，礦井煤流也能全部通過擋板上沿溢流進(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，通過測(cè)得煤流量大小來控制分煤器，保證礦井原煤優(yōu)先經(jīng)過直選膠帶機(jī)且不超出洗選加工能力。
（11）為節(jié)省商品煤裝車電耗，可考慮再外加一部直接裝車膠帶機(jī)，將從洗選車間出來的洗精塊煤直接送入裝車站?？稍谠b車膠帶機(jī)起始段安設(shè)分煤器，分煤器分流出來的煤流進(jìn)入直接裝車膠帶機(jī)。由于大部分選煤廠洗選出來的商品煤在選煤廠出口位置要高于裝車站入煤口，增加的直接裝車膠帶機(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時(shí)被破碎，可在直接裝車膠帶機(jī)卸料口再搭接一部可伸縮膠帶機(jī)，裝車列車采用集裝箱，將可伸縮膠帶機(jī)伸入集裝箱內(nèi)進(jìn)行裝車。
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為洗選加工車間，9為商品煤上倉(cāng)膠帶機(jī)，10為商品煤倉(cāng)，11裝車膠帶機(jī)，12為直接裝車膠帶機(jī)，13為裝車站，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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