李小刚

（西山煤电镇城底矿选煤厂， 山西 古交 030200）

引言

选煤机作为煤炭生产的主要设备，其排料系统的刮板结构设计对煤矿的高效安全生产意义重大。选煤技术主要可分为干法选煤与湿法选煤，目前煤矿主要采用干法选煤技术中的空气重介质选煤法，该方法对水资源和环境温度的要求较低，无需采用湿法选煤技术中的煤水处理装置，使用成本更低[1-2]。

空气重介质选煤法的工作原理示意图如图1 所示。空气重介质选煤法的主要工作原理：通过鼓风机将空气压缩，经布风板流入流化床，其中注入的重介质在空气作用下变为气体中夹带有固体颗粒物料的流动状态，同时煤炭由设备上的给煤口进入流化床，密度相对较小的煤炭会上升，而碎石则沉到床底，经输送带送到3 处出口排出。

图1 空气重介质选煤法工作原理示意图

作为选煤机的主要设备，刮板输送机极易出现断链、跳链、飘链、刮板磨损及弯曲等问题[3]。在实际生产中，刮板输送机故障可能导致选煤机的生产停滞，甚至会引发严重的安全事故，因此，需对刮板结构进行优化设计，以提高选煤机的工作效率与安全性[4-5]。

1 结构分析

刮板输送机的结构示意图如图2 所示。其结构主要有以下特点：输送机的上层传送链将精煤排出，下层传送链则排出矸石；为避免处于流动状态的重介质流出，两侧排料口应处于相对较高位置；输送机的传送链间充满重介质及煤炭，传送链易被碎石等颗粒磨损；排料口的转弯处需使用压块固定传送链的方向，摩擦阻力随之增大；传送链一般为价格低、承重大的圆环形链条；刮板较长，一般可达2 m 以上；输送机的传动方式为双边链传动。

图2 刮板输送机结构示意图

2 受力情况

本文以物料处理量为50 t/h 的选煤机为例，对其进行受力分析。该选煤机的相关参数如表1 所示。

表1 选煤机运行相关参数表

2.1 运行摩擦阻力

输送机传送链可分为若干直线段，每段的运行摩擦阻力可根据下式计算得出：

式中：Wi-（i+1）为第i-（i+1）段的运行摩擦阻力，N；Li为传送链的长度，m；f1为传送链与流化床接触面的摩擦阻力系数，一般取0.3；q0为每米的传送链重力，N/m；q 为物料重力，N/m；f2为物料与流化床面的摩擦阻力系数，一般取0.4；αi为该段刮板输送机的倾斜角度。

根据式（1）可计算出各直线段的运行摩擦阻力，如表2 所示。

表2 各直线段摩擦阻力WN

2.2 传送链各点张力

该选煤机传送链的预张力为：

式中：α 为圆弧角度；f 为压链块处传送链与流化床接触面的摩擦阻力系数。

根据上述分析过程，可计算出12 个点张力，具体如表3 所示。

表3 各点张力SN

由上表数据可得主轮的驱动力W0=（S12-S1）+W12-1=32 454 N。

2.3 刮板受力

选煤机处于正常工作状态时，刮板上受到的平均载荷为1.36 N/mm，刮板高度h 为35 mm，宽度b为100 mm，周长l 为2 000 mm。根据弯矩计算公式可得：承受最大弯矩Mmax=ql2/4=1 360 N·m；承受最大正应力σmax=6Mmax/bh2=67 N/mm2；最大弯矩与最大正应力均在刮板可正常使用的安全范围内。

3 分析与优化设计

在矿井下较为恶劣的工作环境中，刮板输送机易产生疲劳、磨损、断裂等多种故障，通过对这些问题进行分析，并进行了相应的优化设计[6-8]。

1）排矸石口的倾斜角度设置为30°时，减小了选煤机体积，可避免重介质流出输送机，但倾斜角度较大会导致压链块与转角处的压力与摩擦力较大，运行摩擦力也随之增大，使得传送链磨损速度变快。因此，排矸石口的倾斜角度应该根据煤炭的成分特点进行灵活调节，当煤炭中矸石较少时，倾斜角度可适当增大，反之则倾角较小。这样设计可在避免介质流出的同时，尽量减小传送链的运行摩擦力，以减轻传送链的磨损。

2）刮板与布封板的间隔要求位于1.5～2.5 mm之间，对设计精度要求较高。此距离与刮板、密封垫、轨道、法兰凸缘盘等部件的制造精度有关，因安装及制造存在一定误差，很难保证间隔距离符合标准，间隔误差会导致沉淀物残留在输送机中，当沉淀物积累较多时就会影响重介质的流化与煤炭的筛选过程。此外，两侧压链块的距离较短，链条的驱动力也较大，链条不会发生漂浮现象，且刮板较长，体积较大的矸石易卡在刮板上，最终会导致刮板弯曲，严重时会导致传送链断裂。因此，为减小间隔误差，可将轨道直接安装在布封板上，以避免多部件的误差累积，这样既提高了刮板与布封板间隔的精度，又降低了石块卡在刮板上的发生概率。

3）刮板的屈服极限值较低，可通过热处理等方式提高刮板的弯曲强度。

4）压块链的主要作用是防止传送链的跳动，虽然其结构简单且价格较低，但会增大运行摩擦力，加重刮板的磨损程度。因此，可用压链轮代替压块链，变为滚动摩擦后运行摩擦力大幅减小，从而减少了对刮板的磨损。但因压链轮体积较大，可选择将上层的压链块替换为压链轮，下层仍采用压链块，这样还可在一定程度上减少对刮板的磨损。

5）处于流动状态的重介质会与传送链产生摩擦，链条磨损程度较为严重，增大传送链的尺寸可降低磨损带来的影响，因此，可将传送链的尺寸由14 mm×50 mm 改为18 mm×64 mm。

6）压链块与刮板的间隔较小，刮板头部易卡在压链块与轨道之间，易导致压链块处的传送链断裂。因此，可将压链块与刮板之间的间隔距离适当扩大，同时将刮板头部的尖角磨圆，可在一定程度上避免刮板头部卡顿的现象发生。

7）链条和链轮之间若存在煤块或其他杂物，因其占据了链条和链轮的咬合位置，会使链条运转半径突然增大，导致后面的链条提前错位咬合链轮或两侧链条松紧不一致而发生跳链；刮板中心线与链轮中轴线出现偏斜、不平行等问题也会导致跳链。因此，需保证刮板机两条链长度的一致性和安装的正确性，将传送链的松紧度调节好，以避免跳链现象的发生。

4 结语

选煤机排料系统所处工作环境较为复杂，将优化后的选煤机排料系统的刮板应用到实际生产后，刮板磨损、弯曲及链条断裂等问题明显减少。实践证明，采用以上措施优化刮板结构，可提高选煤机的生产效率与安全性，对煤炭的实际生产工作具有一定的指导意义。