杨 永

(陕西华电榆横煤电有限责任公司 小纪汗煤矿，陕西 榆林 719000)

小纪汗选煤厂隶属于陕西华电榆横煤电有限责任公司，是一座设计能力为10 Mt/a的矿井型动力选煤厂，于2008年建成投产。原煤采用分级入选方式处理，>13 mm粒级块煤采用浅槽重介分选机分选，13～1.50 mm粒级末煤采用有压两产品重介质旋流器分选，1.50～0.15 mm粒级粗煤泥采用螺旋分选机分选，<0.15 mm粒级细煤泥采用筛网沉降离心脱水机和板框式快开压滤机联合回收。

该选煤厂的精煤破碎设备为0630型分级破碎机，破碎辊采用齿板式结构，而齿板依靠紧固螺栓与辊座相连，使用过程中容易出现出料粒度超限、螺栓松动、齿板脱落、破碎腔被堵等问题。此外，随着精煤市场需求的变化(主要指商品煤粒度变化)，原破碎机的结构参数无法满足破碎要求。因此，必须对精煤破碎机的破碎辊进行改造，保证其处理能力由300 t/h提高到320 t/h，入料粒度≤250 mm(存在超粒物料)，出料粒度由50 mm降至45 mm以下，限上率在10%以下。

1 破碎系统现状

该选煤厂破碎系统配备有多台原煤破碎机(一级破碎机)和精煤破碎机(二级破碎机)，总处理能力约为2 000 t/h，其中二级破碎机选用0630型分级破碎机。在煤炭破碎过程中，一级破碎机的出料粒度为250 mm，破碎产物经分选、分级处理后，筛上物(250～40 mm粒级物料)进入二级破碎机。

生产中存在的主要问题为：

(1)二级破碎机的破碎辊为齿板式结构(图1)，且采用平行布置方式，导致待破碎物料没有啮入角度，破碎效果较差，尤其是超限物料进入破碎腔后无法破碎。随着大块物料(未被破碎物料)的增多，破碎辊表面出现堆积物料，加上破碎辊长向尺寸较大，目前的破碎齿无法起到布料作用[1]，致使破碎辊长向局部范围内出现物料堆积，进而堵塞破碎腔。

(2)待破碎物料一直在破碎辊表面跳动，并与破碎齿连续碰撞，导致破碎齿板的紧固螺栓不断遭受间歇性冲击，进而引起螺栓松动，如果维护不到位，则容易发生齿板脱落事故。

(3)由于紧固螺栓的存在，齿板之间间隙量较大，导致齿板与齿板中间结合部位的辊部件漏料现象较为严重，致使出料粒度超限突出，精煤破碎效果较差。

图1 齿板式破碎辊实物图

2 0630型分级破碎机

0630型分级破碎机的驱动系统主要由电机、液力耦合器、减速器、联轴器、破碎辊组成，结构如图2所示。

图2 0630型分级破碎机结构示意图

0630型分级破碎机主要部件为两个平行安装的破碎辊，每个破碎辊沿轴向布置一定数量向内旋转的破碎齿(齿板)[1]，使煤块或是在相互垂直的应力下被拉裂，或是在剪切力作用下滑移，或是在两者的共同作用下被破碎。该机主要是通过剪切、刺破、劈裂等作用实现煤炭的破碎，充分利用了大部分岩矿物料的强度特性(表1)，即抗压强度>抗剪强度>抗拉强度[2]。

表1 煤炭强度特性

3 优化方案

3.1 方案设计

(1)齿形设计与破碎齿布置。破碎齿的齿形结构需要满足两个要求：在满足粒度要求的前提下，最大限度地提高块煤率，减少煤炭的过粉碎现象和限上率；进行破碎作业时，破碎齿各部位受力均匀[3-4]。为此，从破碎齿的齿高、齿宽、咬合角度、齿形布置等方面进行设计优化，经过多次比选后，从齿数和角度两个方面初步确定了22-45、22-50、20-45、20-50四种方案。破碎齿采用多段波浪形布置，以发挥破碎辊的布料作用，进而提高破碎辊的使用效率和设备处理能力[5]。

(2)破碎齿材料与成型方案。破碎齿的材料绝大部分为高锰钢或耐磨钢[6]，针对生产现场的煤炭特性，采用以下配料和比例：碳(C)为0.76、锰(Mn)为12.83、硅(Si)为0.60、铬(Cr)为0.32、镍(Ni)为0.16、钼(Mo)为0.26，这样既能提高齿板强度，又能保证其塑性和韧性。增加Mo元素能使齿板的晶粒在成型过程中细化，进而提高淬透性和热强性，还可降低破碎齿的脆性。在破碎齿铸造成型后，将其加热至1 060 ℃，并保温3 h，使铸态组织中的碳化物基本都固溶到奥氏体中，然后快速冷却，以消除晶界析出的碳化物，从而得到单一的过冷奥氏体组织[7]。

3.2 EDEM分析

EDEM是世界上第一款基于高级离散元方法[8]的通用仿真分析软件，可以快速、简便地建立颗粒系统的参数化模型，并能添加颗粒的力学性质、物料性质和其他物理性质，进而通过模拟散状物料加工处理过程中颗粒体系的行为特征，帮助研究人员更好地掌握颗粒体的部分基本物性，也可以协助设计人员对部分散料处理设备进行设计、测试和优化。破碎块体的尺寸为200 mm×200 mm×200 mm，由8 000个φ10 mm的小球黏结而成。参数设置见表2，分析过程与模拟结果如图3所示。由图3可以得到：22-50方案的块煤率为65.17%，22-45方案的块煤率为69.87%，20-45方案的块煤率为53.21%，20-50方案的块煤率为56.32%，故采用22-45方案对破碎机进行优化。

表2 物料参数

图3 EDEM分析图示

4 应用效果

对0630型分级破碎机结构优化后，参照GB/T 5329—2003《试验筛与筛分试验 术语》对破碎产物进行化验。化验结果表明：优化后45～6 mm粒级精煤的块煤率为69.87%，与优化前同粒级精煤的块煤率41.25%相比，提高28.62个百分点。

按照单台破碎机处理能力320 t/h，每天工作16 h，每年工作275 d计算，每年可多产出块精煤37.78万t；而块精煤销售价格高50元/t，因此每年的销售收入可提高约1 888.92万元。此外，设备维护量大幅减少，全年可节省维修时间约2 500 h，可节约劳动力成本约10万元。

5 结语

在国家倡导矿产资源综合高效利用的形势下，基于分级破碎机的初步优化方案，通过EDEM分析确定了最佳优化方案，并依据该方案对0630型分级破碎机结构优化后，精煤破碎效果明显提高，出料粒度、设备使用寿命等显著改善，不但满足了现场生产要求，而且取得了较好的经济效益。