杨四军

彬县煤炭有限责任公司 陕西彬州 713500

煤 矿地面筛分系统是煤炭分选的第一步，也是

对原煤进行洗选、分级、深加工的前提条件[1]。下沟煤矿作为一座生产矿井，已进入回采后期，产能大幅降低，由于地面设备设施的老化、腐蚀等因素，生产系统运行维护成本高、人工浪费大、安全隐患多等现象突显。为了提升矿井的经营水平、降低安全风险，在满足矿井正常生产的前提下，对现有老生产系统进行简化、改造。

1 地面筛分系统概况

下沟煤矿隶属于陕西华彬煤业股份有限公司，位于陕西省彬长矿区东南部，原设计生产能力为 450 万 t/a。通过与北京煤科总院、上海煤科院合作，该矿完成了 3 次技术改造，生产能力提升至 300 万 t/a。目前，矿井已进入回收资源的后期开采阶段，实际产能为 200～ 250 万 t/a。

原煤经主运带式输送机运至主井口原煤仓内，经 103 带式输送机输送至 1 号筛分楼。在 1 号筛分楼内安装双向漏斗，正常生产时，煤流经漏斗分至 211 带式输送机运至 2 号筛分楼内，进行筛分和跳汰分选。分级筛选用双层筛分机，将原煤分为一层筛上 +200 mm 大块、二层筛上 200～ 13 mm 块煤、筛下 13～ 0 mm 末煤。+200 mm 大块进入 213 手选除杂带式输送机，经过人工捡杂后进入 214 跳汰机分选，分选出跳汰精大块和矸石，精大块经 215 带式输送机运至 1 号筛分楼大块仓，矸石直接进入大矸仓。200～ 13 mm 块煤经 217 带式输送机运至 1 号筛分楼块原煤仓，经仓下给煤机给至 203 带式输送机上，运至下沟矿块煤洗煤厂洗选。13～ 0 mm 末煤经 216 带式输送机运至 1 号筛分楼，通过 217 刮板机转载至天桥末煤带式输送机上，再运至末煤洗煤厂洗选。

主井口原煤仓是在煤矿改造前建设的，仓储能力有限，起不到缓冲作用，故在原煤场内新建一座仓储容量为 8 000 t 的原煤缓冲仓。地面生产系统停车检修时，可将 1 号筛分楼内双向漏斗打至另一侧，原煤经 101、102 带式输送机运至原煤缓冲仓内暂存；地面生产系统运行时，原煤经仓下给煤机给至 113 转载带式输送机，113 输送带搭接 103 带式输送机后进入筛分系统。地面筛分系统如图 1 所示，图中箭头所示为煤矸流向。

图1 地面筛分系统示意 Fig.1 Ground screening system

2 目前运行存在的问题

(1) 地面筛分系统设施、设备经过多年运行，已进入维修、维护期，系统故障多，设备维修保养成本高。

(2) 矿井进入资源回收期，地质条件发生了一定变化，综采放顶煤工作面为了提高煤炭资源回收率，加大了放顶煤回收力度，导致原煤中大块矸石增多。据统计，+200 mm 以上原煤中的矸石含量已达 90% 左右。跳汰机运行工况差，分选效率低，由于跳汰工艺原因精煤损失大。

(3) 系统经 3 次改造后，设施、设备较多，岗位工种增多，占用了矿井大量的人力、物力、财力。

(4) 由于设备、设施陈旧和老化，存在多处安全隐患，给矿井的安全管理和生产带来了很大压力[2]。

3 系统简化改造方案

为了解决地面筛分系统存在的问题，根据目前筛分系统布置形式，拟定了 3 个改造方案。

(1) 方案 1 对现有设施和设备进行维修，不改变原有系统，并对跳汰机进行更新，确保跳汰系统运行正常。

(2) 方案 2 拆除跳汰机及相关辅助系统，在原跳汰机位置安装 1 台大块煤矸破碎机，破碎后利用原运输系统运至块煤洗煤厂入洗。

(3) 方案 3 拆除 2 号动筛楼双层分级筛和跳汰机，去掉 2 号动筛楼系统；对 1 号动筛楼进行土建改造，安装 1 台双层分级筛 (原 2 号楼设备) 和 1 台强力筛分破碎机。大块煤矸破碎后混入二层筛上的块煤中，利用漏斗及中部槽形成运煤系统，原块煤和原末煤分别运至块煤洗煤厂和末煤洗煤厂洗选。

3 种改造方案的优缺点对比如表 1 所列。

表1 3 种改造方案优缺点对比Tab.1 Comparison of three reconstruction schemes

由表 1 可知，在各项的对比中，方案 3 有明显的优势，因而本次改造优先选择方案 3。

下面针对方案 3 的主要设备选型、安装调试、优化和改进进行重点论述。

4 改造方案 3

4.1 设备拆除

根据方案 3 整体要求，设备拆除包括以下内容。

(1) 整体拆除 2 号动筛楼的生产系统，并将拆除后的原煤分级筛安装在 1 号动筛楼中。由于 2 号动筛楼其他设备不影响改造后系统运行，为了节省工期，先解体、拆除原煤分级筛，存放在指定待安装区，2 号动筛楼内其余设施和设备暂时不动。

(2) 对 1 号与 2 号动筛楼之间连接的 3 条输送带栈桥 (内安装 4 台带式输送机) 进行拆除及封口。

(3) 拆除 1 号动筛楼原低压配电室设备，并根据需要，将设备电源改引自洗煤厂低压配电抽屉柜。

4.2 改造后系统布置

根据改造方案，原煤经主井带式输送机运至主井口原煤仓内，经 103 带式输送机输送至 1 号筛分楼。在 1 号筛分楼内安装双向漏斗，一侧流向原煤缓冲仓系统 (不变)，另一侧流向安装的原煤分级筛。分级筛一层筛上 +200 mm 大块进入新增的强力破碎机，破碎至 -200 mm 进入 3 号块原煤仓；二层筛上 200～ 13 mm 块煤通过漏斗直接进入 3 号块原煤仓，二层筛下 13～ 0 mm 末煤通过原 217 刮板机转载至天桥末煤带式输送机上，再运至末煤洗煤厂洗选。其中，原煤分级筛安装在二层原配电室位置；破碎机安装在一层分级筛筛下。改造前、后系统布置分别如图 2、3 所示。改造后，去掉了 2 号动筛楼、3 条输送带栈桥及相关设备，设备布置更加紧凑，简化了生产系统。

图2 改造前生产系统布置Fig.2 Layout of production system before reconstruction

4.3 设备选型及安装

4.3.1 原煤分级筛

图3 改造后生产系统布置Fig.3 Layout of production system after reconstruction

系统改造后，整个生产系统的能力并没有改变，为了减少投资，利用原 2 号动筛楼的原煤分级筛进行分级。经现场测量，确定拆除 1 号动筛楼原配电室后的空间，能满足分级筛的安装要求。原煤分级筛为 2YAH2148 型双层圆振动筛，主要参数如表 2 所列。

表2 原煤分级筛的主要参数Tab.2 Main parameters of grading screen for raw coal

4.3.2 破碎机

(1) 破碎能力 矿井核定生产能力为 300 万 t/a。根据近几年对筛选系统产品统计，大块煤矸石占比约为 9%，若按照每天生产 16 h 计算，产能为 51.14 t/h，破碎机入料能力应大于 51.14 t/h。

(2) 破碎比 该煤矿井下破碎机出料粒度为 -300 mm，洗煤厂块煤重介浅槽分选机处理粒度上限为 200 mm，故破碎机入料要求应为 +300 mm，出料粒度要求为 -200 mm。破碎比i=1.5。

(3) 破碎机型式 煤矿在用重型破碎设备种类繁多，主要有颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机、冲击式破碎机等等[3]。考虑该矿破碎物料主要为硬度一般的煤矸、设备安装尺寸不能过大、物料不能过粉碎等因素，选择筛分式双齿辊破碎机。选用 1 台 GSGPX-100 型筛分式双齿辊破碎机，其具体参数如表 3 所列。

表3 筛分式双齿辊破碎机的主要参数Tab.3 Main parameters of screening crusher with double geared roll

(4) 其他事项 原煤分级筛、破碎机等主要改造设备安装完成后，根据煤矸流走向，加工非标漏斗，依次焊接安装 103 输送带机头至原煤分级筛入料漏斗、一层筛上至破碎机入料漏斗、一层筛下至块原煤仓漏斗、二层筛下至末煤转载刮板机漏斗。为了提高非标漏斗的使用年限，在其内部加焊 10 mm 厚的 NM360 钢板。

4.4 设备特点及优化措施

4.4.1 原煤分级筛

(1) 由于矸石比例不均等因素，设备负荷大，原筛机激振器经常出现发热现象。为此，在原激振器加油口加装散热器，增强散热效果。

(2) 为减轻筛机设备负荷，及时调整激振器偏心块数量，减小筛子振幅，在满足筛分粒度和能力的条件下，延长筛梁、筛侧帮使用寿命。

(3) 由于筛子与煤矸碰撞、击打、摩擦等因素，筛板固定螺栓经常出现脱落、损坏现象。优化时，为每个筛面内固定螺栓增加防护套，保护螺栓不受损伤。

(4) 原煤分级筛采用干法分级，在煤质量不好的情况下，分级效果差，筛孔卡堵严重。为此，更换一部分冲孔筛板为弹性杆筛板，缓解湿煤、黏煤造成的卡堵现象。

4.4.2 筛分破碎机

(1) 使用筛分式破碎机，利用设备入料侧板与齿辊间隙以及两齿辊之间的间隙，小于 150 mm 粒度不用破碎直接进入出料漏斗，降低了设备磨损速度，减少了破碎后的粉煤量。

(2) 破碎机由于主要破碎硬度较大的煤矸石，齿辊磨损严重。为了减轻检修人员的工作量，将齿辊由整体安装式改造为单板连接式，采用高强度螺栓固定，拆卸方便。

(3) 两破碎齿辊之间的间距可以调整，根据破碎齿磨损量调节间距大小，保证出料粒度的稳定。

(4) 破碎机具有三大保护功能：主轴实时监测功能，发生过载堵转实现报警停机；轴承温度实时监测功能，温度过高时停机，以保护轴承，延长轴承使用寿命；设备过铁保护功能，过铁时实现自动报警停机[4]。

5 经济效益分析

系统改造时，改造项目购置主要设备 (破碎机) 费用为 85 万元，拆除安装设备工程费用为 62 万元，配电系统改造费用为 3 万元，合计费用为 150 万元。

改造后，地面筛分生产系统大为简化，相应的各项经济效益均有提升。

(1) 去掉 5 部带式输送机、减少了 1 台跳汰机岗位人员，每班次节省 3 人次，3 班共计 9 人，工资待遇福利按 8 万元/a，则每年节省人工成本 72 万元。

(2) 设备与设施的维护量减小，特别是跳汰机的维护保养，每年节省材料费用约 150 万元。

(3) 去掉跳汰系统后，所有煤矸进入重介浅槽系统进行分选，精煤回收率提高约 3%。矿井实际产量按 240 万 t/a、大块率为 9%、大块煤矸中跳汰机出煤率为 10% 计算，则每年多回收精煤 648 t。精煤综合售价按 600 元/t 计算，每年多收精煤增加效益约为 38.88 万元，每年可为矿井带来约 110.88 万元的经济效益。

6 结语

煤矿地面筛分破碎系统改造后，降低了人工和设备维护成本，提高了原煤的回收率。通过合理利用现有设施设备资源，最大限度地降低了改造成本，优化和解决了现有生产系统运行存在的问题，达到了优化地面生产系统、保障安全生产的目的。