吕 舜

(神东质量技术检测检验中心，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

在煤质检测的采样、制样、化验过程中，采样与制样带来的误差占总误差的96%，因此，煤质检测分析结果的可靠性，在很大程度上取决于采取煤样的代表性和制样规范性[1]。相比传统人工采样，机械化采样更加准确。煤炭机械化采样与制样系统在煤矿、电力、化工及港口等行业的广泛应用[2-8]，替代了传统人工采样，不仅能够极大降低人工采制样劳动强度，更重要的是能够有效降低、消除人为因素在整个煤炭样品采集、制备过程中的影响，从而保证煤炭贸易的公平公正。但同时对于机械化采样，人们也往往存在一定程度上的认知误区，认为只要是机械化采样获得的煤质结果就一定准确，而机械化采样机在实际运行过程中普遍存在着堵煤、洒煤、交叉污染等问题，这些问题就会导致采取的个别批次煤样的最终检测结果数据失真，影响煤炭正常交易流程，引起争端。

为解决大柳塔煤质检测室现有带式输送机中部采样机在实际使用过程中存在的堵煤、洒煤、采样精度差等一系列问题[9-11]，结合生产实际需求，并考虑后续全自动制样和机器人化验系统的整体应用，提出了解决方案，并对采样机进行了优化改造升级。

1 采样现状

大柳塔安装有4台带式输送机中部采样机，用于对选煤厂外运商品煤进行采样作业，一般内、外环装车同时作业，需要2台采样机同时进行采样，日均采样23批次，采样的煤种多，各煤种之间的全水分、灰分、热值等指标范围变化大，每列车都是单一煤种，不存在混装，采样机采样时按照每列为一采样单元进行划分。

2 原带式输送机中部采样机

为适应装车站的电气化铁路改造和提高煤炭采样的准确性，2011年在大柳塔环线装车站引进投用了4台带式输送机中部采样机，用于对选煤厂外运的商品煤进行机械化采样。

该类型带式输送机中部采样机系统由初级采样器、初级给料机、对辊破碎机、管式缩分器、锤式破碎机、转盘缩分器、样品收集器、余煤回送装置等设备组成，具体相关参数和工艺流程如图1所示。安装在带式输送机中部位置的初级采样器，开口尺寸为80 mm，从运行中的输送带上直接采取初级子样，初级子样经初级胶带给料机进入到一级对辊破碎机，将煤样破碎到粒度50 mm以下后进入管式缩分器，管式缩分器将截取的样品落入二级锤式破碎机，其余弃样进入弃料带式输送机；锤式破碎机将煤样破碎到粒度13 mm以下，进入转盘缩分器，经二级缩分，留样进入样品收集器，弃料进入弃料带式输送机，经弃样带式输送机进入斗式提升机，提升回主输煤装车带式输送机。

图1 原采样机总体工艺流程

3 原采样机运行存在的弊端

原采样机因安装时间较长，是行业内早期产品，系统设计各方面不完善，同时使用地点采样的煤种较多，各煤种之间水分、粒度等指标有较大的差异性，导致这一类型采样机在使用过程中存在着各种弊端。

3.1 系统稳定性差

进入系统给料转运的煤流量难以控制，无法实现稳定均匀给料，往往采样机1次采下的约80 kg样品在瞬间送入破碎设备，超出破碎设备的处理能力，容易发生堵塞、设备憋停或煤样淤积；缩分环节采用的管式缩分器，当煤量过大或煤样水分高、粘度大时，缩分管极易发生堵煤，导致设备故障停机，以上情况直接影响设备运行稳定性，常需停机人工干预，设备维护难度大、费用高。

3.2 结果代表性差

原采样机工作过程中的堵煤、漏煤、粘煤情况严重，为减缓系统堵塞问题，大部分煤样在经一级破碎处理后即被缩分弃掉，导致样品代表性差；带式输送机输送极易堵煤、漏煤、粘煤，造成样品严重交叉污染，不仅设备清理维护难度大，而且导致数据结果不准确；同时带式输送机、管式缩分方式代表性差，会导致较大的结果偏倚，且样品在采制过程流转时间较长、堵漏等也会导致较大的水分损失。

3.3 水分适应性差

原采样机对煤种水分的适应性无法做到全覆盖，目前行业内设计来煤全水分不大于18%，但在实际生产过程中，当采取煤种水分超过18%时或对煤泥回掺造成粘度较大的混煤时，煤样破碎、输送、缩分等环节会频繁出现堵、粘、漏煤和混样问题，煤种适应性差。

3.4 大粒度煤的处理

原采样机一级破碎为对辊破碎机，对于精块等大粒度煤的破碎粒度控制不准确，部分大粒度煤通过破碎机后进入后续的煤样运转、缩分环节，造成制样的精度差、设备堵煤等问题。

3.5 设备安装受限

原采样机采用两级破碎、两级缩分的工艺结构，因破碎、缩分、样品流转、弃煤返还等各环节较多，安装地点空间受限，因此造成摆放空间不足，维护检修不便。同时各环节之间的溜煤管角度安装过大，各拐角处积煤严重，存在堵煤问题。

4 采样机的优化改造实施方案

针对原有带式输送机中部采样机应用中的各种问题，利用现有技术条件，实施将管式缩分器、锤式破碎机和转台式缩分器分别替换为立式连续无筛板破碎机和一二级旋转缩分器，并将改造后的设备分别与对辊破碎机、弃料斗提等设备连接。

4.1 缩分器改造

拆除现有一级管式缩分器和二级转台式缩分器，更换安装新式旋转缩分器，实现全煤流全断面切割，远超过国标规定的切割次数，彻底解决煤样卡堵和代表性问题。

改造后一级缩分和二级缩分单元均采用旋转式缩分的方式，缩分器符合GB/T 474—2008[12]、GB/T 19494.2—2004[13]要求，并可根据入料和留样质量能实现缩分器参数的自动调节，保证留样质量基本固定。缩分器能实现全煤流全断面切割，切割次数不小于60次/min。缩分器的缩分盘、接料斗及落料管均采用不锈钢制作，确保不堵料。缩分器结构上采用全密封设计，防止水分损失以及煤粉外漏，缩分过程中，不得出现撒样、堵煤等现象。缩分器设置自动清扫装置，防止粘煤、堵煤及样品之间交叉污染。缩分器配备自动加注润滑剂装置，以方便设备维护保养。缩分器可靠性高，故障率低，维修方便，缩分精度高，工作可靠。

4.2 破碎机改造

拆除现有二级锤式破碎机，更换安装新式防堵立式连续无筛板破碎机，立式破碎机为底部无筛条/筛板结构，保证大样品量煤流顺利通过，彻底解决现有破碎机堵煤问题。

改造后新增的破碎机采用立式连续无筛板式破碎，破碎机功率从现有的5.5 kW增大到11 kW，破碎效率不小于100 kg/min，破碎机保证出料粒度，13 mm过筛率不小于98%，破碎机内不发生饼煤、存煤、堵煤、粘附等交叉污染，并在破碎机进料口及出料口采用全密封设计，防止粉尘飞扬。破碎机的破碎部件采用耐磨材料制作，破碎机锤头选用65Mn钢，保证强度，更换便捷。锤头使用寿命在5 000 h以上，相同规格锤头之间的重量差不超过±10 g，确保破碎机的振动不超标。破碎机安装零速检测开关，发生堵煤能及时报警，并能将报警信号上传展示在管控系统，破碎机内设置振打或压缩空气吹扫等自动清理装置，有效防止粘煤、堵煤及残留。配备清扫、检修、维护等处理窗口。在水分较大产生堵煤时，能方便地打开机壳进行处理。为了保证系统能正常工作，防止不易破碎的大块物料进入破碎机而造成设备的损坏，破碎机设置可靠的电气、机械双重保护，以保证设备及人员的安全。

4.3 各环节溜煤管道及防污染改造

改造斗提机卸料管及各环节溜煤管，根据实际需要调整入料、卸料角度，更换溜煤管材质，使煤样更加顺畅通过，解决管道挂煤、堵煤问题。采样机煤样破碎、缩分等各环节加装煤样清扫装置，保证各环节无残留煤样。

4.4 采样机工艺流程优化

将采样机工艺流程优化，如图2所示。优化改造前的流程：一级对辊破碎机→一级管式缩分器→二级锤式破碎机→二级转台式缩分器→样品收集器；优化改造后的流程：一级对辊破碎机→二级立式连续无筛板破碎机→一级定质量旋转缩分器→二级定质量旋转缩分器→样品收集器。改造后所有采集的物料均破碎至13 mm后再进行缩分，样品代表性更强。

图2 系统工艺流程优化

5 改造效果分析

针对造成堵煤的破碎、缩分等关键环节进行改造后，采样机系统稳定性提高，整个采制样过程一体化密封设计，给料稳定均匀，破碎时无筛板，物料连续破碎，缩分设备采用全煤流全断面切割，具有自清洁装置，彻底解决传统设备堵煤、漏煤、粘煤、水分损失大等问题，大大提升系统可靠性和稳定性，降低了人工处理堵煤的劳动强度。采样机工艺流程优化后，采制样工作流程更加符合标准，所采煤样全部经过破碎缩分制样流程，样品代表性强。通过鉴定，采样机水分损失率、整机系统精密度和偏倚结果满足标准要求。

5.1 水分损失率

收集10份煤样，测试其全水分，然后将所准备10份煤样分批次由人工送入采样机，经系统制样装置破碎缩分后收集留样并测定全水分，计算10份煤样试验前后水分损失。结果见表1所示，全水分损失为0.23%，符合标准及生产要求。

表1 全水分数据统计

5.2 整机系统偏倚

5.3 精密度

在该优化改造后的带式输送机中部采样机正常工作状态下，按照双倍子样数双份采样方法采取试验用样品。采取的子样经破碎缩分单元进行样品制备，之后分别合并成2个煤样A1和B1，将A1和B1组成1个样品对，重复上述操作，共收集10对煤样，制备成一般分析试验煤样，测试并计算出灰分Ad，试验结果数据见表3，经计算依次得出，精密度上限=auP=1.75×P=0.44(%)，精密度下限=aLP=0.70×P=0.17(%)，期望精密度P预期=0.8%，有P预期>auP，说明实际精密度优于期望精密度，该优化改造后的带式输送机中部采样机的总精密度符合要求。

表2 灰分偏倚试验数据

表3 精密度试验数据

6 结 语

大柳塔煤质检测室通过对采样机的技术改造，彻底解决了设备堵煤、漏煤、粘煤等问题，提高了采制样的准确性，避免了煤质纠纷的发生，同时为后期投用采样机的设备选型积累了经验。