一、現有技術
1、技術背景：
煤礦開采過程中，由于煤層中含有夾矸或采煤機采煤機割入了少量的頂底板矸石，導致采出的原煤中含有矸石，對煤質造成較大的影響，為減少商品煤中矸石量，提高商品煤質，從而提高企業(yè)經濟效益，在煤礦主運輸井口附近，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，煤礦生產的原煤先進入原煤倉，然后再進入洗煤廠入洗，從而形成了煤礦與洗煤廠之間由同一產品生產的工序流程關系轉變?yōu)閮蓚€相對獨立的生產系統(tǒng)格局。
2、現有技術：
（1）煤炭開采。現代化大型礦井大都為綜合機械化采煤，煤礦生產工序一般為采掘工作面采出的煤炭經工作面破碎機、轉載機、順槽膠帶輸送機輸送到大巷膠帶運輸機上，然后由主斜井膠帶運輸機輸送到地面。由于現代化礦井一般都為一井一面，煤礦主運膠帶機系統(tǒng)與采面生產能力匹配，這樣井下一般都取消傳統(tǒng)的煤倉或溜眼設計，且單部膠帶機最長達8千米，綜采工作面回采出來的煤炭由膠帶輸送機直接送到地面，轉載過程中對煤炭的破碎作用非常小，基本上可忽略不計。
（2）煤炭洗選。煤炭洗選工藝一般為原煤倉、選煤車間、產品倉、裝車站。主斜井膠帶輸送機將礦井采出煤輸送到洗煤廠的上倉膠帶輸送機上，由上倉膠帶輸送機將煤炭輸送到洗煤廠原煤倉中，然后由原煤倉底部的給煤機，將原煤經洗煤廠輸送系統(tǒng)送入選煤車間進行洗選加工。
（3）將煤礦原煤先輸入原煤倉的主要原因為洗煤廠與煤礦這樣可彼此相對獨立，防止煤炭生產和洗選加工互相干擾。
（4）對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。塊煤洗選工藝簡便，處理量大，噸洗選電耗低，洗精煤產率高且發(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)視煤質需要適量入洗。由此可見，對于塊煤入洗，洗煤廠的生產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、現有技術存在的缺點
輸送過程中的原煤破碎作用主要發(fā)生在原煤倉，將原煤裝入原煤倉后再入洗，有以下不利因素：
1、由于原煤倉一般都很大，每個倉裝原煤可達1萬噸左右，倉頂到倉底的落差約在60米以上，在原煤自倉中落下時由于重力作用距離長，煤炭沖擊很大，造成煤炭破碎嚴重，塊煤比例下降。
注:現代化礦井大都采用煤巷布置[S1] （注：是首尾搭接，因為全部是煤巷布置，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），以適應快速機械化掘進的特點，這樣就取消了傳統(tǒng)設計中井下各采區(qū)的緩沖倉設計，原煤工作面到地面由多條膠帶機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、原煤倉中原煤儲存為罐裝狀態(tài)，受重力作用彼此擠壓嚴重，在倉底給料機放煤時，煤塊在緩慢下降過程中相互碰撞破碎，塊煤占比進一步減少，增加洗選電耗及洗選難度。
3、由于原煤倉很高，上倉膠帶輸送機將煤炭提升需要耗費大量電能，在倉底放煤時，煤炭提升的勢能白白浪費掉了，所起的主要作用是勢能將煤破碎了，能源浪費嚴重。
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，在經過原煤倉后，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高于塊煤洗選，且煤泥水處理量太大，洗煤廠末煤實際處理量較低，末煤入洗后產生的大量煤泥也難以處理。
所以設計一種礦井原煤不經原煤倉而直接入選工藝就顯得尤為重要。
三、新技術方案
1、緩沖倉方案
（1）在煤礦主斜井膠帶機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塊煤造成破碎作用，膠帶輸送機溜道另一頭安設一臺自動給煤機，將主斜井輸送出來經給煤機供給與洗選車間相連的膠帶輸送機上，送到洗煤車間進行洗選。給煤機與輸送到洗選車間的膠帶輸送機閉鎖，即膠帶輸送機啟動并正常運轉后，給煤機啟動，給煤機關閉后，膠帶輸送機方可停機。異常情況下，膠帶輸送機停機時，給煤機立即關閉。
（2）在溜道的下方施工一個小煤倉，起應急緩沖作用。在溜道中部兩側加寬，并在兩側加寬部分的底部留有溢煤口，小煤倉頂部為喇叭形狀，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為開口形式。U形溜槽通過能力要保證礦井生產的所有煤炭順利通過；在溜道末端給煤機關閉時，其頂部及兩側還要有足夠空間保證全部煤流能夠順利溢出。小煤倉的大小根據上倉膠帶機啟動所需時間內礦井瞬時最大產量確定。如上倉膠帶機最長啟動時間為2min，礦井最大產量為2000t/h，則應急倉大小為Q=2000/60*2=67t。
（3）小煤倉底部安裝一臺自動給煤機。此給煤機與上倉膠帶機為自動順序啟動及關閉控制方式，當上倉膠帶機啟動后，給煤機開啟，將煤放入上倉膠帶機中；當上倉膠帶機停機，給煤機立即關閉。
（4）小煤倉中應設置料位計，以監(jiān)測倉中煤量。在正常情況下，上倉膠帶機應在倉中有煤時及時開啟，以保證足夠的應急倉容量。
（5）上倉膠帶機、輸送到洗選車間的膠帶機及主斜井膠帶機自動控制關系。由于礦井主運輸系統(tǒng)一般有多部膠帶機串聯(lián)組成，這樣主斜井膠帶輸送機一般啟動后要空轉一個小時以上方可有煤流從主斜井膠帶機輸送機頭送出。這樣，當主斜井膠帶機啟動后，洗煤廠所有設備應處于待啟機狀態(tài)。當主斜井膠帶機頭開始出煤時，煤流經U形溜槽上部溢流入小煤倉中，上倉膠帶機及對應的給煤機立即順序啟動，將煤炭臨時輸送到原煤倉中；同時洗煤廠洗選設備啟動，輸送到洗選車間的膠帶輸送機及對應的給煤機順序啟動，煤流由溢流狀態(tài)變?yōu)槿枯斔偷较疵簭S。上倉膠帶機及對應的給煤機在輸送完小煤倉中的臨時存煤后關閉和停止運轉。
（6）由于洗煤廠設備啟動時間較長，一般在10~15min左右，如果在主斜井膠帶機輸送機將煤流送入溜道中才開始啟動洗選設備，仍會有相當一部煤炭需上倉膠帶機送到原煤倉中。可在煤礦大巷膠帶機中部適當位置設置視頻監(jiān)控點，如此地點煤流輸送到井口需20min時間，當監(jiān)測到煤流時，洗煤廠洗煤設備啟動，并將輸送到洗煤廠膠帶機及對應的給煤機打開，此時礦井煤流剛好到達井口，實現了洗煤廠開始洗煤與礦井開始出煤無間隙對接。
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，2為溜道，3為U形槽溢煤區(qū)，4為給煤機，5輸送到洗選車間的膠帶輸送機，6為小煤倉，7為給煤機，8為上倉膠帶輸送機。
2、分叉溜道方案
（1）在礦井主斜井膠帶機頭卸煤口下方溜道改為分叉溜道，溜道中設置分煤器，將煤流一分為二。
（2）煤流經過分煤器后，經兩條溜道分別進入兩條不同的膠帶機。一條溜道中的原煤仍進入原上倉膠帶機。
（3）增加一條直選膠帶機，將另一條溜道中的原煤直接送入選煤廠篩分車間。
（4）分煤器為可調式分煤器，可調節(jié)兩條溜道中煤流量的大小。
（5）在直選膠帶機搭接的溜槽底部出口設置閘門，閘門的啟閉與洗選加工生產同步。上倉膠帶機搭接的溜槽底部不設閘門，以保證在選煤廠停產檢修關閉閘門時，礦井生產的原煤全部由上倉膠帶機進入原煤倉。
（6）在礦井和選煤廠都同時生產情況下，當礦井當前產量小于洗選處理能力時，通過對分煤器的調節(jié)，將礦井生產的原煤全部送入直選膠帶機。由于此時洗選加工能力有余量，將原煤倉中的原煤通過倉底給煤機進入入選膠帶機補足欠量。原煤倉放煤速度可通過倉底的給煤機運行臺數來進行控制。
（7）當礦井當前產量大于洗選處理能力時，通過調節(jié)分煤器來分配兩條溜道中的煤流量，即通過直選膠帶機上的煤流量等于洗選能力，多余的煤量由上倉膠帶機送入原煤倉。
（8）分煤器一般采用導流擋板式設計?？蓮牧锏郎戏皆O置下插擋板將煤流刮入直選膠帶機所對應的溜道，通過下插距離調節(jié)兩條溜道中煤流量；也可在溜道中間沿煤流方向將煤左右分開，并通過左右擺動的角度來調節(jié)兩條溜道內煤流量大小。由于采用溜道底部閘門調節(jié)時，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節(jié)易出現流量忽大忽小，難以精準調節(jié)，采用分煤器調節(jié)可避免發(fā)生此類問題。
（9）擋板設計為溢流式，即無論擋板如何調節(jié)，也必須保證礦井在最大產量時煤流能全部通過溢流的方式進入上倉膠帶機搭接的溜道。在故障等情況下，擋板不能調節(jié)且閘門關閉時，礦井煤流也能全部通過擋板上沿溢流進入上倉膠帶機。
（10）直選膠帶機上應安裝電子式皮帶秤，通過測得煤流量大小來控制分煤器，保證礦井原煤優(yōu)先經過直選膠帶機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，將從洗選車間出來的洗精塊煤直接送入裝車站。可在原裝車膠帶機起始段安設分煤器，分煤器分流出來的煤流進入直接裝車膠帶機。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機頭卸料口要低于機尾受料口，這樣膠帶機正常運行時基本不耗電甚至充當發(fā)電機的作用向電網反向供電。
（12）為防止商品煤在裝車時被破碎，可在直接裝車膠帶機卸料口再搭接一部可伸縮膠帶機，裝車列車采用集裝箱，將可伸縮膠帶機伸入集裝箱內進行裝車。
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，2為帶分煤器的分叉溜道，3為分煤器擋板，4為原煤上倉膠帶機，5為原煤倉，6為入選膠帶機，7為直接入選膠帶機，8為洗選加工車間，9為商品煤上倉膠帶機，10為商品煤倉，11裝車膠帶機，12為直接裝車膠帶機，13為裝車站，14為分煤器擋板調節(jié)裝置，15為皮帶秤，16為原煤倉位計，17為商品煤倉位計，18為集控計算機，19為啟閉閘板。
3、分煤器方案
在主井上倉皮帶上用分煤器搭接直選皮帶，根據選煤廠洗選量調整分煤器分煤量，將原煤直接入洗。該方案缺點主要為分煤器可能刮擦皮帶，也易造成灑煤，導致選煤廠不愿意使用該方案。
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