井下煤和矸石液压式自动分选技术
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(3) 点接触载荷破碎、平面接触载荷破碎的煤 和矸石的破碎力符合正态分布规律 。
2 液压式煤和矸石破碎分选实现
为实现煤炭洁净生产、绿色生产 , 设计出煤矿 井下煤矸石液压式自动分选机。该方法采用机械回 转液压分选回转油缸 , 以液压力作为破碎力 , 利用 煤和煤矸石的破碎力不同将煤破碎 , 矸石不破碎的 原理将煤和矸石分选出来。其分选设备原理如图 1 所示 。
Ab stra ct: According to the present m ine p roduction p rocess, raw coa l out off the m ine will have a coal and refuse sepa ra tion proce ss. A great amount of coal refuse will be discha rged. The pape r introduced a coa l and refuse autom atic separation method in underground m ine. The m ethod ha s used the different breaking forces of the coal and rock. Hydraulic rotary separation cylinders can be used to make a break2 ing autom atic sepa ra tion of coa l and refuse. In the coal m ining proce ss, coa l refuse can be separated in unde rground m ine and the refuse
第 35卷第 3期 煤 炭 科 学 技 术 2007年 3月
1 压差式煤和矸石分选机理
由于井下环境的影响 , 目前地面分选设备在井 下使用存在 很大 的缺陷性 。依据煤矿井下 实际条 件 , 提出了液压式煤矸石选择性破碎机理 , 即对混 合物施加适当的作用力 , 使硬度较大的岩石 、矿物 不破碎 , 而硬度较小的岩石 、矿物完全破碎或基本 破碎 , 利用岩石、矿物的强度差异 , 强化破碎的选 择性 , 使混合物料中硬度大的岩石 、矿物基本保持 原始粒度 , 而硬度小的矿物破碎成细粒。这样可使 硬度不同的岩石、矿物分离 。煤和矸石是各种岩石 的混杂堆积物 , 各种岩石的强度差异较大 , 在用普 通的设备破碎煤和矸石时 , 由于各种岩石的硬度差 异 , 也存在破碎选择性 , 强度小的富含黏土矿物和 灰质的岩石优先破碎 , 趋向于分布在细粒级 , 而强 度较大的富含石英砂岩 、粉砂岩 、碳酸盐岩等 , 趋 向于粗粒度 。如果设计合适 的选择性破碎 分选设 备 , 人为地强化破碎过程中的选择性破碎现象 , 就 能使得煤和矸石按照强度不同分离出来。 为验证煤和矸石选择性破碎的可行性 , 试验采 用 10 t静态压力试验机 , 对西山杜儿坪煤矿的煤、 矸石进行了大量的破碎性试验。试验时 , 压力头采 用与煤 、矸石点接触式压力头和平面接触式压力头 2种形式 , 初始加载速度 1～4 mm / s。煤和矸石中 的矸石以泥岩 、页岩为 主 , 砂岩 、石灰岩比 例较 小 , 且强度又高 , 泥岩的性质最不稳定 , 因此只要 解决泥岩和煤的分离问题 , 也就解决了煤 、矸石分 离问题 。试验时矸石试件主要是泥岩 、页岩 。要求 试件是刚出井不超过 3 d的煤和矸石 , 以防止岩石 风化 , 影响试验结果 。 (1) 矸石的破碎力和煤的破碎力具有离散性 , 矸石的平 均破碎 力是 煤的平 均 破碎力 6 ～10 倍 , 煤 、矸石破碎力有一定的交叉 , 但交叉很小 , 具有 可分离性 。如采用平面接触 压力头 , 取破碎力 15 kN , 则有 415%的泥岩混入煤中 , 5%的煤混入矸 石中 ; 采用 点接 触压 力头时 , 取破 碎力 116 kN , 则有 115%的泥岩混入煤中 , 5%的煤混入矸石中。 因此 , 存在煤和矸石破碎分选准则 :
can be discha rged in the unde rground m ine. Key wor ds: coal and refuse separa tion in underground m ine; hydraulic; selective breaking
煤矸石是煤层中或煤层周围伴有可燃物质的岩 石 , 是采煤和选煤过程中所排出的固体废弃物 , 每 开采 1 t原煤要产生 150 ～250 kg的煤矸石。传统 的煤矸石分选是将原煤运出井口后经带式输送机运 到筛分系统 , 经过筛分机把大于 100 mm 的煤块和 矸石块筛分出来 , 然后通过带式输送机运到人工捡 矸楼 , 由工人把矸石从中捡出来 。小于 100 mm 的 原煤和矸石 经输 送机运到选 煤厂 , 经过筛 分和洗 选 , 把原煤中的矸石分选出来。这样的传统洗选工 序存在着以下问题 。
(1 ) 环境 污染严重 [ 1～2 ] 。煤矸石是煤炭 开采 和加工过程中的副产品 , 全国约有 20亿 t煤矸石 堆积在地表。每开采一吨原煤要产生 150～250 kg 的煤矸石 。也就是说 , 每年我国生产原煤 10亿 t, 排放 115～215亿 t的矸石 , 占地万亩以 上 , 同时 也向空中排放大量 SO2 , NO2等有害气体 , 严重的 污染了环境 , 给人类的身体健康带来不利的影响 。
1—排队带式输送机 ; 2—煤块 ; 3 —矸石块 ; 4—液 压分选辊 ; 5— 配油盘 ; 6—运煤带式输送机 ; 7 —运矸石带式输送机 ; 8—
液压系统 图 1 煤矸石液压式自动分选原理
在井下将原煤经筛分机 , 筛分成 50 ～90 mm , 91～160 mm , 160～300 mm 三个等级的块体 , 按 不同等级输送到各自的给送机构 , 通过给送机构的 振动机 , 使煤和矸石块送到排队带式输送机上的排 队孔中 , 使煤块、矸石块在输送带上离散分布 , 排 队带式输送机将煤和矸石块输送到旋转的液压分选 回转油缸下 , 液压分选回转油缸的弧形压板的旋转 线速度和排队带式输送机的速度相同 , 调整液压系 统压力使旋转压力油缸的压力大于煤的破碎力 , 小 于煤矸石的破碎力 , 在旋转过程中利用煤的破碎力 大于煤矸石的破碎力的煤、矸分选原则 , 当弧形压 板下是煤块时 , 由于油缸的压力大于煤块破碎力 , 油缸活塞在液压力的作用下 , 通过弧形压板将煤块 压碎 , 压碎的煤块通过排队带式输送机下面带孔托 板漏到下面的运煤带式输送机上运走 。当弧形压板 下是矸石块 时 , 由于油缸的 压力小于矸石 块破碎 力 , 油缸活塞在矸石块的反作用力下上移 , 油路的 压力油退让到气囊蓄能器中 , 矸石块完整的通过液 压分选回转油缸 , 由于矸石块没破碎 , 不能通过托
(2) 人力 、资 金投入大。把矸石从井 下运到
基金项目 : 国家 863计划资助项目 (2002AA 529170 )
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地面和进行洗选需要大量的资金和水资源 , 同时大 于 100 mm 的煤块和矸石通过人工捡矸 , 需要的人 员多 , 劳动强度大 。若实现井下原煤直接分选 , 使 矸石不出井口 , 回填到采空区 , 可解决以上问题。 同时解决矿区地面下陷问题 , 也可极大地提高煤矿 经济效益和社会效益 。 自 20世纪 60年代起 , 世界各产煤国一直探索 地面煤 、矸石分选技术及设备 , 煤矸石治理和综合 利用的研究 , 并且取得 了很大成 就 , 但从事 井下 煤 、矸石分选与回填技术的研究很少 。随着人们生 活水平的提高 , 对周围的环境要求越来越高 , 洁净 生产 , 绿色生产势在必行。为此 , 各国都在朝着无 污染的生产方向发展 。对于煤炭生产来说 , 实现井 下煤 、矸石分选 , 使矸石不出井 , 是实现煤炭洁净 生产 、绿色生产必由之路。目前的分选设备如在煤 矿井下使用 , 主要缺陷是受 煤矿井下条件 环境限 制 。因此 , 提出新的适合煤矿井下煤 、矸石分选方 法 , 研制安全可靠 、分选能力大 、运行寿命长的分 选设备是实现煤炭洁净生产 、绿色生产的关键 。
摘 要 : 针对当前煤矿生产过程中 , 煤炭出井后进行煤 、矸分选 , 排放大量的矸石 , 介绍了一种井 下煤 、矸石自动分选方法 , 该方法利用煤 、矸石的破碎力不同 , 采用液压旋转分选油缸对煤、矸石 进行破碎性自动分选 , 实现煤炭开采过程中 , 在井下直接把矸石分选出来 , 将矸石留在井下。 关键词 : 井下煤矸分选 ; 液压 ; 选择性破碎 中图分类号 : TD45519 文献标志码源自文库: A 文章编号 : 0253 - 2336 (2007) 03 - 0054 - 03
Fc ≤ Fl ≤ Fg 式中 Fc ———煤块破碎时需要的最大破碎力 ;
Fl ———煤和矸石破碎分选时所需的破碎力 ; Fg ———矸石破碎时所需的最小破碎力。 (2 ) 点接触载荷作用下比面接触载荷作用下 ,
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破碎力明显减小 , 点接触载荷破碎是面接触力载荷 破碎力的 1 /3左右 , 但点接触载荷作用下比面接触 力载荷作用下破碎力离散性加大 。
第 35卷第 3期 煤 炭 科 学 技 术 2007年 3月
井下煤和矸石液压式自动分选技术
董长双 1 , 姚平喜 1 , 刘志河 2
( 11太原理工大学 机械工程学院 , 山西 太原 030024; 21太原理工大学 矿业工程学院 , 山西 太原 030024 )
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第 35卷第 3期 煤 炭 科 学 技 术 2007年 3月
板下面的孔自动降落到托板的下面 , 而由排队带式 输送机运到运矸石带式输送机上再运到矸石抛射机 处 , 由抛射机抛射到采空区和废弃的巷道 , 从而将 煤和矸石分离 。 压差式 分选 回转油缸采 用高、低压腔 分离技 术 。采用配油盘使液压分选回转油缸中的高压油和 低压油分离开来。高压油只作用在处于正下方的油 缸活塞上 , 其他油缸活塞上作用的都是低压油 , 低 压油的压力调到只要保证弧形压板伸出状态 , 弧形 板伸出的长度 , 即活塞杆可调 , 以适应不同等级的 块体 。当系统处于工作状态时 , 由于低压腔液压油 作用在活塞上的压力很小 , 经带式输送机送来的煤 块和矸石块刚接触到弧形压板后 , 只要很小的作用 力 , 活塞便可顺利回缩 , 当活塞旋转到分选滚筒的 正下方 , 即活塞中心线和垂直方向夹角为 - 6～6° 的时候 , 活塞才受到高压腔中的高压油的作用 , 将 煤块压碎 , 矸石块完整通过 。采用高 、低压腔分离 技术后 , 不但减少分选回转油缸旋转的转矩 , 而且 不会发生分选回转油缸卡死现象 。
(1. School of Ma chine ry Eng inee ring, Ta iyua n U niversity of Sc ience and Technology, Ta iyuan 030024, China; 2. School of M ining Engineering, Ta iyua n U niversity of S cience a nd Technology, Ta iyua n 030024, Ch ina )
H yd ra u l ic a u tom a t ic sepa ra t ion techn o logy of coa l an d r efu se in un der gr oun d m in e
DON G Ch ang2shuan g1 , YAO P ing2xi1 , L IU Zhi2h e2
2 液压式煤和矸石破碎分选实现
为实现煤炭洁净生产、绿色生产 , 设计出煤矿 井下煤矸石液压式自动分选机。该方法采用机械回 转液压分选回转油缸 , 以液压力作为破碎力 , 利用 煤和煤矸石的破碎力不同将煤破碎 , 矸石不破碎的 原理将煤和矸石分选出来。其分选设备原理如图 1 所示 。
Ab stra ct: According to the present m ine p roduction p rocess, raw coa l out off the m ine will have a coal and refuse sepa ra tion proce ss. A great amount of coal refuse will be discha rged. The pape r introduced a coa l and refuse autom atic separation method in underground m ine. The m ethod ha s used the different breaking forces of the coal and rock. Hydraulic rotary separation cylinders can be used to make a break2 ing autom atic sepa ra tion of coa l and refuse. In the coal m ining proce ss, coa l refuse can be separated in unde rground m ine and the refuse
第 35卷第 3期 煤 炭 科 学 技 术 2007年 3月
1 压差式煤和矸石分选机理
由于井下环境的影响 , 目前地面分选设备在井 下使用存在 很大 的缺陷性 。依据煤矿井下 实际条 件 , 提出了液压式煤矸石选择性破碎机理 , 即对混 合物施加适当的作用力 , 使硬度较大的岩石 、矿物 不破碎 , 而硬度较小的岩石 、矿物完全破碎或基本 破碎 , 利用岩石、矿物的强度差异 , 强化破碎的选 择性 , 使混合物料中硬度大的岩石 、矿物基本保持 原始粒度 , 而硬度小的矿物破碎成细粒。这样可使 硬度不同的岩石、矿物分离 。煤和矸石是各种岩石 的混杂堆积物 , 各种岩石的强度差异较大 , 在用普 通的设备破碎煤和矸石时 , 由于各种岩石的硬度差 异 , 也存在破碎选择性 , 强度小的富含黏土矿物和 灰质的岩石优先破碎 , 趋向于分布在细粒级 , 而强 度较大的富含石英砂岩 、粉砂岩 、碳酸盐岩等 , 趋 向于粗粒度 。如果设计合适 的选择性破碎 分选设 备 , 人为地强化破碎过程中的选择性破碎现象 , 就 能使得煤和矸石按照强度不同分离出来。 为验证煤和矸石选择性破碎的可行性 , 试验采 用 10 t静态压力试验机 , 对西山杜儿坪煤矿的煤、 矸石进行了大量的破碎性试验。试验时 , 压力头采 用与煤 、矸石点接触式压力头和平面接触式压力头 2种形式 , 初始加载速度 1～4 mm / s。煤和矸石中 的矸石以泥岩 、页岩为 主 , 砂岩 、石灰岩比 例较 小 , 且强度又高 , 泥岩的性质最不稳定 , 因此只要 解决泥岩和煤的分离问题 , 也就解决了煤 、矸石分 离问题 。试验时矸石试件主要是泥岩 、页岩 。要求 试件是刚出井不超过 3 d的煤和矸石 , 以防止岩石 风化 , 影响试验结果 。 (1) 矸石的破碎力和煤的破碎力具有离散性 , 矸石的平 均破碎 力是 煤的平 均 破碎力 6 ～10 倍 , 煤 、矸石破碎力有一定的交叉 , 但交叉很小 , 具有 可分离性 。如采用平面接触 压力头 , 取破碎力 15 kN , 则有 415%的泥岩混入煤中 , 5%的煤混入矸 石中 ; 采用 点接 触压 力头时 , 取破 碎力 116 kN , 则有 115%的泥岩混入煤中 , 5%的煤混入矸石中。 因此 , 存在煤和矸石破碎分选准则 :
can be discha rged in the unde rground m ine. Key wor ds: coal and refuse separa tion in underground m ine; hydraulic; selective breaking
煤矸石是煤层中或煤层周围伴有可燃物质的岩 石 , 是采煤和选煤过程中所排出的固体废弃物 , 每 开采 1 t原煤要产生 150 ～250 kg的煤矸石。传统 的煤矸石分选是将原煤运出井口后经带式输送机运 到筛分系统 , 经过筛分机把大于 100 mm 的煤块和 矸石块筛分出来 , 然后通过带式输送机运到人工捡 矸楼 , 由工人把矸石从中捡出来 。小于 100 mm 的 原煤和矸石 经输 送机运到选 煤厂 , 经过筛 分和洗 选 , 把原煤中的矸石分选出来。这样的传统洗选工 序存在着以下问题 。
(1 ) 环境 污染严重 [ 1～2 ] 。煤矸石是煤炭 开采 和加工过程中的副产品 , 全国约有 20亿 t煤矸石 堆积在地表。每开采一吨原煤要产生 150～250 kg 的煤矸石 。也就是说 , 每年我国生产原煤 10亿 t, 排放 115～215亿 t的矸石 , 占地万亩以 上 , 同时 也向空中排放大量 SO2 , NO2等有害气体 , 严重的 污染了环境 , 给人类的身体健康带来不利的影响 。
1—排队带式输送机 ; 2—煤块 ; 3 —矸石块 ; 4—液 压分选辊 ; 5— 配油盘 ; 6—运煤带式输送机 ; 7 —运矸石带式输送机 ; 8—
液压系统 图 1 煤矸石液压式自动分选原理
在井下将原煤经筛分机 , 筛分成 50 ～90 mm , 91～160 mm , 160～300 mm 三个等级的块体 , 按 不同等级输送到各自的给送机构 , 通过给送机构的 振动机 , 使煤和矸石块送到排队带式输送机上的排 队孔中 , 使煤块、矸石块在输送带上离散分布 , 排 队带式输送机将煤和矸石块输送到旋转的液压分选 回转油缸下 , 液压分选回转油缸的弧形压板的旋转 线速度和排队带式输送机的速度相同 , 调整液压系 统压力使旋转压力油缸的压力大于煤的破碎力 , 小 于煤矸石的破碎力 , 在旋转过程中利用煤的破碎力 大于煤矸石的破碎力的煤、矸分选原则 , 当弧形压 板下是煤块时 , 由于油缸的压力大于煤块破碎力 , 油缸活塞在液压力的作用下 , 通过弧形压板将煤块 压碎 , 压碎的煤块通过排队带式输送机下面带孔托 板漏到下面的运煤带式输送机上运走 。当弧形压板 下是矸石块 时 , 由于油缸的 压力小于矸石 块破碎 力 , 油缸活塞在矸石块的反作用力下上移 , 油路的 压力油退让到气囊蓄能器中 , 矸石块完整的通过液 压分选回转油缸 , 由于矸石块没破碎 , 不能通过托
(2) 人力 、资 金投入大。把矸石从井 下运到
基金项目 : 国家 863计划资助项目 (2002AA 529170 )
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地面和进行洗选需要大量的资金和水资源 , 同时大 于 100 mm 的煤块和矸石通过人工捡矸 , 需要的人 员多 , 劳动强度大 。若实现井下原煤直接分选 , 使 矸石不出井口 , 回填到采空区 , 可解决以上问题。 同时解决矿区地面下陷问题 , 也可极大地提高煤矿 经济效益和社会效益 。 自 20世纪 60年代起 , 世界各产煤国一直探索 地面煤 、矸石分选技术及设备 , 煤矸石治理和综合 利用的研究 , 并且取得 了很大成 就 , 但从事 井下 煤 、矸石分选与回填技术的研究很少 。随着人们生 活水平的提高 , 对周围的环境要求越来越高 , 洁净 生产 , 绿色生产势在必行。为此 , 各国都在朝着无 污染的生产方向发展 。对于煤炭生产来说 , 实现井 下煤 、矸石分选 , 使矸石不出井 , 是实现煤炭洁净 生产 、绿色生产必由之路。目前的分选设备如在煤 矿井下使用 , 主要缺陷是受 煤矿井下条件 环境限 制 。因此 , 提出新的适合煤矿井下煤 、矸石分选方 法 , 研制安全可靠 、分选能力大 、运行寿命长的分 选设备是实现煤炭洁净生产 、绿色生产的关键 。
摘 要 : 针对当前煤矿生产过程中 , 煤炭出井后进行煤 、矸分选 , 排放大量的矸石 , 介绍了一种井 下煤 、矸石自动分选方法 , 该方法利用煤 、矸石的破碎力不同 , 采用液压旋转分选油缸对煤、矸石 进行破碎性自动分选 , 实现煤炭开采过程中 , 在井下直接把矸石分选出来 , 将矸石留在井下。 关键词 : 井下煤矸分选 ; 液压 ; 选择性破碎 中图分类号 : TD45519 文献标志码源自文库: A 文章编号 : 0253 - 2336 (2007) 03 - 0054 - 03
Fc ≤ Fl ≤ Fg 式中 Fc ———煤块破碎时需要的最大破碎力 ;
Fl ———煤和矸石破碎分选时所需的破碎力 ; Fg ———矸石破碎时所需的最小破碎力。 (2 ) 点接触载荷作用下比面接触载荷作用下 ,
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破碎力明显减小 , 点接触载荷破碎是面接触力载荷 破碎力的 1 /3左右 , 但点接触载荷作用下比面接触 力载荷作用下破碎力离散性加大 。
第 35卷第 3期 煤 炭 科 学 技 术 2007年 3月
井下煤和矸石液压式自动分选技术
董长双 1 , 姚平喜 1 , 刘志河 2
( 11太原理工大学 机械工程学院 , 山西 太原 030024; 21太原理工大学 矿业工程学院 , 山西 太原 030024 )
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第 35卷第 3期 煤 炭 科 学 技 术 2007年 3月
板下面的孔自动降落到托板的下面 , 而由排队带式 输送机运到运矸石带式输送机上再运到矸石抛射机 处 , 由抛射机抛射到采空区和废弃的巷道 , 从而将 煤和矸石分离 。 压差式 分选 回转油缸采 用高、低压腔 分离技 术 。采用配油盘使液压分选回转油缸中的高压油和 低压油分离开来。高压油只作用在处于正下方的油 缸活塞上 , 其他油缸活塞上作用的都是低压油 , 低 压油的压力调到只要保证弧形压板伸出状态 , 弧形 板伸出的长度 , 即活塞杆可调 , 以适应不同等级的 块体 。当系统处于工作状态时 , 由于低压腔液压油 作用在活塞上的压力很小 , 经带式输送机送来的煤 块和矸石块刚接触到弧形压板后 , 只要很小的作用 力 , 活塞便可顺利回缩 , 当活塞旋转到分选滚筒的 正下方 , 即活塞中心线和垂直方向夹角为 - 6～6° 的时候 , 活塞才受到高压腔中的高压油的作用 , 将 煤块压碎 , 矸石块完整通过 。采用高 、低压腔分离 技术后 , 不但减少分选回转油缸旋转的转矩 , 而且 不会发生分选回转油缸卡死现象 。
(1. School of Ma chine ry Eng inee ring, Ta iyua n U niversity of Sc ience and Technology, Ta iyuan 030024, China; 2. School of M ining Engineering, Ta iyua n U niversity of S cience a nd Technology, Ta iyua n 030024, Ch ina )
H yd ra u l ic a u tom a t ic sepa ra t ion techn o logy of coa l an d r efu se in un der gr oun d m in e
DON G Ch ang2shuan g1 , YAO P ing2xi1 , L IU Zhi2h e2