重介浅槽分选机的应用现状
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[摘 要]重介浅槽分选机是当前比较流行的一种块煤重介质分选设备，因其具有诸多优点，而受到广大用户的青睐。本文介绍了重介浅槽分选机的结构特点和工作原理，以及重介浅槽分选机的应用现状和生产中常见的故障及应对措施。说明了重介浅槽工艺在我国选煤行业的广阔市场前景，并对中国国内重介浅槽分选机的应用前景进行了探讨。
[关键词]重介浅槽分选机；块煤排矸；应用
中图分类号：N39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0343-03
经过选煤工业几十年的生产实践和科学研究，重介质选煤以其分选效率高、工艺系统简单、生产管理方便等优点，而被越来越多地运用到选煤厂实践中，并在选煤工艺中逐渐占据了主导地位。其中，重介浅槽分选机作为目前块煤分选常用的一种重介质分选设备，在新建选煤厂中，重介浅槽分选机已经基本取代了传统的块煤重介质分选设备，如重介质立轮、斜轮分选机等，在生产中发挥着越来越重要的作用[1]。
1 重介浅槽分选机的结构和工作原理
1. 1 结构
重介浅槽分选机的主要由槽体、水平流和上升流系统、排矸刮板系统、驱动装置等部分组成，如图1所示。槽体是一个钢外壳的长条形槽式结构。在槽体的长边两侧分别设有入料箱和溢流堰。入料箱底部设有水平流介质管，为浅槽分选机提供水平介质流[2]。水平介质流可保证物料层向排料的方向运动，并起到维持槽内液面的高度的作用；上升介质流则通过槽体底部的上升介质流漏斗进入槽体。槽体底部的漏斗上整体铺设一层带孔的耐磨衬板，并在槽体长边两侧的下部各铺设一条刮板链导向轨，刮板装置沿轨道移动，将矸石从槽体窄边一头排出。
排料刮板系统由头轮组、尾轮组、两组随动轮组、刮板、链条、导轨、连接板等组成。刮板通过连接板固定在两侧链条之间，链条挂在头轮组、尾轮组及随动轮组两侧的链轮上，链条的下端嵌入导轨滑槽内；头轮组、尾轮组、随动轮组均由轴、两片链轮、轮毂、滚动轴承组成，通过轴承座固定在槽体侧板的相应位置上。
驱动装置由电动机、减速机和三角带等组成。
1.2 工作原理
重介浅槽分选机是根据浮沉原理，将被分选原煤在一定密度的悬浮液中按密度差异进行分层和分离的设备[3]。在分选过程中，低密度的煤由于低于悬浮液密度而上浮，高密度的矸石等则在重力的作用下沉至槽体底部。最终，煤从溢流堰排出，矸石通过槽体底部的刮板输送机排出。悬浮液则是通过两个部位给入分选槽内：从槽体下部漏斗给入的上升流和从原煤给料侧带孔的布流板给入的水平流，生产中需要保证进入槽体内的悬浮液都是均匀分散的。其中，上升流的作用是保持悬浮液均匀、稳定，并使精煤上浮，起到分散入料的作用。水平流通过布料箱的反击和限制，可使水平流全宽、均匀的进入槽体内。水平流的作用是保持槽体上部悬浮液密度稳定，同时形成一个由入料端向排料端的水平运动，对上浮精煤起到运输作用。
入选原煤进入分选槽后，通过调节挡板的作用可使物料全部浸入到悬浮液中，在浮力的作用下完成分层。精煤等低密度物浮到分选槽的上部，矸石等高密度物沉到槽体底部。在下沉过程中，与矸石混杂的低密度物由于上升流的作用而充分分散后继续上浮。最终在水平流的作用下，使得浮在悬浮液上部的低密度物由溢流口排出，成为精煤产品；沉到槽底的高密度物在刮板的作用下，由机头溜槽排出成为矸石产品，最终完成原煤的分选过程[4-5]。
2 重介浅槽分选机的应用
2.1 重介浅槽分选机的应用历程
重介质浅槽分选机早在20世纪40年代就开始使用，通过欧美各国的推广和完善，形式在不断地改进。从开始时的DSM型分选机、麦克纳利―特朗普分选机、巴沃依分选机、利巴分选机，到最近比较流行的丹尼尔分选机、彼德斯分选机。我国在20世纪50年代开始研究重介浅槽分选机，但进展较为缓慢。
一直到20世纪90年代，我国才开始大规模应用重介浅槽分选机。其中以平朔安太堡选煤厂最先从美国引进了丹尼尔重介质分选机，用于分选13～150mm块煤。由于该设备具有操作维护简单、投资低、效率高等优势，很快就在我国得到认可，成为目前我国新建选煤厂中块煤分选工艺的主选设备。从发展上来看，重介浅槽大有代替重介斜轮、立轮分选机的趋势。
21世纪以来，彼德斯浅槽分选机开始在神东地区使用。2002年，孙家沟选煤厂首次在神东地区使用重介浅槽分选机分选块煤。在此之后，神东地区新建选煤厂基本为块煤重介质浅槽工艺。重介浅槽分选机在该地区的广泛应用，为提高选煤工艺水平和洗选煤炭的质量作出了重要贡献。
目前，响应国家发展改革委的倡导，陕北大型煤炭示范基地建设启动。规划利用10年左右的时间，打造一个煤炭、电力、化工、铁路、物流一体化的工业园区。对目前规划开发的71座矿井，包括现有的6座选煤厂，其选煤方法基本采用块煤浅槽分选工艺，突显出了重介浅槽分选机在选煤工艺中的重要地位。
2.2 重介浅槽分选机的应用分析
2.2.1 选煤厂块煤排矸
重介浅槽分选机是目前选煤厂块煤排矸的首选方法，由于其分选效率高，分选密度可调节范围宽，加之分选粒度范围宽、处理量大，且易于管理，生产过程可实现自动化的优点，所以在国内选煤厂得到了很好的应用。但是，国内使用的重介浅槽分选机多以进口产品为主；国内生产的重介浅槽分选机大多是仿照国外设计的。
路庆华[6]对西曲矿选煤厂原有的选择性破碎机块煤排矸工艺进行改造，通过对新设备的可行性研究以及现有几种排矸设备的优缺点分析，结合入选煤质不稳定的特点，最终选择了 XZQ―1635型浅槽重介分选机作为块煤的排矸设备。通过半年多的生产实践表明，采用重介浅槽分选机对排矸系统的技术改造是可行的。改进后的重介浅槽分选机运行稳定，完全满足了生产需要。虽然工艺较以前复杂，技术改造投入成本高，但该工艺系统管理方便，机器运行噪音小，改善了职工工作环境，同时降低了矸石带煤量，减少了煤炭资源的浪费。
焦红光等[7]通过对马村选煤厂+13mm无烟块煤分选效果较差的原因进行分析，决定对该厂原有的两段水洗溜槽对块煤洗选系统进行技术改造。最终在满足生产要求的前提下，保留了原一段水洗溜槽分选工艺，并增设了浅槽重介质精选流程。生产实践表明，改造后的工艺效果有了显著提高，不仅解决了长期以来焦作矿区由于原煤中介石含量高而带来的选后煤炭产品质量问题，提高了块精煤的质量，而且有效地回收了原煤中的介石。其中介石产品中因含有较多的可燃成分，既可单独作为一种产品，又可破碎后再选，不仅保护了资源，又增加了企业的经济效益，收到了良好的效果。
李艳红等[8]对华丰矿选煤厂采用重介浅槽排矸工艺对原有的排矸工艺进行改造，以 XZQ―1620 重介浅槽分选机分选 200～50 mm粒级的块煤，有效地解决了该选煤厂人工选矸效果差的问题。不仅减少了工人的劳动强度，而且可排除入选原煤中 70% 的矸石，降低了块煤产品的灰分，提高了经济效益。
孙永新等[9]对山西王坡选煤厂100～13mm块煤重介浅槽分选效果进行了分析，其中，分选设备采用的是W8F48型重介浅槽分选机。从应用实践来看，W8F48块煤重介浅槽分选机具有体积小、性能稳定、事故率低等特点，同时分选效率可达95%以上，可能偏差为0.07，达到了良好的分选指标。
冯国富等[10]对斜沟煤矿选煤厂中DMB8013型重介浅槽分选150～50 mm 块原煤的效果进行评估。从单机检查试验和生产实践表明，DMB8013型重介浅槽在斜沟煤矿选煤厂应用效果良好。150～50 mm块原煤分选效率高达99.8%；矸石中带煤损失为 0.11%；设备的小时处理量大，适应生产要求。
2.2.2 井下原煤排矸
随着采煤工业逐渐采用机械化大生产，使得煤层顶、底板及夹矸煤大量混人原煤中，造成原煤中矸石含量的增加。然而在一般的采煤流程中，原煤在井下是不做处理的，而是通过提升系统提升至地面后再进行排矸作业，排出的矸石堆积成矸石山，不仅占用了大量的土地，而且矸石中含有一定的可燃物，在一定的情况下还会发生自燃，排放出二氧化硫、氮氧化物和烟尘等大量有害气体，污染环境。如果能将原煤中的矸石在井下排出，将分选出的矸石直接回填，则将会产生巨大的社会效益和经济效益。
目前国内第一座井下选煤厂已经在山东新汶矿业集团落户生产。利用重介浅槽排矸工艺，实现了原煤井下洗选、矸石就地充填。不但解决了矸石占用土地、污染环境的问题，而且还降低了运输成本。该井下重介浅槽排矸工艺由来料系统、煤矸分选系统、介质回收系统、煤泥水处理系统四大系统组成，如图2所示。该厂自 2010 年6 月投产以来，系统运行可靠，产品质量稳定，设备维护量小，自动化程度高；主要重介浅槽分选机分选效率高达 98. 5% 以上，矸石中带煤率
在井下建立重介浅槽分选工艺是原煤井下分选、排矸的一个方向，重介浅槽分选机作为井下选煤厂的主选设备具有较高的分选效率，大幅度减少矿井矸石运输产生的无效运输量，不仅提高了企业的产能，降低了成本，而且减少了环境污染。在“十二五”期间，国家将研究建设井下选煤厂作为重点项目，并大力发展井下重介浅槽分选工艺。
3 重介浅槽分选机使用中常见故障及应对措施
3.1 常见故障
（1）槽内异物，造成卡链现象
重介浅槽分选机采用刮板链传动的方式来运输重物料。在生产过程中，常因原煤中混有的长条煤块、木棍、铁器、棉纱、胶带机胶皮带等杂物在重介浅槽分选机底部卡住，造成卡链或堵链，严重时还会造成跳链、断链等事故，从而影响设备的正常运转。
（2）链片磨损，出现断链现象。
重介浅槽分选机的链条是最易损坏的一个机构，链条失效的主要原因是磨损。因为链条的链板与导轨、套筒与导轨及销轴与套筒之间存在着较大的摩擦力，而且长期受水、介质粉以及煤泥等多重因素的影响，链条易磨损或脱落，导致链条失效。一旦出现断链或者其他链条故障，若不能及时采取措施，电机不但会拉断链条，还会拉坏浅槽的其他部件；与此同时，块原煤和介质会在槽体内积聚结块，致使整个浅槽“压死”，给维修带来了很大的困难。
（3）介质系统出现密度不稳定问题
重介浅槽分选机在洗选过程中，一定时间内，介质密度可能会出现达不到设定值的现象。如果介质的密度太低，会造成大量精煤混入矸石中排出，导致“压死”浅槽刮板或堵塞矸石溜槽。于此同时，由于介质与煤炭沉积在一起，使得产品脱介变得非常困难；如果介质的密度太高，又会使大量的中煤或矸石进入精煤系统，造成块精煤质量下降。另外，如果介质系统不稳定导致介质桶内的液位太低时，也会使分选机中的煤与介质积压，造成槽体底部刮板“压死”。
3.2 应对措施
3.2.1防止链条卡链的应对措施
增大对原煤入选前准备工序的投入，尽量减少杂物进入分选槽。为此，在原煤从煤仓到重介浅槽分选机所流经的每一个转载或分级环节都需要增设孔径大小不一的篦子和下料溜槽，清理出大块煤和杂物。同时加大工作人员巡回检查的力度，及时发现篦子上的杂物并清理；加强对除铁器的管理，及时清理除铁器上的铁器，确保设备的正常运转。
3.2.2 防止链条断链的应对措施
针对链条经常断链的情况，可采取的措施有：
（1）减少主传动小链轮的齿数，降低链速，同时在从动轴上安装保护装置；
（2）日常管理中，对链条进行预紧和拉紧相结合，减少链条磨损，延长链条的使用寿命；
（3）在重介浅槽分选机运行一定时间后，及时调整紧链器和机尾的距离，防止机尾弯曲滑道处出现链条脱离滑道的现象。
3.2.3确保密度稳定的对策措施
（1）对介质的回收处理，要保证介质的回收率。尽量减少煤流带入的煤泥量 （煤泥的表面积大，将增加介质的粘附量） ，可通过筛前湿法筛分来保证；同时加强对磁选机的日常管理，确保介质的回收。
（2）合理选择喷水位置，采用固定筛板对产品进行预先脱介，在分级段采用双层脱介，以增加脱介筛的脱介面积。对第一喷水点位置的选择取决于预先脱介效果和振动筛的预脱介的效果，如脱介效果好，第一喷水点要靠近振动筛的稀脱介处，同时还要与筛下溜槽位置相对应；第二喷水点选在第一喷水点与排料端中间。
4 结语
煤炭在很长一段时间内仍是我国所依赖的一次能源，如何高效、洁净地开发和利用丰富的煤炭资源，依旧是当前必须解决重大战略课题。加大动力煤洗选比例，走洗选加工之路；同时加速煤炭企业的整合，实现煤矿和与之配套的选煤厂的大型化发展是解决该课题的必由之路。重介浅槽分选机以其处理能力大、分选速度快、分选精度高等优势在选煤工艺中占据着越来越重要的地位。随着国家对煤炭洗选加工的重视，重介浅槽工艺在中国选煤行业将具有十分广阔的市场前景。因此在加强和完善重介浅槽分选工艺研究的基础上，大力发展具有中国自主产权的大型重介浅槽分选机，开辟出适合中国国情特点、适应快速提高动力煤入洗比例的建厂技术途径，对实现我国煤炭工业的可持续发展有着重要的意义。
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作者简介
郭世明（1982-），男，汉族，甘肃省会宁县人，工程师，学士学位，现为太原理工大学在职硕士研究生，从事选煤生产管理工作。