采煤技術(shù)升級(jí)以提升采煤質(zhì)量的研究

侯彬璨

一、概 述

在過(guò)去10年中，煤炭開(kāi)采機(jī)械方法的密集發(fā)展導(dǎo)致煤炭質(zhì)量顯著下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)，甚至在1975年，國(guó)內(nèi)主要煤炭地區(qū)的機(jī)械化水平（傾角最大為35度的煤層）仍為73.7%～90.0%；現(xiàn)在其指標(biāo)已達(dá)100%。

目前，地下采煤的主要部分是通過(guò)狹窄的取煤機(jī)來(lái)進(jìn)行的。只是，隨著其功率容量的增長(zhǎng)而存在增加提取煤炭的降解的趨勢(shì)。過(guò)度退化的開(kāi)采煤炭嚴(yán)重影響了煤礦的經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)，大多數(shù)煤礦企業(yè)的損失與煤炭質(zhì)量的不斷下降有關(guān)。

增加的品種組成要求主要是針對(duì)能源清潔煤。這種煤的尺寸與大小過(guò)度退化使它們?cè)诘燃?jí)、運(yùn)輸上的分離變得復(fù)雜，并導(dǎo)致煤炭銷(xiāo)售價(jià)格顯著下降。

在西部地區(qū)，提取的煤炭中有很大一部分達(dá)到了煉焦的60%。所有煉焦煤均進(jìn)行升級(jí)操作。小規(guī)模的洗煤方法的成本比大級(jí)別的煤高4～8倍。

近年來(lái)，煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量與開(kāi)采的煤的灰分含量增加相關(guān)，而對(duì)其品種組成的關(guān)注也較少。隨著煤炭提純量的增加，被壓碎的碎塊煤炭的增長(zhǎng)導(dǎo)致大量不可升級(jí)的浪費(fèi)，其在加工和材料生產(chǎn)中均需要額外的成本。因此，從經(jīng)濟(jì)的角度看，減少提取煤的尺寸退化的必要性是不可否認(rèn)的。

機(jī)械化開(kāi)采中煤炭的過(guò)度降解，也會(huì)導(dǎo)致大量的粉塵排放。在這種情況下，粉塵排放量就會(huì)超標(biāo)，不僅會(huì)使工作復(fù)雜化，增加風(fēng)險(xiǎn)并降低生產(chǎn)率，還會(huì)對(duì)礦工的健康產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此有必要停止采煤機(jī)，采取額外的抑塵措施，使工作流程更加精細(xì)化與復(fù)雜化，降低采掘工作面的生產(chǎn)率。

有些地區(qū)的煤炭公司、化工廠，發(fā)電站的高度密集化極大地破壞了環(huán)境。采礦機(jī)械單位生產(chǎn)率的提高鼓勵(lì)了新礦山和露天礦的快速發(fā)展，不僅增加了空氣污染的風(fēng)險(xiǎn)，還增加了水污染的風(fēng)險(xiǎn)。

目前，某些地區(qū)向空氣中的廢氣與顆粒物的總排放量平均每年為150萬(wàn)噸，其中煤炭企業(yè)為18萬(wàn)噸（占11.7%）。這些懸浮固體污染物，污染了附近的居民區(qū)。煤炭生產(chǎn)不僅會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，也會(huì)給周邊群眾身體健康造成嚴(yán)重威脅，加上我國(guó)生態(tài)環(huán)境改善力度加大，因而采煤破碎必須減少。而生態(tài)環(huán)境有效改善以及綠色生產(chǎn)的提出，也為了更好促使煤炭企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新，因而迫切需要減少煤炭企業(yè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的下降，包括提取煤炭的質(zhì)量下降，是因煤炭企業(yè)現(xiàn)代化科技設(shè)備供應(yīng)不足，現(xiàn)代開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用較少和煤炭生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)下降。所謂科學(xué)技術(shù)革新，是由復(fù)雜的煤礦地質(zhì)條件決定的。

為了使用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（等級(jí)因子）進(jìn)行比較，計(jì)算了完美系數(shù)k和細(xì)度指標(biāo)km。這些指示器從磨削的角度獨(dú)特地表征了切割模式，獲得的指數(shù)km=0.015-0.02對(duì)應(yīng)于有效的切削工具和方法以及漸進(jìn)切削方式。因此，當(dāng)今煤炭工業(yè)企業(yè)的情況表明，最新的機(jī)械科學(xué)成果找不到合適的應(yīng)用。如，為在狹窄的采礦區(qū)域內(nèi)采用現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備，一些機(jī)械公司開(kāi)發(fā)研究了專(zhuān)門(mén)用于煤炭開(kāi)采的銑刀及螺桿執(zhí)行器。它們使大型煤種的產(chǎn)量大幅增加了6%～14%。這種銑刀的螺釘應(yīng)用面積僅占正在開(kāi)發(fā)的煤層的20%～25%，而帶有碟刀的螺釘甚至沒(méi)有脫離原型階段，盡管它有一些技術(shù)規(guī)范。限制使用這些螺釘?shù)脑蚴?，使用更昂貴、更不可靠的切屑螺釘所產(chǎn)生的額外成本被視為煤礦的細(xì)分市場(chǎng)，只有在對(duì)煤炭進(jìn)行分類(lèi)和升級(jí)后，整個(gè)煤礦的經(jīng)濟(jì)效益才能提高。

因此，通過(guò)提高提取煤的質(zhì)量并通過(guò)實(shí)施新技術(shù)，改善經(jīng)濟(jì)收益。此外，當(dāng)今俄羅斯現(xiàn)有煤炭?jī)r(jià)格的不足使精礦和原煤的價(jià)格差異很小，從而導(dǎo)致改善煤炭品種構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)影響很小。

二、結(jié)果與討論

為確保整個(gè)行業(yè)中煤炭等級(jí)的提高，需要計(jì)劃和標(biāo)準(zhǔn)化在采礦過(guò)程的所有階段生產(chǎn)的煤炭的品種組成。而進(jìn)行操作分析，采用品種組成技術(shù)，有必要評(píng)估采礦過(guò)程中每個(gè)操作對(duì)煤壓碎的貢獻(xiàn)，尤其是將破壞作為基本操作的貢獻(xiàn)。

在過(guò)去10年中進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，旨在改善狹窄夾持的采煤機(jī)的工作機(jī)體，揭示螺釘?shù)呢?fù)載能力與其構(gòu)造參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)之間的定性和定量依賴性?；谶@些，我們提出了許多改進(jìn)建議。

在以下方面進(jìn)行了合理選擇切割方案和切割器位置的研究：獲得優(yōu)質(zhì)的煤成分和最少的粉塵排放；有效地處理含巖層和夾雜物的煤層；降低動(dòng)態(tài)載荷在驅(qū)動(dòng)器上。

選擇合理的切割方案和將切割器放置在螺桿上的方法，包括用一臺(tái)儀器進(jìn)行煤切割過(guò)程的基本規(guī)律。主要結(jié)論是，隨著平均切削深度值和切屑橫截面的增加，煤的能耗和分解煤的產(chǎn)量均出現(xiàn)雙曲線下降。建議在合理的能耗和等級(jí)穩(wěn)定方面選擇切削深度與切屑橫截面的合理值。

切削工具破壞煤的機(jī)理可以解釋切削工具對(duì)煤粉和脆性巖石的物理性質(zhì)。它確定了各種尺寸的煤塊連續(xù)系列的存在，范圍從煤破壞產(chǎn)品中的細(xì)?。ǚ蹓m）級(jí)分開(kāi)始。

決定煤炭種類(lèi)組成的主要因素包括：煤的可破壞性，破壞方案參數(shù)和切割條件，采煤工作面處理方法，工作體設(shè)計(jì)。

三、結(jié) 語(yǔ)

切割過(guò)程中過(guò)度磨煤不僅會(huì)降低其商業(yè)價(jià)值，而且會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，這是采煤機(jī)工作面高粉塵排放量的起點(diǎn)。高粉塵含量使工作人員的工作復(fù)雜化，增加了工傷事故的發(fā)生率，降低了采煤工作面的生產(chǎn)率。

分析數(shù)據(jù)證明，現(xiàn)代采煤機(jī)在大量采煤工作面的工作特點(diǎn)是產(chǎn)出的煤品位低，粉塵排放量大。它對(duì)于環(huán)境友好地利用自然資源非常重要，這將是未來(lái)幾年的關(guān)注重點(diǎn)。