輸煤系統(tǒng)凍粘及揚(yáng)塵問題的預(yù)防和處理措施

劉 杰，劉 超，于美微，張理航

（1.山東礦機(jī)集團(tuán)股份有限公司，山東濰坊 262400；2.山東礦機(jī)華信智能科技有限公司，山東青島 266000）

0 引言

我國東北、內(nèi)蒙、新疆等北方嚴(yán)寒地區(qū)的露天礦帶式輸送機(jī)輸煤系統(tǒng)，在冬季最低氣溫可達(dá)-40 ℃，如果煤質(zhì)含有一定水份，煤與膠帶表面會凍粘在一起，當(dāng)膠帶工作面粘附物料后，不僅輸送機(jī)的運(yùn)行阻力和運(yùn)行功率增大，而且回程膠帶的沾料會在沿線灑落，造成污染。遼寧工程技術(shù)大學(xué)對煤凍粘問題的機(jī)理進(jìn)行了深入研究，在嚴(yán)寒之下含水分煤凝結(jié)所形成的煤泥冰與膠帶基體表面充分接觸，煤粒度越小，溫度越低，煤泥冰與膠帶表面的凍結(jié)粘附強(qiáng)度就越大，這是膠帶上的凍粘物料難以清除的根本原因。

凍粘問題長期存在于我國北方露天煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中，從現(xiàn)場調(diào)研和資料中可以看出，凍粘問題主要存在于帶式輸送機(jī)膠帶的工作面、滾筒的外表面和落料斗的內(nèi)表面等與物料接觸的部位，以下針對膠帶的凍粘及揚(yáng)塵問題的預(yù)防和處理措施進(jìn)行說明。

1 凍粘問題的解決措施

1.1 噴灑防凍液

在膠帶工作面噴灑防凍液，已在內(nèi)蒙、新疆等露天煤礦廣泛使用，有效地解決了膠帶表面煤的凍結(jié)問題。根據(jù)當(dāng)時當(dāng)?shù)氐氖彝鈿鉁?，在膠帶表面均勻噴灑一定濃度的防凍液，最常使用的是10%～30%質(zhì)量濃度的氯化鈣水溶液。其防凍粘的原理是利用不同濃度的氯化鈣水溶液凝固點(diǎn)不同（圖1），當(dāng)水溶液噴灑在膠帶表面后會形成一層防凍隔離層，阻斷煤泥與膠帶的潤濕表面接觸，使得煤泥不會與膠帶粘結(jié)。

圖1 氯化鈣水溶液物理特性

在輸送系統(tǒng)設(shè)置溫度、流量等傳感器，可通過電氣控制系統(tǒng)對防凍液的濃度和用量進(jìn)行計(jì)算。從使用效果來看，氯化鈣水溶液防凍粘的效果顯著，但其成本較高，還會對膠帶造成一定的腐蝕，降低膠帶的使用壽命。在實(shí)際使用中可以添加緩蝕劑，減緩氯化鈣水溶液對膠帶的腐蝕。另外，膠帶在噴灑了大量水溶液后，容易產(chǎn)生膠帶打滑和跑偏的現(xiàn)象。

1.2 機(jī)械方式清除

清理膠帶工作面粘料的常用方法是使用多級清掃器清理，但是對于嚴(yán)寒地區(qū)，由于凍粘物料與膠帶間的粘附力極強(qiáng)，沾料難以清理。當(dāng)凍粘的物料厚度達(dá)到20 mm 后，清掃器的壓緊裝置壓縮到極限，無法起到調(diào)整作用。因此，嚴(yán)寒地區(qū)的機(jī)械清理，必須采用重型刮板清掃器、螺旋式的清掃器等來強(qiáng)力設(shè)備清除凍粘的物料，也可以使用專業(yè)公司開發(fā)的機(jī)械式凍結(jié)物料清除裝置，以增強(qiáng)清理凍粘物料的效果。

市場上提供的機(jī)械式凍粘物料清除裝置經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，在回程膠帶上采用多級碾壓、清掃的方式，將膠帶擠壓并產(chǎn)生一定的彈性變形，才使凍粘的物料得以清除。采用梳形或螺旋式的壓輥碾壓，凍粘的物料同時受到垂直方向擠壓和橫向的力，經(jīng)過多次輥壓以后，粘料就會與膠帶發(fā)生相對位移而變得疏松，最后再通過強(qiáng)力清掃器清理干凈。機(jī)械輥壓裝置需調(diào)整到壓力不小于1.0 MPa，通常需要設(shè)置彈簧來避免壓力超限而損傷膠帶。采用機(jī)械方式清除凍粘物料會產(chǎn)生大量的粉塵，因此需要在清理位置設(shè)置密封罩、除塵系統(tǒng)或?yàn)⑺畤婌F，以解決因清掃引起的揚(yáng)塵問題。

1.3 熱水噴淋、烘（吹）干

專業(yè)設(shè)備廠家綜合運(yùn)用熱水噴淋、多級清掃及烘干方法，即在膠帶的回程工作面上先采用60～80 ℃的熱水噴淋，可將粘結(jié)的煤泥冰融化，其后再經(jīng)過2～3 級的強(qiáng)力清掃，最后對膠帶表面殘留的水分烘（吹）干。

上述清理方式需要在短時間內(nèi)對凍粘在膠帶上的物料進(jìn)行加熱，煤泥冰徹底融化必須有足夠的熱量輸入Q 和受熱時間T。如果輸送機(jī)的帶速大于等于3.15 m/s，室外溫度低于-20 ℃，上述清理方式可能難以在短時間內(nèi)融化粘結(jié)的煤泥冰并徹底清理。此種方式需要根據(jù)具體情況，通過現(xiàn)場反復(fù)試驗(yàn)，調(diào)整工作參數(shù)來獲得最佳使用效果。

如果在轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)沒有熱水噴淋的條件也可以使用高壓水對膠帶進(jìn)行沖洗，用清掃器清理完后再將膠帶烘（吹）干。

1.4 超聲波方式清除

采用超聲波方式清理膠帶粘附的煤泥冰，這種技術(shù)已廣泛應(yīng)用于冷凍食品行業(yè)。膠帶凍粘后，需要將回程膠帶經(jīng)過盛有液體的水槽，水位須淹沒膠帶，在容器底部設(shè)置超聲波蓄能器，超聲波發(fā)生器使蓄能器作用而轉(zhuǎn)換成水槽內(nèi)液體的高頻振動，膠帶上凍粘的物料就會被振松，再通過清掃器的清理后烘（吹）干。超聲波解凍清除凍粘物料的優(yōu)點(diǎn)是除凍速度快，且為非接觸式清理，不會直接損傷膠帶。

對采用熱水噴淋、高壓水沖洗、超聲波振動方式?jīng)_洗下來的泥水，在排放后還需經(jīng)過沉淀池內(nèi)充分沉淀、過濾，才能將煤泥回收，須定期清理，對于沖洗水則可循環(huán)利用。顯然，水沖洗系統(tǒng)的沉淀、回收的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大，必須通過專業(yè)設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)。

2 露天揚(yáng)塵的密封措施

清理膠帶表面凍粘物料如果不徹底，粘附有物料的回程膠帶與回程托輥接觸反復(fù)滾動摩擦，加之膠帶自身運(yùn)行時的振動，回程膠帶下方的廊道地面就會有大量的煤顆粒灑落，物料收集和清理工作量大，同時對周圍環(huán)境也造成了污染。

露天礦輸煤系統(tǒng)一般為非全封閉式，對于上承載面通常可以采用普通的防塵罩封閉，結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)；缺點(diǎn)是僅封閉承載工作面，在防雨罩內(nèi)與膠帶兩側(cè)有空隙，密封不嚴(yán)，容易撒料。

為了增強(qiáng)防塵罩的密封效果，可對承載面的普通防塵罩罩體進(jìn)行改造（圖2），在防雨罩內(nèi)側(cè)加裝順膠帶方向的密封條與膠帶工作面形成接觸密封，可對所運(yùn)輸?shù)奈锪线M(jìn)行很好的密封。另外，為增強(qiáng)回程膠帶的封閉性，可在下部機(jī)身的兩側(cè)加裝下防塵罩封閉，與承載面的上防塵罩相互搭接，上、下防塵罩組成了分體式的封閉結(jié)構(gòu)，使用和維護(hù)時可單獨(dú)將上防塵罩或下防塵罩開啟，方便定期清理灑落的物料。

圖2 密封防雨罩

3 設(shè)計(jì)階段解決凍粘和揚(yáng)塵問題的措施

在方案設(shè)計(jì)階段就應(yīng)采取相應(yīng)技術(shù)措施，避免凍粘和回程粘料的問題。對于短距離的輸送機(jī)，特別是嚴(yán)寒地區(qū)，輸煤系統(tǒng)盡量采用保溫封閉廊道，可以避免物料凍粘的發(fā)生，同時也更加環(huán)保。對于無法采用保溫封閉廊道的區(qū)域可以采用以下其他方式進(jìn)行預(yù)防和解決。

3.1 增加翻帶裝置

對單機(jī)輸送長度超過1 km 的長距離輸送機(jī)可以加設(shè)翻帶裝置，并設(shè)置在保溫環(huán)境的室內(nèi)。翻帶過程可以清理大部分膠帶表面的凍粘物料，關(guān)鍵是翻帶后工作面向上，回程托輥不再與膠帶工作面接觸，可有效地避免輸送系統(tǒng)沿線的撒料現(xiàn)象。翻帶裝置的使用時間越長，總體的經(jīng)濟(jì)性就越好。

翻帶裝置可以在輸送機(jī)的頭部或尾部空間內(nèi)合理緊湊布置，翻帶裝置需視帆布和鋼絲繩芯膠帶的類型，長度不小于12.5或22 倍的帶寬B。翻帶裝置結(jié)構(gòu)簡單，對于翻落下來粘附的煤顆?？墒覂?nèi)集中清理，也可根據(jù)現(xiàn)場的空間靈活加設(shè)自動收料裝置，以減少收集和清理的工作量，通常可以采用簡易刮板輸送機(jī)或者小型皮帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)。

3.2 回程段采用管狀膠帶

在回程段采用管狀膠帶方式，這樣粘附物料的回程膠帶就可以密閉起來，只有在回程膠帶的頭或尾部展開段會有物料灑落，可以有效地防止輸送機(jī)沿線的揚(yáng)塵污染，只需處理頭尾部回程膠帶下方灑落的物料即可。

通常在北方的嚴(yán)寒地區(qū)很少使用管狀帶式輸送機(jī)，原因是其運(yùn)行阻力和運(yùn)行功率特別大。為減小回程阻力和功率損耗，可加大托輥間距并適當(dāng)減少托輥數(shù)量（圖3）。采用3/3 型PSK 托輥組或僅配置3 個托輥進(jìn)行交替使用。

圖3 回程段采用3 托輥和6 托輥管狀膠帶

4 結(jié)束語

對于膠帶凍粘問題的處理，需要從節(jié)能、環(huán)保、安全、成本等多方面進(jìn)行分析、評估，最終選擇確定最經(jīng)濟(jì)合理的清理方式。顯然，噴灑防凍液是目前最常用和有效的解決方式。露天煤礦在噴灑防凍液時，需要綜合考慮防凍液的成本以及對膠帶的腐蝕，合理選擇用量。而對于采用機(jī)械方式清除，則需考慮是否會對膠帶產(chǎn)生損傷以及環(huán)保問題。如果計(jì)劃設(shè)置翻帶裝置和回程管狀膠帶，需要在設(shè)計(jì)之初就對安裝空間、運(yùn)營成本等進(jìn)行對比分析。

應(yīng)根據(jù)露天礦輸煤系統(tǒng)當(dāng)?shù)氐氖彝鈿鉁?、煤質(zhì)含水、資金成本情況等因素合理選用防凍粘措施，可采用一種或多種方法綜合運(yùn)用，經(jīng)濟(jì)、有效地解決北方嚴(yán)寒地區(qū)帶式輸送機(jī)的凍粘和揚(yáng)塵問題。