风选厂块煤防破碎合理化建议
风选厂块煤防破碎合理化建议
目前，风选厂筛选出来的块煤从块煤皮带落入煤仓时，由于落差太大，造成了大块摔成了小块，小块变成了粉煤。经过我部人员多次研究和探讨后，建议在煤仓内建螺旋溜槽。当前螺旋输送块煤防破碎技术主要表现为外螺旋溜槽煤仓，外螺旋煤仓即让煤流在煤仓壁上沿一定的圆柱螺旋线按照规定的速率流动的煤仓；其作用是使煤流以尽可能小的速度滑落至仓底，减少块煤之间的碰撞，从而减少块煤的破碎率和煤仓的压实程度。相对于传统煤仓，螺旋煤仓可起到提高块煤率和防仓堵的作用。
外螺旋煤仓技术的关键是螺旋溜槽的设计，外螺旋溜槽一般由导入段、非标准段螺旋溜槽、标准段螺旋溜槽三部分组成（图4.1）。 导入段在运煤设备和非标准段之间起过渡和缓冲作用，该段将来煤归拢并使之以一定的流量平稳运行到非标准段螺旋溜槽，入料方式的不同决定溜槽导入段方式、倾角的不同；非标准段螺旋溜槽在螺旋煤仓中起至关重要的作用，该段通过截面和角度的变化控制煤流的速率，使之以设计的速度平稳进入标准段螺旋溜槽；在标准段，煤流在各种力（自身重力、与溜槽面板之间的摩擦力、向心力及其相互作用力）的共同作用下达到平衡，即在运行速率上午4.1螺旋溜槽的运动原理
1、煤在螺旋煤仓下滑过程中受力分析 ①入口段
在煤仓入口底面倾角为α，受力分析如下： 图中重力为mg
加速度，横向无摆动，以恒定的速率平稳运行，该段的长度可根据煤仓高度而定。
F =mg ⋅sin α
N 1=mg ⋅cos α
F ' =N ⋅f =f ⋅mg ⋅cos α
F 1——煤的下滑力
N 1——煤对螺旋槽底的压力
f ——煤与槽底摩擦系数（根据煤安息角计算） 由于导料段具有向下的加速度，因此
F 1-F ' =ma >0 即F 1>F 2
该段的设计应保证F 1>F ' ②标准段
在入口段，由于下滑力F 1大于摩擦力F ' ，所以在入口段煤流加速下滑，标准段的作用是使煤流沿着标准段溜槽匀速下滑落入仓底。
F 2=sin β⋅mg N 2=cos β⋅mg
F 2=N 2⋅f =mg ⋅cos β⋅f F 2——煤流在标准段某点的下滑力
'
N 2——煤在某点对螺旋槽底的压力
f ——煤与槽底摩擦系数
若保证煤流在该段的匀速下滑，必须使
F 2-F 2=ma =0
即a =0 有上式得出f =
'
sin βcos β
=tg β
β=arctgf
通过以上公式推导出标准段煤流运动在自身重力和摩擦力共同作用下保持平衡，该段通过调节螺旋角来控制煤流沿溜槽匀速向下运动，螺旋角的选择取决
于槽体材料的选择。
由于标准段下滑力F 2等于摩擦力F 2，所以在标准段煤沿着螺旋溜槽下滑至仓底，减小了煤的撞击力，降低了煤的破碎率。 2、煤流在螺旋溜槽上的运动原理
螺旋溜槽技术的关键是螺旋溜槽的设计，块煤防破碎螺旋溜槽装置是复杂的螺旋曲线的合成，但总体来说，各段仍符合基本螺旋曲线方程。 标准段圆柱螺旋曲线运动方程：
'
⎧
⎪x =R cos wt ⎪
⎨y =R sin wt ⎪wt ⎪z =-h
2π⎩
(4.1)
R ——煤流截面形心到煤仓中心距 m
w ——煤流角速度 rad/s
h ——螺旋溜槽的导距m x 、y 、z ——煤仓坐标。 其中R 、w 、h 为常量，
2
2
2
由x +y =R 知运动轨迹在xoy 平面上的投影为一半径为R 的圆，
z =-
wt 2π
t 表示z 是关于t 的一次函数
⑴ 煤流速度v
dx ⎧v ==-wR sin wt ⎪x
dt ⎪
dy ⎪
=-wR cos wt (4.2) ⎨v y =dt ⎪
dz w ⎪
⎪v z =dt =-2πh ⎩x
v =
=
v x +v y +v z
12π
4πR +h (4.3)
2
2
2
222
⑵ 煤流速度v 与z 轴夹角γ
γ=ar cos
v x v
=ar cos
h 4πR +h
2
2
2
(4.4)
⑶ 煤流加速度a
d x ⎧2
a ==-w x 2⎪x
dt
⎪2
d y ⎪2
=-w y (4.5) ⎨a y =2
dt ⎪
2d z ⎪
=02⎪a z =dt ⎩
2
a =
a x +a y +a z =w R (4.6)
2222
⑷煤流加速度a 与z 轴夹角γ'
γ' =ar cos
a x a
=ar cos 0=90︒ (4.7)
⑸导距与螺旋倾角δ关系
tg δ=
h 2πR
(4.8)
由(4.3)、（4.4）、（4.6）、（4.7）式证明煤流在标准段运动时速度值和加速度值恒定不变，且速度和加速度与z 轴夹角也是不变的，煤流在标准段受到合力斜向下指向螺旋中心。
对于煤流在标准段斜底板螺旋溜槽的运动原理，有关资料给出另一种匀速运动方程：
sin r ⋅cos β-f ⋅cos γ-f (式中 γ=arctg
2
2
v
2
gR
⋅cos α-sin γ⋅sin β) =0 (4.9)
2
tg β+tg β
1+tg ϕcos α
2
2
β=arccos
cos α(
2
y cos ϕ
2
2
) +1+2tg ϕcos α
2
y =
tg ϕtg α
ϕ=arctgf α——外螺旋角；
v ——物料切向运动速度，m /s ； f ——动摩擦系数；
R ——螺旋溜槽外半径，m ； g ——重力加速度。
煤流在斜底板螺旋溜槽上的运动规律是一个关于α、ϕ、v 、R 的函数。当使用地点确定后，ϕ可以认为是一个常数，计算外螺旋角α时，首先应测动摩擦系数f ，然后确定螺旋外径R 和给料速度v 。利用该运动方程求解过程比较复杂，只能通过计算机来完成，电脑可根据方程计算出不同的两个参数下的第三个参数，最后优先确定这几个参数下的第三个参数。 3、非标准段螺旋溜槽运动方程的推导
标准段螺旋溜槽符合圆柱螺旋线基本运动方程，相关论文中多次提出标准段
圆柱螺旋曲线运动方程，而对于非标准段螺旋曲线运动方程却没有介绍。煤流经过非标准段螺旋溜槽段的摩擦力及角度的变化平稳流到标准段螺旋溜槽，非标准段是螺旋溜槽设计的关键。下面我们利用圆柱螺旋曲线方程对非标准段 螺旋溜槽运动方程进行推导： 假设非标准段螺旋曲线方程
⎧x =R cos wt ⎪
⎨y =R sin wt ⎪z =f (t ) ⎩
在非标准段上物料受力
N =mg ⋅cos wt
F ' =f ⋅N =f ⋅mg ⋅cos wt
F 下=mg ⋅sinwt
物体在平行于斜面上受到的合力为
F 合=F 下-F ' =mg ⋅sinwt -f ⋅mg ⋅coswt =ma
即a =gsinwt 由v =
-f gcoswt
⎰(gsinwt -f gcoswt ) dt +c
⋅coswt -
f ⋅g w
sinwt +c
=-
g w
非标准段起始段s =0
s ==-s =
⎰vdt
g w
⎰(coswt -
2
2
2
f ⋅g w
⋅sinwt +ct R +z
2
2
x +y +z =
上述两式联立得
z =(
f ⋅g w
2
coswt -
g w
2
22
+ct ) -R
即非标准段螺旋溜槽运动方程
⎧
⎪x =R cos wt ⎪⎪
(4.10) ⎨y =R sin wt
⎪
f ⋅g g 22
⎪z =coswt -2sinwt +ct ) -R ⎪w2w ⎩
R ——螺旋溜槽半径 m
w ——煤流角速度 rad /s
t ——运动时间s
f ——溜槽底板摩擦系数
c ——给料速度
由此可推出非标准段的煤流速度v
⎧⎪⎪
dx ⎪v ==-Rw sin wt x ⎪dt ⎪dy ⎪
(4.11) v ==-Rw cos wt ⎨y
dt ⎪
-2f ⋅g g ⎪
sinwt -coswt +c ⎪dz =⎪v z =
dt f ⋅g g 22⎪2coswt -sinwt ) -R 22
⎪w w ⎩
煤流在非标准段上的加速度a
d x ⎧2a ==-Rw cos wt x 2⎪dt ⎪2
d y 2⎪a ==-Rw sin wt y 2
⎪dt ⎪2
d z -2f ⋅g ⋅sinwt +g ⋅sinwt ⎪a ==2z 2a =-Rw cos wt ⎨x dt f ⋅g g 22
2(⋅coswt -2⋅sinwt +ct ) -R ⎪2
w w ⎪
-2f ⋅gsinwt g ⎪2(-⋅coswt +c ) ⎪⎪-3
f ⋅g g 222
⎪4((coswt -sinwt +ct ) -R ) 22
w w⎩
(4.12) 由
2
a x +a y =Rw
222
≠0（因为w ≠0）
且a z 是关于t 值得函数，a z 不恒等于0
因此，说明在非标准段上煤流运动具有垂直向下的加速度、离心加速度，且两合加速度随时间的变化而变化。
研究螺旋溜槽各段运动方程，为煤流在螺旋溜槽中的任一段运动分析提供依据，有利于对螺旋溜槽各段结构参数进行优化，为螺旋溜槽防破碎装置的设计奠定基础。
经过以上分析该技术将煤流的下落由大落差、高冲击、多粉尘、高噪声转变为低落差、微冲击、无粉尘与噪声、将传统的煤流加速下落转变为匀速下滑，且
根据现场空间可灵活设计槽体大小长度，确保原煤块煤匀速下滑到仓底，可不留仓位，加增煤仓容量，也可有效避免块煤破碎。该项技术具有无运转部件，可根据现场进行组合设计。溜槽强度高，加工制作和安装方便快捷，适合于井上下煤仓或各转载环节，另外使用寿命长，维护量小。其技术在物料转载防碎领域，特别是无烟煤转载环节具有很好的推广应用价值。如果建成螺旋溜煤槽后，风选块煤破碎率明显降低，现场作业环境明显改善，其技术具有很好的应用价值和前景。