矿用螺旋溜槽的设计研究

摘要：在煤炭运输过程中，煤仓是不可缺少的缓冲和转载工具。而普通煤仓落差较大，故装仓时块煤的破碎现象比较严重。为了提高块煤率，增加经济效益，螺旋溜槽被广泛使用在煤仓中。本论文根据外螺旋溜槽在生产实际中的使用情况，对其结构特点，重要参数，以及破碎原理进行了研究。

关键词：煤仓；破碎；结构；原理

1 螺旋溜槽的块煤防破碎原理

煤炭在转载和储存过程中，由重力作用产生的撞击是块煤破碎的主要原因。

可得块煤受力与运动速度的变化成正比，与作用时间的变化成反比。因为煤炭颗粒与其他煤炭颗粒或物体间的碰撞为完全非弹性碰撞，碰撞后煤炭颗粒的运动速度为零，故解决块煤破碎问题应该从两方面入手：一是降低块煤的运动速度；二是延长颗粒与其他物体间的碰撞时间。应用螺旋溜槽块煤防破碎装置即满足这两个方面，它不仅能降低块煤运动速度、延长颗粒碰撞时间，而且颗粒在由运动到静止的过程中，具有一个切向分速度，能避免与其他煤炭颗粒或物体的完全非弹性碰撞，有效地防止了块煤的破碎。

在没有安装螺旋溜槽之前，煤炭入仓是自由落体运动，由动能定理得：

假设煤仓的垂直深度为20m，煤炭入仓时的水平速度为2m/s，则煤炭下落至煤仓底部的速度为19.9m/s，下落至10m时速度为14.1 m/s。当安装螺旋溜槽后，通过螺旋溜槽的导向作用，将煤炭的自由落体运动转化为匀速螺旋运动，且煤流在螺旋溜槽内的运动速度可控制在5 m/s左右，故使用螺旋溜槽后可大大降低煤流的运动速度。同时，下落的煤炭颗粒若直接落在煤堆表面则碰撞角度约为45°，而安装螺旋溜槽后碰撞角度则可减小为10°左右。螺旋溜槽从煤流运行速度和碰撞角度两方面明显改变了煤炭的运动方式，从而减少了块煤的破碎。

2 螺旋溜槽的结构组成及设计参数

2.1螺旋溜槽一般结构组成

螺旋溜槽块煤防破碎技术的关键是螺旋溜槽的设计。为了能控制煤流速度，螺旋溜槽从上到下一般分为导入段、非标准段、标准段三部分，其结构类似一个螺纹。导入段即输送机机头到螺旋溜槽的导料槽，它将来煤归拢并使之以一定的流速平稳地运行到螺旋溜槽非标准段，在运煤设备和非标准段螺旋溜槽之间起着过渡、缓冲和集料的作用，其设计方向应尽量与卸载方向一致。入料方式的不同将决定导入段方式、倾角的不同，但其断面始终呈“ ”形；非标准段螺旋溜槽，在块煤防破碎方面起着至关重要的作用，该段通过溜槽截面、底板角度的变化控制煤流在槽内的运动速率，使煤流按照一定的规律加速和改变方向，最终以设计的速度和方向平稳地进入到标准段，完成煤流从直线运动到匀速螺旋运动的转化，其断面呈“ ” 形；在螺旋溜槽的标准段，煤流在各种力（自身重力、煤流与溜槽面板之间的摩擦力及离心力）的共同作用下达到平衡，即在曲面内任一点切向加速度为零、横向无摆动，基本上以恒定的速率匀速平稳地下滑至螺旋溜槽底部，运动轨迹为一圆柱螺旋线。该段的长度可根据煤仓高度而定，是螺旋溜槽的主体段，其断面为“ ”形。

2.2 螺旋溜槽的主要设计参数

由于煤流在螺旋溜槽中的运动不是单一的运动形式，而是内部相互碰撞相互影响的运动，因此，选择合适的溜槽参数，对保持煤流的稳定运行至关重要。其基本参数有螺旋角、底板倾角、溜槽平面投影半径、底板宽度、侧板高度五个参数。螺旋溜槽参数需根据煤仓直径及深度、煤的粒度、煤的含水量、煤质、溜槽过煤量、给料形式及使用的溜槽耐磨材料等综合考虑，结合计算机程序辅助计算，对煤在螺旋溜槽上的受力情况进行动力学分析，合理确定螺旋溜槽的结构和技术参数。一般来说，溜槽螺旋角可在25～40°选取，底板内倾角可在20～55°选取，底面宽度和侧板高度可为350～600mm。尤其是非标准段的设计，角度与参数设计必须根据煤的性质、标准段入口以及仓的具体情况而定。因此，非标准段螺旋溜槽参数的设计，是螺旋溜槽能否成功防止块煤破碎的关键。

圆柱螺旋线煤流轨迹是由螺旋溜槽限定而成的。由上式可知，影响煤流运行轨迹的主要参数有螺旋半径、煤流角速度和螺旋线节距。下面对以上三个参数进行分析：

螺旋半径对于已经成形的煤仓为确定值，对于新建煤仓，可根据巷道位置关系和需要的煤仓容量来确定。煤流角速度和螺旋线节距由螺旋角和底板倾角来确定。螺旋角为螺旋线切线和螺旋轴垂直平面的夹角，底板倾角为螺旋溜槽的螺旋面素线与轴线所夹的锐角。和的值的选取与多种因素有关，如煤的含水量、煤和螺旋溜槽面板的摩擦系数、煤的粒度分布、煤的特性、煤的给料初速度、块煤率及煤在螺旋溜槽面板上的粘附性等等。经过实践证明，当煤质不同时，使螺旋角和底板倾角相互配合，可使螺旋溜槽上的煤流在标准段的速度保持在5～8m/s这一较为合理的范围内。

参考文献

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作者简介

于汉（1985.06-），男，汉族，助理工程师，现在安徽淮南矿业集团潘二煤矿机电管理办公室从事机电设备管理工作。