螺旋分选机结构参数对分选效果的影响

赵银银

（山西汾西矿业集团双柳煤矿洗煤厂， 山西 吕梁 033300）

引言

目前，我国选煤厂所使用的选煤工艺主要是重选和浮选相结合的方法。随着科技的发展，已经有多种分选设备投入使用，如煤泥重介旋流器、TBS干扰床、螺旋分选机等，而相对于其他分选设备，螺旋分选机具有结构简单、效率高、寿命长、操作维护简单且作业过程中无噪声等优点，一直以来在选煤工艺中都占有重要地位。20世纪80年代以来，螺旋分选机已经有多种型号，如XL系列、ZK-LX系列等，是分选煤泥较好的设备。但随着螺旋分选机运行时间的延长，其结构参数也会发生一定的变化，而结构参数的变化对分选效果造成影响，如螺旋分选机的倾角、断面形状、直径等都会影响到分选效果。

1 分选机倾角对分选效果的影响

1.1 纵向倾角

根据公式：

纵向倾角α直接受螺距d和螺旋半径ri的影响。螺旋分选机的槽面截面不同且不同截面处所对应的螺旋槽的纵向倾角有所不同，总体呈螺旋半径ri减小，螺旋槽的纵向倾角α增大的规律。进一步分析，采用螺距d和螺旋不同截面的直径2ri的比值，即d/（2ri）表征对纵向倾角的影响规律。通过分析煤颗粒在螺旋槽中的移动规律可知，煤颗粒的移动速度速度随着螺旋槽纵向倾角的变大而加快[1]。

当螺旋分选机的溜槽纵向倾角α的角度较小时，可以认为其正弦cosα近似等于1，余弦sinα近似等于0。

煤颗粒的受力达到平衡时，悬浮在空气中的颗粒纵向移动速度用下式计算：

式中：vs为煤颗粒纵向移动的平均速度。由式（2）可知，悬浮在空气中的煤颗粒在达到受力平衡时的纵向移动速度等于煤颗粒纵向移动的平均速度。

煤颗粒的受力达到平衡时，沿螺旋槽底部移动的颗粒的纵向速度用下式计算：

式中：v0为煤颗粒经过自由沉降后接触到螺旋槽底部时的速度；f为螺旋槽底部的摩擦因数。计算式（3）可知，沿螺旋槽底部移动的煤颗粒的的受力达到平衡时的纵向移动速度为

由于煤颗粒的粒度较小，受重力影响可以忽略不计。可以认为煤颗粒在水平作用力的影响下进行移动。显然，纵向倾角过小时，对选煤作业的影响是不利的。为了确保煤粒在螺旋槽中的稳定性且能够在槽中停留足够的时间以保证分层分带的效果达到要求，纵向倾角也不能过大。通过查阅文献资料及实验研究认为，螺旋分选机螺旋槽外缘的纵向倾角选择7°～10°最佳，螺距与螺旋半径的比值选择0.2～0.25 最佳[2]。

1.2 横向倾角

通过煤颗粒在螺旋槽壁面的受力分析，煤颗粒在该断面的移动速度也受横向倾角β的影响，呈现出移动速度随横向倾角β的变大而加快的规律。因此，在对高密度煤进行筛选时，应选择横向倾角较大的螺旋槽以筛选出灰度较低的精煤。对于具有相同密度但重量较大的煤颗粒在螺旋槽中进行分选，很有可能使这些重量较大的煤颗粒与灰度较低的精煤一同被筛出，使这些煤颗粒与精煤混合产生质量较差的低灰精煤；如果需要筛选低灰原煤或者对筛选出的精煤进行再次筛选，则应考虑选用横向倾角较小的螺旋槽，这样可以使精煤的质量和产率有效提高。另外，煤颗粒的纵向移动速度即受纵向倾角的影响又对煤颗粒的横向移动速度vy造成影响，因此，在进行选煤作业时，建议选择纵向倾角α较小而横向倾角β较大的螺旋槽，特别是对高灰原煤进行筛选，筛出低灰精煤的情况。纵向倾角α和横向倾角β的取值范围也受螺旋槽断面的形状影响，因此其具体数值需要根据实际情况合理确定。

2 分选机螺旋槽底面形状对分选效果的影响

底面形状的不同主要影响到作业过程中的水流流态。对于螺旋分选机螺旋槽底面形状的要求主要是使颗粒群之间的粘度减小以达到分散颗粒的目的，但在运行过程中螺旋槽也要平稳。在以往的实验（刻槽、来复条和光面三种槽底）中可以发现一定的规律。来复条槽底会使煤颗粒群范围增大，造成水跃现象。相比刻槽螺旋槽底，来复条槽底出现的情况相对严重，形成的水跃现象严重，导致矿物无法很好的按密度进行分层，不良现象显著。这三种槽底中，光面槽底产生的效果最好，更利于矿物的分层。当然，螺旋槽的槽底上下形状也要保持一致，使水流的流态更加平稳，提高煤颗粒的析离分层效率[3]。

3 螺旋槽长度和圈数对分选效果的影响

螺旋槽的圈数和直径共同影响着螺旋槽的长度，螺旋槽的圈数和直径对螺旋分选机的分选效果也有所差别。当螺旋槽的长度一定时，虽然分别增加圈数或直径都能提高分选效果，但增加圈数对分选效果的提升程度要明显优于增加直径。一般情况下，对于筛选比较容易的原煤，螺旋槽的圈数保持在4圈左右就能达到很好的效果。而对于分选难度较大的原煤，应适当增加圈数，一般选择6圈。在螺旋直径不变的条件下，改变螺旋槽的圈数进行试验分析，发现对分选1～0 mm级的煤泥在6圈时达到了最好的分选效果。其他条件保持不变，降灰比没有明显的变化，可以认为螺旋槽的圈数对煤泥的降灰比没有影响。此外，螺旋槽螺旋直径的增大，对于干煤泥来说，可以大大提高其处理量，但其分选下限也会随着螺旋直接的增大而适当提高。

4 分选机旋转速度和旋转方向对分选效果的影响

螺旋分选机旋转速度和旋转方向都会对螺旋槽内煤颗粒群的移动规律产生一定影响。当旋转方向按顺时针方向旋转时，水层的厚度受到影响而变薄，当螺旋分选机的旋转方向按逆时针方向旋转时，水层会加厚，水层的厚度也受旋转速度的影响，实际厚度是分选机旋转速度和旋转方向共同作用的结果。旋转方向的改变也会使水流流态发生变化，但总体来说影响不大。水流流态主要受旋转速度影响较大。在较高的旋转速度且逆时针旋转情况下，水流（顺时针流动）流态的变化影响比较明显，这种情况下，螺旋槽内水流流态表现出相互叠加的现象，水流在内横截面的分布宽度与原煤分离带出的水流宽度均变窄，这也会引起原煤的截取精度偏离实际而对结果造成一定影响。顺时针旋转的螺旋分选机里的水层变薄，会导致矿物中较粗的颗粒很容易降落到槽底，从而使分选机的分选效果降低。

5 结论

螺旋分选机的分选效果与分选机的结构参数（纵向倾角、横向倾角、槽底形状、螺旋槽的长度和形状和旋转速度及方向）有重要的联系，因此，在进行原煤分选时，对分选机结构参数的设计尤为重要。由于煤颗粒性质的不同也会影响到螺旋分选机的结构参数，要得到较好的分选效果，在设计螺旋分选机的结构参数时还应根据实际情况予以调整。