煤样筛分破碎机性能试验研究

黄锋，李敬亚，周树光

（长沙开元仪器有限公司，湖南 长沙 410100）

0 引言

破碎是煤样制备的关键工序[1-2]，在GB/T 474标注[3]中，破碎应该用机械设备，破碎机要求破碎粒度准确，破碎时试样损失和残留少。粒度小于3 mm的煤样，如使之全部通过3 mm圆孔筛，则可用二分器缩分出100～120 g用于制备一般分析试验煤样[4-6]。反之，如果3 mm的煤样不能100%通过3 mm圆孔筛，则不能缩分出不少于100 g去制备一般分析试验煤样；因为过筛率不符合要求而直接缩分出100～120 g制备分析试样，则可能导致制备的分析试样失去代表性。

生产中用于3 mm破碎的设备为对辊破碎机，其原理如图1所示。对辊破碎机由两个辊轮、支撑轴承、压紧弹簧和支架组成，两个辊轮在电机的带动下做相向转动。物料从进料口到达辊轮上方，经辊轮挤压，变成较小颗粒，从两辊轮下方排出[7-10]。

图1 对辊破碎机原理图

在郭晓明等[11]的研究中，对于内水较高、片状颗粒较多的试样，或煤样中含有较多煤矸石，均会影响破碎后煤样过筛率。所以，对辊破碎机在破碎煤样时，往往存在压片现象，一次破碎达不到100%通过3 mm圆孔筛，一般需要破碎后进行筛分，筛上物再次进行破碎，直至全部通过3 mm圆孔筛。

为实现一次破碎后过筛率达到100%，设计了一种筛分破碎机，结构如图2所示，实物图如图3所示。筛分破碎机主要由进料斗、破碎腔、主轴、锤头、筛板、驱动机构组成。其工作原理为：待破碎的物料由设备顶部的料斗进入破碎腔工作区，受到转动锤头与筛板的挤压破碎，此时，小于筛板孔径的物料便从筛板排出，而粒度较大的物料，弹回至破碎腔内继续破碎，直至腔内物料全部透筛。其中锤头有特殊角度，能将物料向下挤压。同时锤头与主轴直接是间隙配合，锤头能在主轴轴向浮动，浮动的最大间隙小于破碎粒度。当物料全部破碎完成后，锤头能完全贴合筛板，使得筛板上无残留。

图2 筛分破碎机结构示意图

图3 筛分破碎机实物图

为检验筛分破碎机是否可用于煤样的制备过程，选用粒度为6 mm，干基灰分约31.00%的煤样作为试验样品，对其进行了三个方面的试验研究：破碎后煤样的过筛率，使用3 mm圆孔筛，要求过筛率为100%；破碎后样品的收集率，要求不小于98.0%；以筛分破碎机作为设备方法，对辊破碎机作为国标方法，针对灰分指标，检验设备方法与国标方法的可替代性。试验场景如图4所示。

图4 筛分破碎机试验场景图

1 试验目的及煤样

试验研究筛分破碎机的过筛率、收集率、和国标方法的可替代性。三个试验为递进关系，在过筛率符合要求的前提下，才开展收集率试验；收集率符合要求的前提下，才开展和国标方法的可替代性试验。三个试验全部合格，筛分破碎机才可用于煤样的制备过程。试验指标要求如下：

（1）筛分破碎机破碎后煤样的过筛率S（使用3 mm圆孔筛筛分），要求S=100%。

（2）破碎后样品的收集率LS，要求LS≥98%[10]。

（3）以筛分破碎机作为设备方法，对辊破碎机作为国标方法，针对灰分指标，检验设备方法与国标方法的可替代性[11]。

煤样标称最大粒度为6 mm，干基灰分约31.00%。

2 过筛率试验

2.1 试验步骤

（1）样品破碎。取质量在800 g～1 200 g之间的样品，投入筛分破碎机完成破碎，收集破碎后的样品。按此方式，完成10个样品的破碎。

（2）筛分试验。取破碎后样品，称取重量mO；然后用3 mm圆孔筛，按GB/T477[12]方法完成样品的筛分，取出筛上物，称取重量mS。

（3）计算过筛率。按公式（1），计算破碎后样品的过筛率S。

2.2 结果分析

试验结果见表1。

表1 过筛率试验结果

由表1可知，对于试验煤种，筛分破碎机破碎后样品筛上物质量为0，过筛率为100%，符合要求。

3 收集率试验

收集率是指煤样破碎后收集到的样品质量占破碎前质量的百分比。煤样在破碎过程中，由于扬尘、被风力带走、撒漏、残留等会导致的煤样质量损失。所以，收集率反映了煤样在破碎过筛中扬尘、撒漏、残留等因素的影响是否显著。

3.1 试验步骤

（1）试样准备。称取10个质量在800 g～1200 g之间的样品。

（2）样品破碎。取准备好的样品，称取重量mI；将样品投入筛分破碎机完成破碎，收集破碎后的样品，称取重量mO。

（3）计算收集率。按公式（2），计算收集率LS。

3.2 结果分析

试验结果如表2所列。由表2可知，对于试验煤种，筛分破碎机破碎前后样品平均重量损失为2.8 g，破碎后样品收集率为99.7%，大于98%，符合要求。

表2 煤样损失试验结果

4 可替代性试验

4.1 试验步骤

整个试验的流程如图5所示。

图5 试验流程图

（1）试样准备。取6 mm煤样，使用3 mm二分器将煤样缩分为两份，分别编号A和C，构成一个试样对。按上述方法完成10个试样对，分别编号A1、C1；A2、C2；…；A10、C10。

（2）试样制备。将编号为A1～A10的样品，通过筛分破碎机完成破碎；将编号为C1～C10的样品，通过对辊破碎机完成破碎，并使之全部通过3 mm圆孔筛。将所有破碎后煤样按GB/T 474方法制备一般分析试验煤样，并做好封装标志。

（3）试样化验。将一般分析试样A1～A10，C1～C10送化验室，按GB/T 212[13]方法测试煤样干基灰分。

4.2 灰分可替代性分析

灰分可替代性分析试验数据见表3。

（1）准确度分析。根据表3中的试验结果，按GB/T 18510中与国家标准方法比较的方法B进行可替代性检验。

按公式（3），计算统计量t。

式中：n为试验对数，个。

查GB/T 18510中表2得，自由度为9时，tt=2.262。

按公式（4），计算差值d在95%概率下的置信区间

查GB/T 212表2，当灰分质量分数＞30.00%时，灰分测定的再现性临界差Ad为0.70%。置信区间[-0.69，0.65]在[-0.70，0.70]的区间内，符合要求。

所以，对于试验煤种，设备方法与国标方法的准确度无显著性差异。

（2）灰分精密度分析。表3中，重复测定偏差Wi为每个方法制备的第i个煤样重复测定结果间的差值。

表3 灰分可替代性分析数据

由表3中试验结果，按公式（5），计算设备方法的重复测定方差。

按公式（6），计算国标方法的重复测定方差。

按公式（7），计算统计量F

查GB/T18510中表3得，自由度为9时，Ft=3.18。

所以，对于试验煤种，设备方法的精密度不比国标方法的精密度差。

综合设备方法与国标方法的准确度和精密度分析结果，可知：对于灰分指标，设备方法可以替代国标方法。筛分破碎机可以用于煤样制备过程。

5 结语

为实现一次破碎后3 mm过筛率达到100%，设计了一种煤样筛分破碎机。为检验其是否可应用于煤样的制备过程，选用粒度为6 mm，干基灰分约31.00%的煤样作为试验样品，对其开展了过筛率、收集率、与国标方法的可替代性三个方面的性能试验。

对于试验煤种，筛分破碎机破碎后的煤样使用3 mm圆孔筛过筛，筛上物质量为0，过筛率为100%，符合要求。对于试验煤种，筛分破碎机破碎前后样品平均重量损失为2.8 g，破碎后样品收集率为99.7%，大于98%，符合要求。

以筛分破碎机作为设备方法，对辊破碎机作为国标方法，开展了可替代性试验，试验的结果为：对于灰分指标，设备方法可以替代国标方法。

本研究选用试验煤种，分析了灰分指标的可替代性，如有必要，建议进一步开展其他煤种以及其他指标的试验研究。