1、概 述
玉溪选煤厂为玉溪煤矿配套的矿井型选煤厂，设计生产能力为2.40Mt/a。该厂生产工艺为：>13mm粒级块煤采用浅槽重介质分选机分选，13～3mm粒级末煤采用无压三产品重介质旋流器分选，3～0mm粒级粉煤直接掺配销售。在实际生产中，由于入厂原煤水分较高，原采用的带式给煤机极易发生煤仓堵塞事故(月均1～2次)，存在很大的安全隐患。为了防止物料发生堵塞现象，经过调研，该厂选用了6台涡旋活化给煤机，将之安装于末煤储煤场(半地道式)。选用的涡旋活化给煤机整体直径为2000mm，单台处理能力达1000t/h，在实际应用中体现出了良好的经济性和安全环保特性。
2涡旋活化给煤机
2.1 结构
涡旋活化给煤机(图1)主要由机体、破拱锥、破拱活化锥、导力梁、振动电机等组成。其中：导力梁主要起承受扭矩和传递力的作用；机体与导力梁连接，主要起到输送物料和传递力的作用；机体上沿设置有环形破拱活化锥，主要起到破拱和活化物料的作用；破拱锥安装在导力梁上，与机体组成环形锥面，主要起到减压、活化、中心破拱的作用。工作时，机体发生涡旋式振动，与活化锥同时参与连续破拱和活化物料，使物料进入可控能量流场，消除物料在可控能量流场中的冲击力，使物料按能量流场方向运行。该机采用双激振源，两个激振源同时旋转产生涡旋型激振力，其垂直振幅约为水平振幅的1/2，通过亚共振系统，上质体产生相应的涡旋振动，带动嵌入在煤层中的破拱活化锥及破拱锥产生纵波与横波的振力，利用纵波和横波的传播过程，破坏物料粒子的相对稳定性，达到物料活化的效果。
1—振动电机；2—破拱锥；3—环形破拱活化锥；4—导力梁；5—机体
图1 涡旋活化给煤机结构示意图
2.2 工作原理
如图2所示，当激振源在旋转工作时，可使破拱锥和环形破拱活化锥产生周期性地扭转与上升复合振动，既能使物料内产生较大的剪切力和惯性力，又能起到破拱和扩大中心柱垂直料流的作用，从而使物料连续并加速从排料口向下流出，能高效解决仓口堵塞、蓬煤、起拱和挂壁现象。此外，机体设计精细，运动时机体产生的纵波与横波复合成为斜向上的椭圆振动，在两个方向的椭圆运动相互快速交叉作用下，使弹簧受力面上方产生一个向上的涡旋升力面，抵消了部分垂直力产生的破坏，使机体与减震装置之间的破坏动能消失，从而确保了减震装置与机体使用寿命的延长，减少了有用功在传递过程中的损失，可达到节能的作用。
1—破拱锥；2—环形破拱活化锥；3—导力梁；4—机体；5—减震装置
图2 物料受力方向示意图
2.3 控制系统
该设备以HMI(工业触摸屏)+PLC为控制核心，保证了系统稳定、可靠地运行，且节能环保。该设备具有“就地/远程”两种控制模式，能同步监控运行状态，及时反馈信号，调节灵敏。
该设备中的电气控制系统采用了“PLC+HMI+DCS”控制模式，通过传感器反馈信号实现实时监控、报警提醒、设备运行状态显示等功能，并可与整个输送系统无缝兼容，与整个中控系统连锁，实现闭锁控制。
该设备液压控制系统通过电磁阀来实现对每个开闭阀门的控制，通过PLC模块，可对各个电磁阀及油路的运行状态进行实时监控，阀门开度依靠工业传感器进行测量反馈，依据控制模式的开度设定值进行自动线性调节，也可手动任意调节每个闸板门的开度。液压控制阀门可连续无级开合，根据下级胶带输送机给出的信号迅速调整给料量，开闭灵敏；液压蓄能装置能保证阀门及时关闭；传感控制系统确保关闭严密，不出现漏煤、洒煤现象。
给煤机的控制与开闭闸门、称重式给煤机联动连锁。在称重式给煤机没有启动，来料系统不工作时，涡旋活化给煤机不启动。具体控制方式为：机体采用给料闸门方式控制给料量，闸门为对开闸门，每个门由一个推杆控制，两个闸门的开与合保持同步，闸门在断电时自动关闭。控制闸门的液压推杆系统采用PLC控制系统，操作部分和显示部分均采用文本屏控制，通过集控系统控制并显示闸门的开度。采取冗余控制的方式保证液压泵系统推杆所需的液压油压力。液压系统功能故障失效时，蓄能器的容量仍能完成闸门的自动关闭，确保系统平稳、安全可靠地运转。
2.4 技术特点
涡旋活化给煤机能够适应煤矿复杂、恶劣的生产环境，当来料不均匀，煤炭水分较大且不稳定，并含有大块矸石和其他杂物时，仍能保持正常工作，因此可适用于煤仓和露天储煤场工况。其主要技术特点为：
(1) 设备体积小，可节省安装空间，且能耗小，噪声低。
(2) 给料均匀对中性好，能有效防止带式输送机侧向冲击跑偏；在给料的同时活化物料，适用于黏湿物料易结拱、易堵仓的场合；采用圆弧斜筒式设计，动、静状态都能保证出料顺畅，不挂壁。
(3) 阀门可在断电时自动延时或快关，下料口有防卡堵的结构。
(4) 连锁严密，各运行部件、给煤机与下级皮带之间均设置连锁，以防止设备的误动作。
(5) 使用寿命长，可重载启动，运行平稳。
3、实际应用
目前，涡旋活化给煤机多应用在输煤系统的原煤仓和储煤场上中，原因是原煤仓的储煤水份大，煤粉易堵仓、起拱、粘仓壁。选配具有疏松、活化功能的涡旋活化给煤机，可避免或减少安装仓壁空气炮、清壁机等设备，解决煤仓粘堵、结拱问题。
3.1 安装布置
玉溪选煤厂将其应用在末原煤给料环节上，实现了连续、可靠的给料。图3为涡旋活化给煤机的安装布置图。设备布置时，令涡旋活化给煤机位于煤仓煤斗出料口下方，通过法兰与煤斗连接；将环形破拱活化锥嵌入煤层底部，机体放置于地基孔洞中，不占用地道高度。具体的布置方式为：减振装置6放置在储煤场地面，环形破拱活化锥3放置在减振装置上方，机体5位于储煤场地面地基孔洞内部，闸门7位于机体出料口下方(巷道顶部)，支架与地道地面预埋钢板相连，支架上方放置闸门(闸门高度在200～300mm，借助地道本身高度即可，无需额外预留闸门高度)，闸门与胶带输送机通过落煤管连接。在实际使用中，涡旋活化给煤机可根据来料性质决定设备的运行方式。为了节能，在物料水分小，粘度低，不易粘接结拱时，可关闭涡旋活化给煤机振动电机，通过控制开闭阀门大小来控制自由下落到胶带机上的煤量；当煤仓出现结拱、粘壁现象时，再开启涡旋活化给煤机供煤，既省电，又能保证设备安全可靠地连续运行。
1—振动电机；2—破拱锥；3—环形破拱活化锥；4—导力梁；5—机体；6—减振装置；7—闸门；8—落煤管
图3 涡旋活化给煤机安装布置图
3.2 生产操作
在生产中，即使故障断电电机停运，涡旋活化给煤机的弧形无阻碍设计也可以确保原煤依靠重力自由落下，给煤机下部阀门依靠蓄能器流量闸门的调节进行给料，通过联动延时停运下级设备，能解决故障断煤问题。在给煤机故障或断电时，液压开闭阀门可根据需要延时关闭，保证来料系统、返煤系统平稳停运；在来料系统、返煤系统故障或断电时，活化给煤机立即断电，同步快速关闭液压开闭阀门，防止原煤仓落煤堵塞情况发生。涡旋活化给煤机破拱锥起到承压、破除结拱、导流的作用，破拱锥布置在靠近最易结拱位置，可保证煤的自流性；流量闸门能调节产量，保证延时，确保无断煤现象发生；停电和整个系统报警时，将强制关闭停机。涡旋活化给煤机利用纵波和横波的作用产生复合力，并配以破拱锥和嵌入式振动环，增加了破拱高度和加强了活化，并起到了清壁作用。
4、结 语
涡旋活化给煤机采用双激振源、嵌入式振动环专利技术，可以同时产生纵波和横波，活化效果好，优于其他活化给煤机及传统给煤机，是煤仓、煤场等储仓活化物料、连续顺畅给料的优选设备，为解决煤仓、煤场等储仓的结拱、粘堵提供了新思路。目前该机在玉溪选煤厂已安装完毕，投入运行1个月有余，生产中尚未发生过堵塞事故。
