煤和矸石块(≥50mm)破碎分选临界力的实验研究.pdf

文章编号 1 0 0 6 - 4 8 7 7 2 0 0 6 0 7 - 0 0 5 3 0 3 T AI Y照I L I A N S TEC H囫皿圃 C l一 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 誓 ■ ■ ■ 煤和矸石块 i5 0 m m 破碎分选临界力的 实验研究冰 李丰亮 摘要 介绍 了煤和矸 石块 ／5 0 m m破 碎分选临界 力实验 样本的采集与实验条件．通过大量的实验研究和实验数据分 析．得出煤和矸石在煤矿井下直接分选是可行的。 关键词 煤和矸石 ； 破碎 ； 分选临界 力 中图分类号 T D9 1 3 文献标识码 A 全 国每年生产原煤 l O亿 t ，大约排出矸 石 2 ．O 亿～ 3 ． 5 亿 t ，这么多的矸石排放到地面将占去大 量的耕地 ，同时还会 向大气 中排放大量 的有毒有害 气体 ，严重地 污染 了环境 ，危害 了人们 的身体健 康。另外，把矸石从井下运到地面和进行洗选还需 要 投 人大 量 的 资金 。在 煤 矿 井下 对 煤 和矸 石 块 I5 0 m m进行分选 ．可以解决矸石 占用耕地和造 成环境污染的问题。基于煤和矸石的破碎强度存在 明显的差异这一特征 ．对煤和矸石 的破碎力临界进 行了研究，通过研究建立了煤和矸石的破碎力分选 准则，为破碎分选设备的设计提供了科学依据。 1 实验研究 1 ． 1 实验样本的采集与实验条件 从 2 0 0 2年 4月至 2 0 0 3年 5月 ，对山西焦煤集 团有限责任公 司杜儿坪矿 以下简称杜儿坪矿 主 要开采煤层和主要工作面 的矸石进行 了采样测试 。 所有样品均按标准现场采集 ，以保持天然状态。为 了真实模拟煤矿生产系统 中的实际情况 ，煤和矸石 试样 自 矿区运至后不作任何人为处理 ，保留煤和矸 石的原始状态，对煤样要进行密闭保存，必须当天 采集 ，当天实验 ．以防矸石 的特性 发生较大 的变 化。煤和矸石采样情况如表 l 所示。 用人工分级的方法分出不同尺寸级、不同岩性 国家自然科学基金资助项 目 5 0 2 7 4 0 5 7 收稿 日期 2 0 0 6 - 0 3 2 3 ； 修 回 日期 2 0 0 6 0 7 0 4 作者简介 李丰亮 1 9 7 1 一 ， 男， 山西应县人。1 9 9 6年 7月毕 业于山西矿业学院，工程师。 表 1 煤和矸石 采样情况表 的煤和矸石试件 ．并在实验室进行 了规则件和不规 则件的抗压 、抗拉强度等测试 ，获得实验数据 40 0 0个 。 1 ． 2 不同破碎方式 的实验 1 - 2 ． 1 平板压缩破碎力实验 杜儿坪矿矸石岩性多为页岩 泥岩，由于含煤 岩系形成于地壳浅部，其生成和赋存环境与岩浆岩 或变质岩显然不同 岩性较为软弱，变化较大，成 分复杂，使得含煤岩系岩石具有不同于其他岩类的 变形力学特性。 采用 WE D --5 0型 电 子 万能 试验机，对杜儿坪矿煤和矸石进 行了选择性破碎分选的初 步实验 研究 ，初始加载速度大约保持在 1 - 4 m m ／ s ，采 用的平板压缩方式 P 如图 1 所示【 ” 。杜儿坪矿煤和矸石 图1 平板压缩试验 选择性破碎分选结果如图 2 所示 。 0 5 1 0 1 5 0 1 0 2 0 3 0 40 5 0 6 0 7 0 煤碰 叻 ／ k N 矸 石 破碎力 ／ k N 图2 煤和矸石的破碎力分布曲线图 从 图 2可 以看 出煤和矸石个体上 的离散性与整 体上的有序性，但这种平板压缩实验难以从理论上 P ＼ 磷蓝赞餐 维普资讯 说明；同时很难用一个公式来表示不规则试件的强 度矸石混入煤块 中的数量达到 4 5 ％。但可以说 明。选择性破碎分选煤和矸石具有 一定 的可行性 。 下面的实验就是在此基础之上分析出的一种较为合 理 的破碎方式。 1 ． 2 ． 2 点载荷破碎实验 从平板压缩实验可以看出，对煤和矸石进行选 择性破碎分选是可行的，只是需要找出一种合理的 破碎方式。从能量的角度来讲 ，矿物的拉伸强度只 是抗压强度的 1 ／ 1 0 。甚至更低 ，这样可 以节约大量 的能量；从破碎角度来讲，点载荷破碎与平板压缩 破碎相比可以大大降低尺度效应的影响，同时可以 控制破碎块 的大小 。通过上述分析 ，选择张拉破碎 较为合理[2 1 。 自然煤 块和矸石块 破碎时 ，往往 是点接触状 态 ，有高度应力集 中存在 ，因而 自然煤块和矸石块 较容易破坏。而标准力学试件测试时消减了一部分 应力集 中现象 。因而能 承受较大 的破坏 载荷 。 如果应力集中得到有效 缓减 。其强度必定有所 提高 。这样更能体现其 本来 的强 度 特性 。对 于 这一 特性 作 者建 立 了一 种新 的实 验模 型 见 图 图3点荷载应力消减模型 3 ，由于矸石 主要由页岩与泥岩组成 ，泥岩的岩性 最为不稳定，又是几种矸石中强度最低的一种，故 实验 中主要是采用泥岩作为实验样本嘲 。 点荷载压头下的应力分布，采用一种弹性模量 接近于煤块材料远低于矸石材料 的高应力消减器为 宜 ，这样有利于消减不规则煤块 的应力集 中现象 ， 试件在破坏时主要是由压头对其作用所决定的。 2 实验数据分析 不规则矿块的混沌特性。决定了要有足够多的 实验次数，即实验样本足够多能反映出该批不规则 岩矿的整体性质。本实验主要是从分选的宏观角度 来考虑采用点荷载张拉破碎的可行性。而对具体的 煤和矸石的层理、节理、裂隙等微观结构不作过多 的考虑。 将实验数据用数理统计的方法做出煤和矸石的 概率分布，用其说明煤和矸石混沌特性，以及个体 的离散性与整体上的有序性；研究采用张拉破碎对 煤和矸石进行选择性破碎的可能性。从筛分角度考 虑。煤块与矸石块的长度尺寸分为三个等级进行分 析，采用新破碎模型的实验数据分析结果，可以看 出煤块和矸石块有着较为明显的破碎力分界点，基 本上可以达到煤和矸石的破碎分选 ，煤和矸石破碎 力对比如图 4所示。 圣 ＼ 僚 0 1 0 20 3 0 4 0 长度尺寸 ／ c m 图 4 煤和矸石破碎 力对 比图 实验还测定 了煤和矸 石断面 面积与强度 的关 系，断面强度有随着断面面积增加而下降的趋势。 从岩石力学角度分析其原因。主要是因为尺度效应 的影响。对数据进行拟合可得 ．煤一 0 ． 1 9 2 6 L n Js 破 碎 断 面 面 积 1 ． 1 ， c l矸 石一 0 ． 6 5 8 8 L n Js 破 碎 断 面 面 积 3 ． 7 2 6 1 。 破碎过程中破碎断面面积与长度关系为 煤和 矸石块度越小，其三维尺度比越小，越趋向于球团 形；煤和矸块度越大， 其越趋向于块状或条状。由 大量的统计数据拟合可得 Js 破 碎 断 面 面 积 5 8 ． 6 5 4 L n J 已 长 充 尺 寸 一 2 1 7 ． 3 9 。 由实验数据推导得出杜儿坪矿煤和矸石点破碎 力分界点 见 图 5 。 Z 话 0 1 00 2 0 0 3 0 0 40 0 长度尺寸 ／ c m 图 5 煤和矸石破碎力分 界点 破 碎 力 { c 。 L n [ c 3 L n c 4 一 c 5 】 c 2 [ C 3 L C , - C , 】 ， 由 回归 方 程 可 得 C 。 一 一 0 ． 1 9 2 6 ； 一1 ． 1 ； c 厂 5 8 ．6 5 4 ； e m ；c 厂 2 1 7 ． 3 9 。 石 破 碎 力 { c lL n [ c 3 L n c 4 一 c 5 】 c 2 [ c 3 L n c 4 一 c 5 】 ， 由回归方程可得 C 。 一 一 0 ． 6 5 8 8 ；C l厂 3 ． 7 2 6 1 ； 一 5 8 ． 6 5 4 ； e m ；C 厂_ 2 1 7 ． 3 9 。 维普资讯 3 结果分析及结论 1 点荷载张拉破碎煤和矸石 时 ，破碎力在一 定范围内基本上服从正态分布。虽还有一部分矸石 混入煤块中，但是从混入量来说泥岩混入煤块概率 由平板压缩破碎的 4 5 ％下降到点荷载张拉破碎的 1 2 ％，从整个矸石量来讲混入量在 3 ％～ 4 ％之间， 因此 ．采用点荷载张拉破碎可以达到煤和矸石分选 的 目的。 2 通过煤 和矸石平板压缩破碎与点荷载张拉 破坏对比．可以看出选择用张拉破碎煤 和矸石是一 种较为理想 的干式分选方式 。 3 得到杜儿坪矿煤和矸石破碎力与长度尺寸 关系 破 碎 力 { c 。L n [ C 3 L n C , 一 c 5 】 c 2 } [ C 3 L n C , 一 c 5 】 ， 石 破 碎 力 { c 。 L n [ C L n C , 一 c 5 】 c 2 } [ C 3 L n C 4 一 c 5 】 。 参考文献 【 1 】 段希祥， 宽宦炼， 曹亦俊． 自然矿块抗压强度测定研究Ⅱ 】 ． 有色金属，2 0 0 0 3 1 卜1 4 ． 【 2 】 徐小荷． 岩石破碎学【 M】 ． 北京 北京工业出版社， 1 9 8 4 6 0-6 6． 【 3 】 王祥厚， 李明勇． 不规则试件点荷载测试岩石强度Ⅱ ] ． 贵州 工学院学报， 1 9 9 4 4 4 6 5 6 ． 山西晋关大宁能源有限公司，山西晋城0 4 8 1 0 0 责任编辑刘长生 S t u d y o n Cr i t i c a l S t r e n g t h o f S e l e c t i v e Cr a s h i n g a n d S e p a r a t i o n o f Th e M i x t u r e o f Co a l a n d Ga n g u e Li Fe i l i a n g Ab s t r a c t t hi s p a p e r i n t r o d u c e s t h e s a mp l e c o l l e c ti o n a n d e x p e r i me n t c o n d i ti o n s o f S e l e c ti v e Cr a s h i n g an d s e p a r a ti o n o f the mi x t u r e o f c o a l and g an gne 、T h r o u g h a l o t o f e x p e r i me n t a l r e sea r c h an d s tati s ti c s an a l y s i s ，d r a w the c o n c l u s i o n i t s f e a s i b l e f o r the m t o b e d i r e c t l y sep a r a t e d u n d e r the e a r t h ． Ke y wo r d s Co a l and Gang u e ；Cr a s h i n g； C r i ti c a l S t r e n g t h o f Sel e c t i v e Cr a s h i n g an d S e p a r a ti o n 上接第 5 2页 坚持以德治院外 。医院应采取有效措施制约医务人 员的行为规范 。如医院应 明确规定患者有 “ 五权” ， 即知情权、选择权、保密权、参与权和享用权。医 务人员应主动向患者介绍疾病的诊断情况 、主要治 疗方案、并发症的防范措施等。医院还应将医患沟 通 的有关情况作 为考核医务人员的一项重要内容 ； 对于广大患者一致称赞的医务人员要给予奖励，对 于广大患者不满 意的医务人员 要给予批评和惩罚 。 此外。医院在人员编制、环境设置等方面，也应切 实做到以人为本，为医护人员和患者营造良好的工 作和治疗氛围。 一 个新的医学模式的提 出也许需要很长一段时 间．但真要改变人们心中已经根深蒂固的旧的观念 却更是难上加难。所以说，本文上述的这些问题并 不是短期内就能妥善处理的。它需要我们若干代的 医务工作者和全社会的共同努力，迎难而上，才可 能被一一解决 。得到绝大多数人 的认同。 北京大学 航 天临床 医学院 ，北京1 0 0 0 4 9 责任编辑刘长 生 The de v e l o pme nt o f t h e t r e a t me n t t e c h ni q ue s a nd th e d e fic i e n c y o f huma ni s t c o ns o l a t i o n W a ng Zh i q i a ng Ab s t r a c t T h e d e v e l o p me n t o fthe tre a t me n t t e c h n i q u e s g i v e s the h o p e o f r e l e a s ing the p a i n o fthe p a ti e n t s ，b u t a t the s a me t i me ，m o re an d mo re p e r s o n s rec o g n i z e th at u s ing the tec h n i q u e s o n l y c a n n o t me e t the req u i r e me n t o f the p a ti e n ts． C o n c e rni n g th e p h e n o me n a o f l a c k i n g h u ma n i s t c o n s o l a ti o n in th e m ode m me d i c in e ， thi s p a p e r a n a l y z e s o me o f the m d e 印l y an d p o ints o ut that the r e c o n s t r u c ti o n o fmo d e m me d i c i n e h u ma n i s ti c s p i r i t s h o u l d b e o n the b as i s o fwh o l l y s y s tem- re f o r mi n g o f me dic ine s a n i tati o n man a g e men t an d f u n c ti o n i n g ． Ke y wo r d s Ke y wo r d s me d i c ine ，d i a g n o s i s an d t r e at，h u man i s t c o n s o l a ti o n 维普资讯