破碎機(jī)是煤矸石進(jìn)行加工處理的關(guān)鍵設(shè)備，破碎機(jī)及其工藝的選擇對(duì)煤矸石整個(gè)選礦流程很重要，而且選擇合理的煤矸石破碎機(jī)，能夠有效降低煤矸石的破碎機(jī)能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)目標(biāo)。

一、破碎流程和破碎機(jī)的選擇

1、破碎流程的選擇

目前井下開采的煤和矸石塊度為200-600mm，充填材料要求煤矸石的粒度為5-25mm。根據(jù)破碎階段的劃分，煤矸石破碎可分為3個(gè)階段，即粗碎、中碎和細(xì)碎。隨著破碎機(jī)的改進(jìn)，破碎比逐漸增大，為了簡(jiǎn)化流程，一般可以將中碎和細(xì)碎合并成一個(gè)階段。

2、破碎機(jī)的選擇

目前常用的破碎機(jī)有顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)和輥式破碎機(jī)等。

第1段是粗碎過(guò)程，粗碎設(shè)備主要有顎式破碎機(jī)，2種破碎機(jī)均適合大型破碎廠。對(duì)于中小型破碎廠，通常采用顎式破碎機(jī)，結(jié)合不同破碎機(jī)的特點(diǎn)，選擇顎式破碎機(jī)粗碎煤矸石。第2階段破碎是中、細(xì)碎過(guò)程，將物料破碎到5mm以下的破碎機(jī)有錘式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)，比較2種破碎機(jī)發(fā)現(xiàn)，錘式破碎機(jī)破碎比達(dá)40，生產(chǎn)能力大，適合破碎中硬物料如煤矸石、石灰石，而且排料均勻穩(wěn)定，因此選取錘式破碎機(jī)對(duì)煤矸石中細(xì)碎。

二、顎式破碎機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)

顎式破碎機(jī)有2種形式：簡(jiǎn)擺式和復(fù)擺式，由于復(fù)擺式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能力高、破碎的物料均勻，目前復(fù)擺式已基本替代了簡(jiǎn)擺式。

1、進(jìn)、排料口尺寸

煤礦井下開采的煤矸石塊度一般為200-600mm，為保證原料顆粒能順利進(jìn)入破碎腔中，則進(jìn)料口寬度B和長(zhǎng)度L1應(yīng)滿足

B=（1.1-1.25）Dmax①

L1=（1.25-1.6）B②

式中Dmax———原料顆粒尺寸，mm。國(guó)內(nèi)顎式破碎機(jī)的尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)破碎機(jī)進(jìn)料口寬度B和長(zhǎng)度L1，進(jìn)行破碎機(jī)規(guī)格尺寸的選擇。

2、動(dòng)顎行程與嚙角

顎式破碎機(jī)的動(dòng)顎板與定顎板之間的夾角稱為嚙角。嚙角在一定的范圍內(nèi)才能使破碎機(jī)運(yùn)行。物料被夾在破碎機(jī)內(nèi)不被擠出的條件是tanα≤2f1-f2，式中f——石塊與破碎機(jī)顎板間的摩擦系數(shù)，一般f＝0.3-0.4。

3、偏心輪的轉(zhuǎn)速與生產(chǎn)能力

偏心軸的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定動(dòng)顎的擺動(dòng)次數(shù)，相應(yīng)的可以控制破碎機(jī)的生產(chǎn)能力。偏心輪轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)增加，才能有效提高破碎機(jī)的生產(chǎn)能力。

三、錘式破碎機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)

錘式破碎機(jī)主要依靠錘子的沖擊作用和物料本身以高速度向襯板沖擊而使物料破碎。錘式破碎機(jī)生產(chǎn)能力大、破碎比大，能耗低，適合破碎煤矸石、石灰石等中硬物質(zhì)。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有轉(zhuǎn)子直徑D和長(zhǎng)度L。其直徑一般根據(jù)物料的尺寸來(lái)確定。通常轉(zhuǎn)子直徑與給料尺寸之比為1.2-5。大型破碎機(jī)取較小的比值，中小型取大值。轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度值視破碎機(jī)的生產(chǎn)能力而定。

四、工程實(shí)例

山東能源岱莊煤礦采用膏體充填開采，以煤矸石作為充填骨料，煤矸石的粒徑為460mm，主要成分是石英砂巖，含泥量低，堆積密度ρ=1.54×103kg/m3。根據(jù)膏體充填材料配比實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)際表明，矸石破碎加工要求：

（1）矸石粒徑小于25mm；

（2）小于5mm比例占40%左右；

（3）按照小于5mm、5-25mm的2種規(guī)格分別儲(chǔ)存，按設(shè)計(jì)比例配合使用。

原岱莊煤礦第2段原來(lái)使用高細(xì)破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎，能耗大，使用壽命短，適應(yīng)性較弱，下面的優(yōu)化設(shè)計(jì)在滿足充填要求的情況下克服以上缺點(diǎn)。矸石從460mm破碎到25mm以下破碎比達(dá)到18.4，考慮到5mm和25mm兩種規(guī)格的要求，破碎比達(dá)到92，因此岱莊礦采用二級(jí)破碎。一級(jí)破碎采用顎式破碎機(jī)進(jìn)行粗碎，排料粒徑控制在140mm內(nèi)；二級(jí)破碎采用錘式式破碎機(jī)。顎式破碎機(jī)的參數(shù)計(jì)算，根據(jù)式①、式②得，Dmax=460mm，B=506-575mm，L1=632-920mm；根據(jù)顎式破碎機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取型號(hào)為PE-600×900，即B=600mm，L1=900mm，bmin=75mm，bmax=140mm。

破碎比i=460/100=4.6，s=24.8mm；對(duì)于煤矸石取f=0.3，嚙角α≤33°，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，嚙角一般取理論計(jì)算值的65%，即α=21°。n1=258r/min，b=140mm，中型破碎機(jī)取u=0.72，Q1=99.4m3/h；根據(jù)規(guī)范查K1=0.93，K2=1，q=0.9t/（mm·h），b=140mm，計(jì)算得Q1′=73m3/h，實(shí)際生產(chǎn)能力是理論計(jì)算的73%，符合實(shí)際統(tǒng)計(jì)規(guī)律，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)按73m3/h計(jì)算。

煤矸石破碎篩分后，由破碎機(jī)性能曲線圖知，當(dāng)b=75mm或105mm時(shí)，煤矸石粒徑120mm以下的比例達(dá)到 ，能夠保證二段破碎煤矸石140mm的要求。

錘式破碎機(jī)的參數(shù)：bmax=140mm，D=168-700mm，L=118-1260mm。由于PCH型細(xì)碎機(jī)適合于破碎砂巖、煤矸石，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)選取型號(hào)為PCH0808環(huán)錘式破碎機(jī)，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對(duì)于岱莊煤矸石，σ=3.9×107Pa，E=5×1010Pa，線速度v=45m/s，n=117r/min；K3=0.5，K4=10，Q2=117m3/h，Q2=1.6Q1，由于岱莊礦膏體充填量為150m3/h，其中煤矸石用量約為70m3/h，岱莊礦充填系統(tǒng)設(shè)有矸石破碎儲(chǔ)存?zhèn)}，破碎機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

經(jīng)過(guò)兩段破碎后的煤矸石，小于5mm的比例占44.5%，5-25mm比例為54.5%，粒徑較大的煤矸石（20-25mm）只占2.7%，煤矸石粒徑在5-220mm內(nèi)均勻分布，在0-5mm內(nèi)比較富集，能夠充分滿足膏體充填配比要求，說(shuō)明設(shè)計(jì)的煤矸石二段破碎比較合理。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)研究，能夠選擇出非常合理的煤矸石破碎機(jī)及破碎工藝，將其加以實(shí)際應(yīng)用，能夠?yàn)槊喉肥髽I(yè)帶來(lái)非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益。