论文部分内容阅读
【摘 要】本文先对不规则矿块的加压进行了探讨，得出测定结果与实际岩矿有较大的差别原因分析，另通过对对杜儿坪煤矿抽取一定数量的煤、矸石样品，用电子万能试验机对其进行初步的压力实验，通过实验机对煤矸石选择性破碎分选进行初步实验，得到煤、矸选择性破碎压力分布曲线， 再利用其数值分布绘制分布曲线，这样绘制出的两条曲线放置于同一坐标之上，利用图中概率值做出煤矸分选的优化控制，找到一个合理的压力分界值，从而说明煤、矸分选存在一定的可行性。
【关键词】不规则；煤矸，破碎分选；可行性；统计规律
一、前言
煤炭是我国的主要能源，但原煤中含大约20%～25%的矸石。在国家政策引导下，我国各科研及生产部门做了大量的研究工作，已取得了很大进步。但目前国内外排矸的方法主要是手工拣矸与液体介质分选，手选劳动强度大，效率低，洗选设备投资大且受水资源的影响。目前我国原煤入选量仅为24%，利用率较低，大量煤矸石堆积于地面，占用耕地，污染环境[1]。如果能在井下直接处理，其意义很大。目前研究表明，煤、矸从其硬度、抗压强度来讲二者完全可以区分开来。本文通过实验机对杜儿坪煤矿的煤矸石选择性破碎分选进行初步实验，提出煤矸分选的可行性。
二、不规则加压的理论探讨
对于不规则试件的加压如果不考虑其不规则性则，则其结果是特别离散，几乎没有什么规律性可言。如何能对不规则体以规则体处理，这是一个有待解决的问题，如能解决这一问题，则不规则也就是规则性，这样就能达到我们所要解决的问题的目的。
岩矿的强度是岩矿的重要力学性质之一。岩矿强度的测定至今均是采用工程力学中材料试验的方法进行，即用标准力学试件进行测定，其测定结果是显著偏高，用此种显著偏高的结果进行机械的设计及使用参数的确定，必然产生重大偏差及浪费。工程中所遇到的均是形状极不规则的自然矿块，实际破碎中岩矿破碎受力情况也和标准力学试件受力情况大不相同，因此，自然矿块强度和标准力学试件的测定值是有较大差距的[2]。
为了确定岩石材料的力学性质，通常需要从现场岩体上取回岩块，将其加工成一定形状的岩石试样，简称为岩样。试验时，利用各种不同的力学试验机对岩样进行加载。在此过程中，测量、记录岩样所承受的载荷和产生的变形。有时，限于试验条件，仅测量岩样破坏时所承受的最大载荷，即通常所说的强度，主要包括轴向压缩强度、间接拉伸强度和抗剪强度等。
岩矿是一种物质成分不均的天然材料，且结构上为多元体系，力学性质复杂对于岩石力学参数的测定，目前仍是借用金属材料的力学性质测定方法。其测定结果必然与实际岩矿有较大的差别。造成差别的原因大多与测定方法有关，具体分析有以下几个：（1）选为试件的样块必须是符合规程要求的几何规则体，这只有选择强度高的样块才能做到，所以测出的结果必然是偏高的。但实际上矿块在遭受破碎时，往往是点接触状态，有高度应力集中存在，因而自然矿块容易破坏，而标准力学试件测试时无应力集中现象，是能承受较大的破坏载荷。有研究者作过测定，发现自然矿块的抗压强度明显低于标准力学试件的。（2）自然岩矿块中不可避免地存在孔隙及裂纹，这些孔隙及裂纹中又总是存在水分，水分的存在显著降低了岩矿的力学强度。
三、选择性破碎统计规律的分析
选择性破碎分选就是在选择性破碎分选设备中，对混合物料施加适当的作用力，使硬度较大的岩石、矿物质不破碎或较少破碎，而硬度小的岩石、矿物完全破碎或基本破碎。利用岩石、矿物强度差异性，强化破碎的选择性，使混合物料中硬度较大的岩石、矿物基本保持原始的粒度，而硬度小的岩石、矿物破碎成细粒[3]。
矸石是各种岩石的人工混杂堆积，各种岩石的强度差异较大，在用普通的破碎设备破碎煤矸时，由于各种岩石的硬度差异，也存在破碎选择性。强度小的富含粘土矿物及炭质的岩石优先破碎，趋向于分布在细粒级，而富含石英砂岩、粉砂岩、碳酸岩和硫结核的强度大的煤矸趋向于粗粒级。如果用设计合理的选择性破碎分选设备，人为地强化破碎过程中的选择性破碎，就使得矸石中各种岩石按强度不同分为几部分，这将更有利于矸石的合理利用。
下面在杜儿坪煤矿抽取一定数量的煤矸进行实验研究。
杜儿坪矿岩石多为页岩、泥岩。由于含煤岩系形成于地壳浅部，生成和赋存环境与岩浆岩和变质岩显然不同，岩性较为软弱，变化较大，成分复杂，使得含煤岩系具有不同于其他岩类的力学变形特性。
我们到现场对杜儿坪煤矿抽取一定数量的煤矸石样品，用WED-50型电子万能试验机对其进行初步的压力实验，加载速度大约保持在1～4mm/s，得到煤、矸选择性破碎压力分布曲线见图1，图2。
实验中所得数据，服从几何分布。从图1可以看出线性相关较强（图1中R较接近于1）取其横坐标为压力值，取其纵坐标为发生在此压力值的数量。利用其数值分布绘制分布曲线，这样绘制出的两条曲线放置于同一坐标之上，见图3。
从以上图形来看，显然煤块破碎力过大，根据实验观察与煤块特性研究，找到煤块破碎力过高的原因：1.煤块受压力机两端头的抑制作用，不能有效的释放能量。2.煤块在压缩过程中有一个压密阶段，也是造成压力过高的原因。另一方面看到两条曲线会出现一个交叉点，利用这一点来控制煤矸分选。所以把两个概率分布曲线放于同一坐标中利用其概率值做出优化控制，找到一个合理的压力点。从实验中出现的情况来看，煤、矸破碎力存在一定交叉，为了使两者的交叉范围减少，应对实验方法做出一定的改进，确定以何种破碎方式较为理想，同样绘制出概率分布图，从几种图中选取一种较为理想的[4]。
四、实验结果分析
假设可能存在一种情况，煤、矸的交叉部分相当少，这样对分选有非常大的帮助，这样更能较为准确地确定出其破碎力的分界限。最为主要的是我们可以弄清不规则煤、矸究竟是何种方式易于破碎，何种方式不易于破碎。这样在针对不同煤质、矸质能更快的做出处理。
实验结果：
（一）本实验说明对特定地点的煤、矸可以利用物理机械的方法分选。
（二）本实验说明煤、矸分选存在一定的可行性。
（三）需要进一步改进实验方式，确定出一种理想的破碎方法。
五、结论
自然矿块个体上离散性与整体上有序性，在实验中发现不规则试件强度规律：从单独一块来说其强度值看不出什么规律，但从一批矿块的实验来看其破碎基本上服从正态分布；本研究表明对于杜儿坪矿的煤、矸利用张拉破碎可以区分开来，对杜儿坪矿下一步进行煤、矸分选有一定的指导意义。
参考文献：
[1] 将爱良.煤矸石的组成特征及利用途径[J].中国煤炭，2003：25-26.
[2] 徐小荷，余静.岩石破碎学[M].北京：煤炭工业出版社，1984：103-106.
[3] 将爱良.煤矸石的组成特征及利用途径[J].中国煤炭，2003（3）：25-26.
[4] 潘兆科.煤矸选择性破碎分选的实验研究[D].山西： 太原理工大学，2004：36-37.
【关键词】不规则；煤矸，破碎分选；可行性；统计规律
一、前言
煤炭是我国的主要能源，但原煤中含大约20%～25%的矸石。在国家政策引导下，我国各科研及生产部门做了大量的研究工作，已取得了很大进步。但目前国内外排矸的方法主要是手工拣矸与液体介质分选，手选劳动强度大，效率低，洗选设备投资大且受水资源的影响。目前我国原煤入选量仅为24%，利用率较低，大量煤矸石堆积于地面，占用耕地，污染环境[1]。如果能在井下直接处理，其意义很大。目前研究表明，煤、矸从其硬度、抗压强度来讲二者完全可以区分开来。本文通过实验机对杜儿坪煤矿的煤矸石选择性破碎分选进行初步实验，提出煤矸分选的可行性。
二、不规则加压的理论探讨
对于不规则试件的加压如果不考虑其不规则性则，则其结果是特别离散，几乎没有什么规律性可言。如何能对不规则体以规则体处理，这是一个有待解决的问题，如能解决这一问题，则不规则也就是规则性，这样就能达到我们所要解决的问题的目的。
岩矿的强度是岩矿的重要力学性质之一。岩矿强度的测定至今均是采用工程力学中材料试验的方法进行，即用标准力学试件进行测定，其测定结果是显著偏高，用此种显著偏高的结果进行机械的设计及使用参数的确定，必然产生重大偏差及浪费。工程中所遇到的均是形状极不规则的自然矿块，实际破碎中岩矿破碎受力情况也和标准力学试件受力情况大不相同，因此，自然矿块强度和标准力学试件的测定值是有较大差距的[2]。
为了确定岩石材料的力学性质，通常需要从现场岩体上取回岩块，将其加工成一定形状的岩石试样，简称为岩样。试验时，利用各种不同的力学试验机对岩样进行加载。在此过程中，测量、记录岩样所承受的载荷和产生的变形。有时，限于试验条件，仅测量岩样破坏时所承受的最大载荷，即通常所说的强度，主要包括轴向压缩强度、间接拉伸强度和抗剪强度等。
岩矿是一种物质成分不均的天然材料，且结构上为多元体系，力学性质复杂对于岩石力学参数的测定，目前仍是借用金属材料的力学性质测定方法。其测定结果必然与实际岩矿有较大的差别。造成差别的原因大多与测定方法有关，具体分析有以下几个：（1）选为试件的样块必须是符合规程要求的几何规则体，这只有选择强度高的样块才能做到，所以测出的结果必然是偏高的。但实际上矿块在遭受破碎时，往往是点接触状态，有高度应力集中存在，因而自然矿块容易破坏，而标准力学试件测试时无应力集中现象，是能承受较大的破坏载荷。有研究者作过测定，发现自然矿块的抗压强度明显低于标准力学试件的。（2）自然岩矿块中不可避免地存在孔隙及裂纹，这些孔隙及裂纹中又总是存在水分，水分的存在显著降低了岩矿的力学强度。
三、选择性破碎统计规律的分析
选择性破碎分选就是在选择性破碎分选设备中，对混合物料施加适当的作用力，使硬度较大的岩石、矿物质不破碎或较少破碎，而硬度小的岩石、矿物完全破碎或基本破碎。利用岩石、矿物强度差异性，强化破碎的选择性，使混合物料中硬度较大的岩石、矿物基本保持原始的粒度，而硬度小的岩石、矿物破碎成细粒[3]。
矸石是各种岩石的人工混杂堆积，各种岩石的强度差异较大，在用普通的破碎设备破碎煤矸时，由于各种岩石的硬度差异，也存在破碎选择性。强度小的富含粘土矿物及炭质的岩石优先破碎，趋向于分布在细粒级，而富含石英砂岩、粉砂岩、碳酸岩和硫结核的强度大的煤矸趋向于粗粒级。如果用设计合理的选择性破碎分选设备，人为地强化破碎过程中的选择性破碎，就使得矸石中各种岩石按强度不同分为几部分，这将更有利于矸石的合理利用。
下面在杜儿坪煤矿抽取一定数量的煤矸进行实验研究。
杜儿坪矿岩石多为页岩、泥岩。由于含煤岩系形成于地壳浅部，生成和赋存环境与岩浆岩和变质岩显然不同，岩性较为软弱，变化较大，成分复杂，使得含煤岩系具有不同于其他岩类的力学变形特性。
我们到现场对杜儿坪煤矿抽取一定数量的煤矸石样品，用WED-50型电子万能试验机对其进行初步的压力实验，加载速度大约保持在1～4mm/s，得到煤、矸选择性破碎压力分布曲线见图1，图2。
实验中所得数据，服从几何分布。从图1可以看出线性相关较强（图1中R较接近于1）取其横坐标为压力值，取其纵坐标为发生在此压力值的数量。利用其数值分布绘制分布曲线，这样绘制出的两条曲线放置于同一坐标之上，见图3。
从以上图形来看，显然煤块破碎力过大，根据实验观察与煤块特性研究，找到煤块破碎力过高的原因：1.煤块受压力机两端头的抑制作用，不能有效的释放能量。2.煤块在压缩过程中有一个压密阶段，也是造成压力过高的原因。另一方面看到两条曲线会出现一个交叉点，利用这一点来控制煤矸分选。所以把两个概率分布曲线放于同一坐标中利用其概率值做出优化控制，找到一个合理的压力点。从实验中出现的情况来看，煤、矸破碎力存在一定交叉，为了使两者的交叉范围减少，应对实验方法做出一定的改进，确定以何种破碎方式较为理想，同样绘制出概率分布图，从几种图中选取一种较为理想的[4]。
四、实验结果分析
假设可能存在一种情况，煤、矸的交叉部分相当少，这样对分选有非常大的帮助，这样更能较为准确地确定出其破碎力的分界限。最为主要的是我们可以弄清不规则煤、矸究竟是何种方式易于破碎，何种方式不易于破碎。这样在针对不同煤质、矸质能更快的做出处理。
实验结果：
（一）本实验说明对特定地点的煤、矸可以利用物理机械的方法分选。
（二）本实验说明煤、矸分选存在一定的可行性。
（三）需要进一步改进实验方式，确定出一种理想的破碎方法。
五、结论
自然矿块个体上离散性与整体上有序性，在实验中发现不规则试件强度规律：从单独一块来说其强度值看不出什么规律，但从一批矿块的实验来看其破碎基本上服从正态分布；本研究表明对于杜儿坪矿的煤、矸利用张拉破碎可以区分开来，对杜儿坪矿下一步进行煤、矸分选有一定的指导意义。
参考文献：
[1] 将爱良.煤矸石的组成特征及利用途径[J].中国煤炭，2003：25-26.
[2] 徐小荷，余静.岩石破碎学[M].北京：煤炭工业出版社，1984：103-106.
[3] 将爱良.煤矸石的组成特征及利用途径[J].中国煤炭，2003（3）：25-26.
[4] 潘兆科.煤矸选择性破碎分选的实验研究[D].山西： 太原理工大学，2004：36-37.