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摘要： 目前煤矿测量煤层瓦斯含量中粉碎煤样使用的球磨机粉碎效率低。根据煤矿球磨机的磨矿机理，通过研究物料仓内物料的运动状态，采用了“电机直接带动轴承使煤样罐转动”的球磨机设计方法，简化了装置，从而提高了粉碎效率。
Abstract： At present， the crushing efficiency of ball mill of the crushing coal samples in the measurement of coal seam gas content is low. According to the grinding mechanism of coal ball mill， through the study of the motion state of materials in materials store room， the ball mill design method of "the bearing directly driven by motor to rotate the coal sample tank" is used. This method simplifies the device and improves the crushing efficiency.
关键词： 瓦斯含量；球磨机；磨矿机理；粉碎效率
Key words： gas content；ball mill；grinding mechanism；crushing efficiency
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）33-0090-03
0 引言
自1893年第一台球磨机问世以来，它就一直被广泛应用于矿业、冶金、建材、化工及电力部门等若干基础行业的原料粉碎中。在矿山建设时期，球磨机的设备及基建投资约占选矿厂破磨设备总投资的50%，在矿山生产期间， 球磨机的能耗（电耗和材料）同样占全部破磨作业的50%以上。同时，在矿山生产中，球磨机作为主要的生产设备，其运转率和效率常常决定了全厂的生产效率和指标，成为全厂生产的“咽喉”环节。因此，无论设计院在设计阶段对球磨机的选择还是矿山企业在生产阶段对球磨机的管理都十分重视。同时许多球磨机的设计研究单位和生产厂家也对球磨机进行了很多研究工作，取得了很大进展，出现了多方面的研究方向。在经过对球磨机相关资料的调查和分析，发现煤矿中使用的煤层瓦斯含量设备中的球磨机效率较低，成本较高，所以，我们决定以经济高效，轻巧实用为理念，设计一套新型高效率、低成本的球磨机，更好地适应煤矿机械化的需要，从而快速地测量煤层瓦斯的含量。
1 实验过程
1.1 基本原理
该款球磨机为卧式筒形旋转装置，棒和球随滚筒转动，产生的摩擦力，研磨煤块，被提升到一定高度后，抛落产生冲击力，撞击煤块。依靠这两种力，达到粉碎煤样的目的。
1.2 新型球磨机结构图
①原球磨机需要2～4小时来研磨煤样才能达到标准，时间长，效率低；
②体积大，结构较复杂，操作不便；
③耗能高，而且成本较高。
因此我们采用了“电机直接带动轴承使煤样罐转动”的球磨机设计方法，简化了装置，提高了效率。如图1所示。
1.3 实验方法
实验仪器：自制新型球磨机；0.25mm的筛子；电子称；计时器；煤样。
实验步骤：筛选煤样；测煤的硬度（0.625）；用电子称称量250g煤样，加入煤样罐中，并将煤样罐安装到球磨机上；用测速计调好设定转速；打开电源开关，开始粉碎煤样，同时计时；每隔10分钟，停止粉碎，取下煤样罐，将煤样倒入0.25mm的筛子中，直到筛不下为止，将剩余粗煤样称量并记录数据；将粗煤样和细煤样一起加入罐中，继续粉碎十分钟，如此重复直到煤样在0.25mm以下达到80%以上；保存煤样，并进行数据处理。
2 实验结果
①全是煤块，转数145r/min ，煤块的质量为250g，煤粒的直径不大于24mm，筛孔的直径为0.25mm，煤硬度0.625。
C（%）=m1/m （1）
C——粉碎率；m1——细颗粒质量；m——煤块的总质量。
根据公式（1），计算出不同时间的粉碎率如表1所示。
由表1可以看出，在粉碎煤样的过程中，随着时间的增加，粉碎率也越来越大，当时间达到60min时，粉碎率为86.4%。
②当转速为155r/min 时，我们通过三次实验计算出粉碎率的平均值。根据公式（1），结果如图2所示。
图2横轴表示时间t（min），纵轴表示粉碎率c%，三种颜色代表不同的实验次数，由图表可以看出，当转速为155r/min，时间60min时，三次实验后煤块的粉碎率都在86%左右，求得平均粉碎率为86.5%。
③当在不同的转速下，随着时间的变化，球磨机的粉碎率如图3所示。
图3横轴表示时间t（min），纵轴表示粉碎率c%，由图表显示，当转速恒定的时候，随着时间的增加，球磨机的粉碎率逐渐增大；当时间恒定的时候，随着转速的增加，球磨机的粉碎率先增大后减小。当转速在155±10r/min时，球磨机粉碎率较好；当转速低于145r/min时或大于165r/min时球磨机的粉碎率都会下降。
3 实验分析
3.1 球磨机的实际工作转速
球磨机一般是按“抛落”状态工作。球磨机的最有利的工作转速应该保证球沿抛物线下落时的高度最大，从而使球在垂直方向获得最大的动能来粉碎煤块。由此，可确定球磨机的最佳工作转速。理论工作转速是从粉磨介质能够产生最大粉碎功的观点推导出来的，这个观点没有考虑到粉磨介质在随筒壁上升的过程中，部分介质的滑动和滚动的现象。这会影响介质的提升高度，即真正最大的粉磨功。但在实际生产中，考虑转速不能单纯从得到最大粉磨功的观点出发，因为物料的粉磨既有冲击破碎，还有研磨作用，同时因为煤矿用的小型球磨机筒体中是一个圆球和一大一小的两根磨棒，情况较为特殊，所以我们通过大量的实验测定球磨机的最佳转速。
在测量的过程中，我们使用可以改变转速的可调节变频器控制转速，再用测速仪测出调节的速度，这样方便我们找到最佳的转速，从而提高效率。通过实验数据显示，最佳的转速在155±10r/min时，球磨机的粉碎效率最大。
3.2 转速对粉碎率的影响
在球磨机中，破碎介质的运动状态与筒体的转速有关。如图4所示在速度较低时，球磨机中球和棒如a种形式下落，这样速度不高，它的效率也不高；当速度太高时，球磨机中的球和棒如c形式下落，做离心运动，沿着桶壁转，接触的煤粒太少，效率也低；当在合适的速度时，球磨机中的球和棒如b形式下落，接触煤粒多，对煤粒产生的摩擦力和冲击力最大，故只有找到合适的速度才能达到最高效率。
通过实验数据显示，当转速恒定的时候，随着时间的增加，球磨机的粉碎率逐渐增大；当时间恒定的时候，随着转速的增加，球磨机的粉碎率先增大后减小。当转速在155±10r/min时，球磨机粉碎率较好；当转速低于145r/min时或大于165r/min时球磨机的粉碎率都会下降。所以转速对球磨机的粉碎率有影响。
4 结论
在该实验条件下，我们用了大量时间，测得三十多组数据，通过上述的计算和数据分析，得出以下结论。①我们得出在转速为145～165r/min时球磨机的粉碎率最高；②采用了“电机直接带动轴承使煤样罐转动”的球磨机设计方法，简化了装置，提高了效率。60分钟就可以将煤块粉碎成0.25mm以下，并且粉碎率可以达到80%以上；③耗能少，成本低，实用性强，有利于技术人员快速测量煤层瓦斯含量。
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