炭鉱では、急勾配の主斜路に設置された主ベルトコンベアにおいて、輸送中に石炭の溢れ、流出、落下が頻繁に発生します。特に水分含有量の高い原炭を輸送する場合、1日の石炭流出量は数十トンから数百トンに達することがあります。流出した石炭は清掃する必要があり、作業効率と安全性に影響を及ぼします。この対策として、ベルトコンベアの先頭に貯水タンクを設置し、流出した石炭を洗浄します。運転中は、貯水タンクのゲートバルブを手動で開き、浮上した石炭をコンベア後端に排出し、ローダーで清掃します。しかし、洗浄水量が多いこと、浮上量が多いこと、清掃が間に合わないこと、そして浮上した石炭がサンプに近接していることなどから、浮上した石炭が直接サンプに流入してしまうことがよくあります。その結果、サンプは月に一度清掃する必要があり、労働集約性の高さ、サンプ清掃の難しさ、そして重大な安全上の問題といった課題が生じています。
1 石炭流出原因の分析
1.1 石炭流出の主な原因
第一に、コンベアの傾斜角度が大きく、コンベアの速度が速いこと、第二に、コンベア本体の複数の箇所で表面が不均一なため、「ベルト浮き」が発生し、石炭がこぼれることです。
1.2 排水溝清掃の難しさ
まず、貯水タンクの手動で開くゲートバルブの開度が恣意的であることが多く、洗浄水量が過剰になります。平均して、毎回 800 m³ の石炭スラリー水がサンプに洗浄されます。2 番目に、メインベルトコンベアの路面が不均一なため、浮遊石炭が適時に沈殿せずに低地に蓄積し、水が浮遊石炭をサンプに運び込み、頻繁に清掃が必要になります。3 番目に、コンベアの末端の浮遊石炭が迅速かつ徹底的に清掃されず、洗浄操作中にサンプに洗浄されます。4 番目に、メインベルトコンベアの末端とサンプとの距離が短いため、沈殿が不十分な石炭スラリー水がサンプに入り込む可能性があります。5 番目に、浮遊石炭には大量の大きな塊が含まれているため、サンプの清掃中に歩行式掘削機（泥ポンプを装備）が前端で効率的に材料を収集することが困難です。その結果、効率が低下し、泥ポンプが著しく摩耗し、サンプの前端で手動またはローダーによる清掃が必要となり、労働集約度が高くなり、清掃効率が低下します。
2 ベルトコンベア用総合石炭流出処理システムの設計
2.1 制度研究と対策
（1）ベルトコンベアの急傾斜角度は変更できませんが、石炭量に応じて運転速度を調整できます。この解決策では、石炭投入源にベルトスケールを設置し、石炭量を監視し、制御システムにリアルタイムでフィードバックします。これにより、メインベルトコンベアの運転速度を調整し、速度を下げて石炭のこぼれを最小限に抑えることができます。
（2）コンベヤ本体の複数箇所における路面の凹凸によって発生する「ベルト浮き」の問題に対処するため、ベルトが直線走行するようにコンベヤ本体と走行路面の両方を調整する対策を講じています。さらに、ベルト浮きを解消し、石炭の流出量を削減するために、加圧ローラー装置を設置しています。
2.2 ローダーを用いた後端自動洗浄システム
（1）ベルトコンベアの末端には、ローラースクリーンと高周波振動スクリーンが設置されています。ローラースクリーンは、流出した石炭を自動的に収集・分級します。分級不足の石炭は水で洗い流されてスクレーパー式サンプクリーナーに送られ、分級超過の石炭は高周波振動スクリーンに搬送されます。搬送ベルトコンベアを経由して、メインベルトコンベアに戻されます。高周波振動スクリーンから排出された分級不足の石炭は、重力によってスクレーパー式サンプクリーナーに流れます。
（2）石炭スラリー水は重力によってスクレーパー式サンプクリーナーに流れ、0.5mm以上の粗粒子は搬送ベルトコンベア上に直接排出されます。スクレーパー式サンプクリーナーからのオーバーフロー水は重力によって沈殿槽に流れ込みます。
（3）沈殿槽の上部にはレールと電動ホイストが設置されています。沈殿槽内には、撹拌機能付きの大型強制汚泥ポンプが設置されており、このポンプが往復運動することで、底部に沈殿した汚泥を高圧濾過プレスへと搬送します。高圧濾過プレスで濾過された石炭ケーキは搬送ベルトコンベア上に排出され、濾過水は重力によってサンプに流入します。
2.3 総合石炭流出処理システムの特徴
（1）本システムは、メインベルトコンベアの運転速度を自動制御することで、石炭の流出量を削減し、「ベルト浮き」の問題に対処します。貯水タンクのゲートバルブをインテリジェントに制御することで、洗浄水の量を削減します。さらに、路床に超高分子量ポリエチレン板を設置することで、必要な洗浄水の量を削減します。1回の洗浄水量は200m³に削減され、75%の削減となり、サンプ清掃の難易度と鉱山の排水量を低減します。
（2）後端のローラースクリーンは、10mm以上の粗粒子を網羅的に集塵・分級・搬送し、10mm未満の粒子は重力によってスクレーパー式サンプクリーナーへと流れます。
（3）高周波振動スクリーンは石炭を脱水し、塊炭の水分含有量を低減します。これにより、急勾配のメインベルトコンベアでの搬送が容易になり、石炭のこぼれも低減します。
（4）石炭スラリーは重力によって沈殿槽内のスクレーパー式排出ユニットに流入する。スクレーパー式排出ユニットは、内部のハニカム傾斜板沈殿装置を通過する。0.5mm以上の粗粒石炭は選別され、スクレーパー排出装置を介して搬送ベルトコンベア上に排出される。スクレーパー式サンプクリーナーからのオーバーフロー水は後部沈殿槽に流入する。スクレーパー式サンプクリーナーは0.5mm以上の粗粒石炭を処理し、高圧フィルタープレスにおけるろ布の摩耗やろ過ケーキの層状化などの問題を解決する。
3つのメリットと価値
3.1 経済的利益
（１）このシステムにより地下での無人作業が可能となり、人員を20人削減し、年間約400万人民元の人件費を節約できる。
（2）スクレーパー式サンプクリーナーは、1～2時間毎の起動・停止サイクルで自動運転し、1回の稼働時間はわずか2分であるため、消費電力が低く抑えられます。従来の浚渫設備と比較して、年間約100万人民元の電気代を節約できます。
（3）このシステムでは、微細粒子のみがサンプに流入します。多段ポンプによって効率的に排出されるため、目詰まりやポンプの焼損を起こさず、年間約100万人民元のメンテナンスコストを削減できます。
3.2 社会福祉
このシステムは手作業による清掃に代わるもので、作業員の労働強度を軽減し、浚渫効率を向上させます。粗粒子を前処理することで、後続の泥ポンプや多段ポンプの摩耗を最小限に抑え、ポンプの故障率を低下させ、耐用年数を延ばします。リアルタイム清掃により、浚渫槽の有効容量が増加し、予備浚渫槽が不要になり、耐洪水性が向上します。地上からの集中管理と地下作業の無人化により、安全上の危険性が大幅に軽減され、社会に多大な利益をもたらします。
4 結論
主ベルトコンベア用総合流出石炭処理システムは、シンプルで実用的、信頼性が高く、操作と管理が容易です。このシステムの導入により、急勾配の主ベルトコンベアにおける流出石炭の清掃と後部サンプの浚渫という課題を効果的に解決しました。このシステムは、作業効率を向上させるだけでなく、地下の安全上の危険性も解消し、幅広い普及と適用に大きな可能性を示しています。
投稿日時: 2025年9月22日
