李新山

(陜西永明煤礦有限公司，陜西省延安市，716000)

陜西永明煤礦有限公司(以下簡稱“永明煤礦”)隸屬于山東能源臨沂礦業(yè)集團(tuán)，配套有重介+浮選工藝選煤廠，選煤廠現(xiàn)階段處理能力為1.20 Mt/a。礦井主要開采3號(hào)和5號(hào)煤，其中+50 mm塊煤產(chǎn)率約為8.5%，+25 mm塊煤產(chǎn)率約為23.5%，+25 mm塊煤中矸石含量占全樣的14.49%；因5號(hào)煤的矸石易泥化，選煤廠實(shí)際生產(chǎn)能力約為210 t/h。選煤廠現(xiàn)有排矸工藝為：原煤進(jìn)入準(zhǔn)備車間進(jìn)行50 mm分級，+50 mm物料采用人工揀矸進(jìn)行分選，塊煤經(jīng)破碎機(jī)破碎至-50 mm與原煤分級篩篩下物料一起由帶式輸送機(jī)運(yùn)至后續(xù)洗選系統(tǒng)，矸石及雜物落地后裝車外排。為了提高塊煤預(yù)排矸效率，降低矸石泥化對后續(xù)洗選系統(tǒng)分選效果的影響，永明煤礦比選了近年新興的智能干選工藝與傳統(tǒng)的重介排矸工藝，并進(jìn)行充分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼{(diào)研與論證后，引入TDS智能干選機(jī)替代現(xiàn)有人工揀矸作業(yè)[1-5]。

1 改造的必要性

(1)矸石揀出率低，矸石存在泥化，影響后續(xù)洗選能力，增加洗選加工成本。人工揀矸作業(yè)受人為因素影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于人員疲憊和疏忽，矸石揀出率不能保證；并帶來如下問題：一是增加煤泥水系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，由于大塊矸石揀出率不高，大塊煤中未揀出矸石經(jīng)破碎后進(jìn)入洗選系統(tǒng)，并且5號(hào)煤的矸石見水泥化嚴(yán)重，因此產(chǎn)生大量次生煤泥，增加了煤泥水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)；二是惡化分選效果，矸石次生煤泥不易沉降，導(dǎo)致煤泥水系統(tǒng)負(fù)荷大，循環(huán)水濃度增高，重介和浮選分選效果變差，介耗升高，現(xiàn)場只能通過采用降低入選量至210 t/h和延長煤泥水系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)間的方式維持生產(chǎn)；三是增加塊煤破碎機(jī)功耗及維修量；四是增加洗選加工成本，未揀出矸石進(jìn)入洗選系統(tǒng)，既增加了選煤廠的生產(chǎn)負(fù)荷，又增加了加工成本，此外矸石對管道、溜槽、設(shè)備等磨損嚴(yán)重，無形中增加了設(shè)備損耗。

(2)人工揀矸作業(yè)作為選煤廠的傳統(tǒng)作業(yè)環(huán)節(jié)，一直存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、噪聲大、粉塵大、工作環(huán)境差的問題。

(3)選煤廠的自動(dòng)化水平較高，將人工揀矸作業(yè)改為智能排矸后，真正實(shí)現(xiàn)選煤廠全廠的自動(dòng)化生產(chǎn)。

基于以上原因，為了提高矸石揀出率、減少矸石泥化、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)進(jìn)一步提高選煤廠的自動(dòng)化水平，解放人工揀矸作業(yè)工人繁重的勞動(dòng)強(qiáng)度，將選煤廠人工揀矸作業(yè)升級改造為TDS智能排矸十分必要。

2 TDS智能干選機(jī)分選原理與技術(shù)特點(diǎn)

2.1 分選原理

TDS智能干選系統(tǒng)由給料、識(shí)別、執(zhí)行3個(gè)主要系統(tǒng)和配套的供風(fēng)、除塵、配電、控制等輔助系統(tǒng)組成，其分選原理如圖1所示。

TDS智能干選機(jī)工作原理為：基于朗伯比爾定律，利用煤和矸石對于X射線質(zhì)量吸收系數(shù)比的不同以及圖像識(shí)別技術(shù)來區(qū)分煤和矸石；同時(shí)采用智能識(shí)別方法，針對不同的煤質(zhì)特征建立對應(yīng)的分析模型，通過大數(shù)據(jù)分析來數(shù)字化識(shí)別煤和矸石，智能開啟陣列式氣槍實(shí)現(xiàn)煤矸分離。TDS智能分選機(jī)適用于300～25 mm的塊煤分選，可代替人工揀矸、動(dòng)篩跳汰機(jī)、淺槽分選機(jī)等傳統(tǒng)分選設(shè)備[6]。

圖1 TDS智能干選機(jī)分選原理

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1)處理能力大。目前TDS智能干選機(jī)最大單臺(tái)處理量能夠達(dá)到380 t/h。

(2)處理粒級寬。TDS智能干選機(jī)可處理100～25 mm的中塊原煤和300～50 mm的大塊原煤，適用粒度范圍為300～25 mm。

(3)分選精度高。TDS智能干選機(jī)分選精度已經(jīng)能夠達(dá)到矸中帶煤率為1%～3%，煤中帶矸率為1%～3%，分選精度遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)動(dòng)篩排矸，接近于重介淺槽分選機(jī)[7]。

(4)可靠性高。TDS智能干選機(jī)所有部件全部按防爆標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，已通過一類防爆認(rèn)證，取得了煤安認(rèn)證；TDS智能干選機(jī)采用鉛板全密封屏蔽輻射，已取得輻射安全許可證，輻射防爆達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)，且X射線裝置斷電后不產(chǎn)生輻射。

(5)智能化程度高。隨著TDS智能干選機(jī)處理數(shù)據(jù)量的增大，分選精度會(huì)不斷提高，對煤質(zhì)的適應(yīng)性也越來越強(qiáng)；此外，TDS智能干選機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行成本低、除塵設(shè)計(jì)完善等也是智能干選系統(tǒng)較為突出的優(yōu)點(diǎn)[8-11]。

3 應(yīng)用實(shí)踐

3.1 改造方案

永明煤礦根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)需要，選擇了TDS14-100智能干選機(jī)和其他設(shè)備進(jìn)行排矸系統(tǒng)的改造，TDS智能干選機(jī)改造布置如圖2所示，主要設(shè)備選型技術(shù)參數(shù)見表1。

圖2 TDS智能干選機(jī)改造布置

表1 主要設(shè)備選型技術(shù)參數(shù)

將原煤倉下的現(xiàn)有帶式輸送機(jī)角度由0°增加到4°，機(jī)頭抬高，在機(jī)頭處增加原煤通過式破碎機(jī)將原煤破碎至100 mm以下；拆除準(zhǔn)備車間現(xiàn)有分級篩和人工揀矸帶式輸送機(jī)、塊煤破碎機(jī)及其附屬的溜槽。在準(zhǔn)備車間5層布置新增原煤分級篩，4層布置TDS智能干選機(jī)。

3.2 改造后的智能干選工藝流程

改造后的工藝流程為：原煤分級篩篩上100～25 mm塊原煤進(jìn)入TDS智能干選機(jī)進(jìn)行分選，執(zhí)行打矸工藝。分選后的矸石進(jìn)入準(zhǔn)備車間1層雜物間，由汽車外運(yùn)；分選后的精煤經(jīng)原有原煤破碎機(jī)碎至50～0 mm，與分級篩下25～0 mm末煤一起進(jìn)入后續(xù)重介洗選系統(tǒng)。TDS智能干選機(jī)排矸工藝流程如圖3所示。

3.3 應(yīng)用效果

永明煤礦TDS14-100智能干選機(jī)于2019年3月投入試生產(chǎn)，應(yīng)用后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2，原煤篩分試驗(yàn)和50～25 mm原煤浮沉試驗(yàn)分別見表3和表4。

由表2可知，該機(jī)分選后矸中帶煤率平均為1.95%，煤中帶矸率平均為2.6%，矸石排出率平均為97.41%，指標(biāo)情況較好。TDS智能干選機(jī)能夠滿足永明煤礦原煤預(yù)排矸的分選任務(wù)，減少矸石泥化，保障選煤廠的生產(chǎn)能力。

表2 TDS 智能干選機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖3 TDS智能干選機(jī)排矸工藝流程

表3 原煤篩分試驗(yàn)

表4 50～25 mm原煤浮沉試驗(yàn)

4 效益分析

4.1 安全效益

人工揀矸作為選煤廠的傳統(tǒng)作業(yè)環(huán)節(jié)，一直存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、噪聲大、粉塵大、工作環(huán)境惡劣等問題，極易造成人身安全方面的事故。永明煤礦采用TDS智能干選機(jī)替代人工揀矸作業(yè)，可降低分選作業(yè)崗位工人數(shù)，同時(shí)降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提升選煤廠自動(dòng)化管理水平，降低發(fā)生人身安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 降低選煤廠生產(chǎn)成本

(1)節(jié)省人力成本。采用TDS智能干選工藝可節(jié)省4名人工揀矸工人，按照企業(yè)每人支出工人工資8萬元/a計(jì)算，采用TDS智能干選機(jī)可節(jié)約人工成本32萬元/a。

(2)矸石提前排出，節(jié)省重介加工成本。采用TDS智能干選工藝排出的+25 mm塊矸石不需要進(jìn)入后續(xù)重介系統(tǒng)。目前重介系統(tǒng)加工費(fèi)為11.5元/t，折算節(jié)省加工費(fèi)為219.96萬元/a。

(3)節(jié)省煤泥加工成本。TDS智能干選工藝排出大塊矸石后可減少入洗時(shí)的次生煤泥，根據(jù)改造前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比得知，細(xì)煤泥產(chǎn)率降低了2%，按照煤泥水系統(tǒng)加工費(fèi)4.5元/t計(jì)算，折算后節(jié)省煤泥加工費(fèi)為11.88萬元/a。

4.3 增加產(chǎn)品產(chǎn)量

采用TDS智能干選工藝后，選煤廠處理量由210 t/h提高到250 t/h，根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)得知，改造后精煤產(chǎn)量可提高約200 t/d，按照精煤銷售價(jià)格950元/t計(jì)算，折算后增加效益為 6270萬元/a。

4.4 TDS智能干選機(jī)新增加工費(fèi)

TDS智能干選機(jī)耗電量為277 kVA/t，按照電價(jià)0.6元/kW·h計(jì)算，折算后增加電費(fèi)為 88萬元/a。TDS智能干選機(jī)備件及運(yùn)維費(fèi)用按照約120萬元計(jì)算，其他設(shè)備(主要交叉篩、破碎機(jī))備件及維修費(fèi)按照20萬元/a計(jì)算，折算后TDS智能干選機(jī)加工費(fèi)共計(jì)228萬元/a。

4.5 綜合經(jīng)濟(jì)效益

TDS智能干選機(jī)替代人工撿矸作業(yè)產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟(jì)效益分析，見表5。

表5 TDS智能干選機(jī)經(jīng)濟(jì)效益分析

從表5可以看出，在不考慮矸石排出對選煤廠設(shè)備及管道磨損的改善、降低煤泥水系統(tǒng)負(fù)擔(dān)等效益的情況下，永明煤礦塊原煤采用TDS智能干選機(jī)總計(jì)產(chǎn)生6305.84萬元/a的經(jīng)濟(jì)效益，投資回收期短且經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)語

TDS智能干選機(jī)可以對煤與矸石有效識(shí)別，通過高壓風(fēng)執(zhí)行系統(tǒng)將矸石排出，具有分選精度高、自動(dòng)化程度高、系統(tǒng)簡單、矸石不入水、減少泥化、減少人工、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。永明煤礦+25 mm塊原煤采用TDS智能干選機(jī)分選排出大塊矸石，可減少矸石泥化，保障選煤廠處理能力滿足礦井生產(chǎn)需要，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)，還解放了繁重的人工撿矸作業(yè)，改善了工作環(huán)境，減少了安全隱患，提升了選煤廠自動(dòng)化水平；每年增加效益6305.84萬元，有著非常顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

雖然TDS智能干選機(jī)目前較好地解決了永明煤礦+25 mm大塊矸石排出的問題，但25～13 mm粒度級原煤中仍含有較大比例的矸石，如果能在入選前將這部分矸石排除，將會(huì)進(jìn)一步改善后續(xù)中介分選的效果，降低煤泥水系統(tǒng)的壓力，提升選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益；而目前TDS智能干選機(jī)隨著技術(shù)的不斷提升，已經(jīng)成功研發(fā)出有效分選下限至10 mm的小粒級TDS智能干選機(jī)，在技術(shù)上能夠滿足要求，下一步可以考慮采用小粒級TDS智能干選機(jī)對永明煤礦25～13 mm粒度級原煤進(jìn)行預(yù)排矸分選。