東灘煤礦選煤廠壓濾機增容研究與應用

孟 旭，劉建杰

（兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城273500）

隨著我國社會的不斷進步，科技的不斷創(chuàng)新，智能化選煤廠建設對于推動我國煤炭工業(yè)供給側結構性改革，打造選煤業(yè)競爭新優(yōu)勢，實現科技強國具有重要戰(zhàn)略意義。壓濾機作為選煤廠煤泥水閉路循環(huán)系統(tǒng)的關鍵設備，目前正向著大產能、高效率的方向發(fā)展，其中主要有煤泥處理能力強、過濾面積大、多端口高壓強流入料、多油缸均勻壓緊、快速拉開卸料、PLC及信息化自動控制等優(yōu)勢。

1 煤泥水處理現狀

受礦井地質條件的影響，東灘煤礦煤層斷層和夾矸巖性為粉砂巖或泥巖，均屬于遇水極易泥化的粘土類礦物，隨著礦區(qū)井下開采時間的不斷延長，優(yōu)質煤儲量逐漸降低，原煤中的煤泥含量越來越大，尤其是井下采場出現斷層時，原煤入洗泥化現象嚴重，煤泥中細顆粒含量高（-200目占70%以上），造成煤泥水過濾速度慢、煤泥含水率高。

煤泥性質（高灰細泥，易泥化，粘度大等）嚴重影響壓濾生產效率，礦井煤質好時，KM300/2000型快速隔膜壓濾機循環(huán)周期約為15min，煤質差時，KM300/2000型快速隔膜壓濾機循環(huán)周期約為40min，壓濾效率降低2～3倍。礦井煤泥含量15%左右時煤泥水處理具備全入洗處理能力，但礦井部分工作面煤泥含量偏高時，如3306綜放工作面煤泥含量最高達到25.95%，增幅近60%，且矸石、夾矸易泥化，選煤廠現有的煤泥水過濾壓濾機的處理能力不能滿足原煤入洗的要求。煤質差時系統(tǒng)中細粒煤泥積聚，循環(huán)水、澄清水濃度劇增，無壓重介系統(tǒng)分選效率降低，產品質量不穩(wěn)定，嚴重時必須采取減產措施，實施“以水定產”，影響整個洗煤系統(tǒng)的正常生產。

2 增容改造

2.1 主要研究內容

東灘煤礦選煤廠壓濾廠房615（KM300/2000型）壓濾機煤泥過濾面積小，入料時間長。煤泥性質（高灰細泥，易泥化，粘度大等）嚴重影響壓濾生產效率。另外該壓濾機2005年4月投入使用，主機部分雖沒有出現大的變形和失效問題，但銹蝕和磨損嚴重，液壓系統(tǒng)和傳動裝置也經常出現故障，故計劃對壓濾廠房二層615壓濾機進行增容。通過增加KM型快速壓濾機專用濾板、更新濾板分組拉開卸料技術、改進多油缸同步壓緊技術、完善壓榨安全保護系統(tǒng)等研發(fā)與升級，實現壓濾機增容。增容后壓濾機煤泥有效過濾面積由300m2增加到600m2，以提高煤泥處理能力。

為了滿足現有壓濾機處理難過濾煤泥的要求，對現有KM300/2000型快速隔膜板框壓濾機進行增容為KM600/2000快速隔膜板框壓濾機，從而提高單臺壓濾機處理能力，滿足洗煤廠煤泥水系統(tǒng)閉路循環(huán)的生產需要，同時避免廠房再擴建和增加新設備系統(tǒng)帶來的大量人力、物料投入。

主要的研究項目：

1）研制KM型快速壓濾機專用濾板。濾板采用KM系列快速壓濾機1.6MPa高壓壓濾專用濾板，專用濾板及隔膜片選用高熱穩(wěn)定性純聚丙烯材料，采用細顆粒直接熔模壓鑄工藝，不添加碳酸鈣、玻璃纖維等任何添加劑，濾板采用明暗流同時排液設計、專用濾板的過濾面、出液孔、集成孔、角孔進行流體力學優(yōu)化設計，保證水力學半徑遞減，使濾液流道形成從內向外明顯、均勻的壓力梯度，可實現快速負壓高效壓濾，同時將壓濾機濾板數量由44塊濾板增加到88塊實現壓濾機擴容。

2）設計最新濾板分段拉開卸料技術。采用最新濾板拉開傳動機構，由現有三次分組拉開更改為分段快速拉開卸料，濾板拉開距離不變，同時具有濾板偏轉力矩擺動沖機卸料功能。

3）改進多油缸同步壓緊技術。改進油缸壓緊密閉濾板組技術，使多個油缸壓緊松開過程同步性更好，故障率更低，保證在0.8MPa高壓入料和1.6MPa隔膜壓榨時濾板組密封力足夠，避免油缸壓緊力不夠或壓偏而造成設備噴料現象。

4）完善壓榨安全保護系統(tǒng)。增加液壓油缸失壓保護程序，通過設置壓力傳感器，自動控制程序檢測高壓入料和壓榨過程，避免出現油缸或液壓元件密封力不夠時造成人員和設備安全問題。

圖1 研制方案系統(tǒng)圖

2.2 改造方案

近幾年，國內外應用在礦山行業(yè)的同類型隔膜板框壓濾機的發(fā)展趨勢是大型化、智能化，單臺壓濾機的過濾面積一般都在500m2以上，濾板尺寸為2×2m或2.5×2.5m，在鋼鐵行業(yè)的鐵精粉過濾壓濾機，濾板尺寸達到了3.5m以上。

隨著壓濾機過濾面積的增大，單臺壓濾機的單循環(huán)產能增大，并且配套的壓濾機自動化控制水平也明顯提高，壓濾機可以實現全過程自動運行，工業(yè)機控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)測和記錄壓濾機工作運行參數，真正實現工業(yè)生產的自動化、智能化管理。

與國內先進壓濾機生產廠家技術合作，該廠家作為國內第一家率先研制快開壓濾機的生產廠家，具有高強度、高韌性濾板及隔膜片；液壓馬達拖動系統(tǒng)及液壓馬達PLC自動控制系統(tǒng)；液壓驅動控制系統(tǒng)及傳動鏈拖動新型連桿結構拉板小車分段拉開濾板卸料裝置均有先進的研究成果。該項目結合東灘煤礦選煤廠現有KM300/2000隔膜壓濾機存在的過濾面積小、壓濾循環(huán)時間長等問題，采取技術調研、現場繪制、優(yōu)化設計布局、組織科研攻關等方法，研究并確定液壓馬達驅動活動壓板拉開濾板初次卸料和驅動新型連桿結構拉板小車實現分段自動拉開濾板卸料系統(tǒng)的設計方案。

將原有300m2三次分組拉開的壓濾機濾板增加一倍；分組拉開改為分段拉開，每次拉開5塊濾板卸濾餅；原有運輸系統(tǒng)、入料系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、管路系統(tǒng)保持不變，減少沒必要的投入。將原有的KM600/2000快速隔膜壓濾機增加了44塊濾板，使得壓濾機的處理能力增加一倍。

關鍵設計：

1）采用主油缸帶動4個輔助油缸壓緊，可提高壓緊機構的動作效率，保證濾板組密封力足夠，不會出現因油缸壓緊力不夠或壓偏而造成設備噴料現象，保證壓濾機生產過程入料的穩(wěn)定性及可靠性。

2）液壓馬達通過滾子鏈帶動拉板小車分多次拉開卸料及工作過程的自動化程序控制。增加拉板小車帶動濾板分段拉開過程的放掉板結構設計。

3）提高壓濾機多端口入料結構的安全性、可靠性和使用壽命，在滿足多段入料功能的前提下，做到壓濾機入料管布置位置合理，外形美觀，操作維護方便。

4）增加新型機械連桿式拉板裝置，利用液壓馬達拖動鏈拉板系統(tǒng)完成壓濾機濾板自動合攏、拉開進行多次卸料功能。

5）改為分段快速拉開卸料，具有濾板偏轉力矩擺動沖擊卸料功能。

6）增加伸縮入料管裝置，替換原有的側入料軟管組件，在改進設備外觀的同時提高壓濾機運行穩(wěn)定性和安全性。

7）增加液壓油缸失壓保護程序，通過設置壓力傳感器，自動控制程序監(jiān)測高壓入料和壓榨過程，避免出現油缸或液壓元件密封力不夠時造成人員和設備安全問題。

2.3 增容效果

KM300/2000快速隔膜板框壓濾機擴容后，過濾面積由300m2增大到600m2，濾室容積由現在的6m2增大為12m2，壓濾機單循環(huán)產量可增加一倍。

通過增容改造，使得壓濾機的小時處理能力增加一倍，解決了煤泥性質變化而造成煤泥處理難的問題，滿足了洗煤廠整體生產的要求。同時減少了沒必要的投入，例如廠房、接水槽、下料槽、入料泵、運輸機、操作臺和管道及閥門等投入。

2.4 主要技術指標

過濾面積：600m2

濾板外形尺寸：2000×2000mm

濾板塊數：88塊

濾室深度：40mm

濾室容積：12m2

入料壓力：芨0.8MPa

壓榨壓力：芨0.8MPa

2.5 經濟社會效益

壓濾廠房的壓濾機增容，可增加煤泥水系統(tǒng)的處理能力，增加洗選系統(tǒng)的入洗量。改造前，洗選系統(tǒng)會因為煤泥水惡化，系統(tǒng)中細粒煤泥積聚，循環(huán)水、澄清水濃度劇增，無壓重介系統(tǒng)分選效率降低，產品質量不穩(wěn)定，嚴重時必須采取減產措施。改造后，過濾面積為300m2/臺增容至600m2/臺，可每天多生產尾煤泥160t，入洗量可增加約1000t。改造前2018年1-8月份共入洗原煤241.93萬t，月均入洗34.56萬t，改造后8-12月份共入洗原煤209.9萬噸，月均41.98萬t。噸煤洗選效益115.29元，月均增效見如下：

（41.98-34.59）×115.29=851.99萬元

另外若購置1臺北京中水長固液分離技術有限公司生產的KM600/2000快速隔膜壓濾機約需資金150萬元，改造同樣規(guī)格型號的舊壓濾機僅需資金85萬元，每臺可節(jié)約壓濾機購置資金65萬元，利用該技術進行更新改造具有極高的推廣應用價值和良好的經濟、社會效益。

表1 入選原煤經濟計算表

3 推廣應用價值

增容改造后的壓濾機共安裝濾板88塊，其中隔膜、廂式各44塊。濾板濾室總容積由現在的6m2增大為12m2，煤泥有效過濾面積由現在的300m2增大到600m2，每個壓濾循環(huán)處理煤泥量15t，煤質好時每壓濾循環(huán)用時20min；煤質差時每壓濾循環(huán)用時45min；增容研制后的壓濾機可實現所有濾板一次自動合攏壓緊、多點入料、逆向反吹、二次壓榨、負壓高效過濾、明暗流同時排液。

增容改造后的隔膜板框壓濾機與其他同類型壓濾機對比，在同等入料濃度及壓力的情況下，此壓濾機可縮短25%的入料時間，且濾餅不易粘濾布，亦可減少卸料時間，降低職工的勞動強度，單臺壓濾機處理能力大，設備可靠，操作方便。

壓濾機擴容后，可提高單臺壓濾機的過濾處理能力，提高選煤廠洗煤系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，同時還提高了煤礦設備管理現代化水平，具有極好的推廣應用價值。2018年12月20日該項目通過集團公司驗收。壓濾機新式技術已部分應用于其他壓濾機，煤泥水處理能力明顯提高，操作方便，設備可靠性增加，可以創(chuàng)造出巨大的經濟效益。