孫宇霆，呂 寬，付紅磊，黃克兢，李江濤，溫海彬

(1.內(nèi)蒙古錫林郭勒白音華煤電有限責(zé)任公司露天礦；2.內(nèi)蒙古白音華蒙東露天煤業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026200)

1 概 述

通常采用物理或機(jī)械方法對煤炭進(jìn)行加工，使其滿足某種特殊用途的過程叫做選煤。選煤技術(shù)的應(yīng)用可以更加合理地利用煤炭資源，減少煤炭資源浪費(fèi)，提高煤炭資源綜合利用率。近些年隨著我國大力倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)，選煤技術(shù)的應(yīng)用也契合了這一舉措。

白音華三號礦所開采的原煤均為褐煤，褐煤本身煤化程度低、易碎、原生煤泥量大，并且遇水極易泥化，用水作為介質(zhì)洗選極易造成洗水濃度大，煤泥水系統(tǒng)處理困難，甚至無法正常生產(chǎn)。鑒于此，白音華三號礦采用的選煤方法為風(fēng)選煤技術(shù)，該技術(shù)是利用煤和矸石密度不同的原理，以空氣作為介質(zhì)進(jìn)行分選。風(fēng)力分選可避免褐煤遇水泥化的現(xiàn)象，節(jié)約水資源，解決動力煤產(chǎn)品水分高、冬季易凍結(jié)問題。

2 白音華三號礦煤質(zhì)情況

2.1 白音華三號礦煤層特征

白音華煤田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗白音華蘇木和哈日根臺蘇木，三號露天礦位于煤田中部。三號露天礦煤層賦存穩(wěn)定、構(gòu)造簡單，水文和工程地質(zhì)條件較好，煤類屬褐煤一號(HM1)和褐煤二號(HM2)。

白音華三號露天礦共計開采6層煤，分別為2-1上煤、2-1中煤、2-1下煤、3-1煤、3-2煤和3-3煤。其中3-1煤和3-3煤為全區(qū)可采煤層，平均厚度分別為18.31 m和6.40 m，綜合發(fā)熱量分別為14.23 MJ/kg和12.13 MJ/kg；2-1中煤為大部可采煤層，平均厚度為7.27 m，綜合發(fā)熱量為13.18 MJ/kg；2-1上煤、2-1下煤和3-2煤為局部可采煤層，平均厚度分別為3.29 m、4.17 m和1.13 m，綜合發(fā)熱量分別為13.39 MJ/kg、12.55 MJ/kg和11.72 MJ/kg。

白音華三號露天礦煤質(zhì)為屬中灰分～中高灰分，低中硫、低磷分、中低熱值煤(平均熱值為13.49 MJ/kg)，是良好的民用和動力用煤，適用于火力發(fā)電和各種工業(yè)鍋爐用煤。

2.2 三號礦原煤開采工藝

露天礦采煤工藝：采用液壓挖掘機(jī)(2.5 m3)+半移動破碎機(jī)(2 500 t/h，2臺) +膠帶輸送機(jī)(帶寬1.4 m)半連續(xù)工藝。原煤在坑下一次破碎到粒度300 mm以下，再經(jīng)二級破碎車間破碎至50 mm以下，經(jīng)轉(zhuǎn)載后進(jìn)入條形料場，由膠帶機(jī)送至裝車緩沖倉，最終上快速裝車站裝車。

工作面選采時采用單斗(2.5 m3液壓挖掘機(jī))+卡車(36 t)+推土機(jī)選采工藝。

2.3 白音華三號礦殘煤賦存情況分析

白音華三號礦在境界范圍內(nèi)礦體薄厚變化不均，在2-1上煤與2-1中煤、2-1中煤-2-1下煤層、2-1下煤層與3-1煤層、3-1煤層與3-2煤層之間均有目前采礦工藝不可回收的薄煤層，各煤層開采時還會產(chǎn)生部分頂、底板煤，這一部分煤發(fā)熱量較低，在8.37 MJ/kg左右，統(tǒng)稱殘煤。2-1上煤煤層間夾層巖較少，呈逐年增加的趨勢；2-1中煤夾層巖石較多，但隨著采場推進(jìn)，夾矸層逐步減少；2-1下煤煤層內(nèi)夾層巖減少?？傮w來看2-1煤、3煤組之間夾層巖數(shù)量并未明顯減少，實(shí)際大部分夾層煤多以煤巖交錯的形式賦存而無法采出。根據(jù)露天礦年推進(jìn)強(qiáng)度進(jìn)行推算，此部分殘煤每年產(chǎn)量約為80萬t。

3-3煤為最下層煤，因煤質(zhì)問題無法進(jìn)行搭配，在生產(chǎn)過程中并未采出，通過對主要鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，在首采區(qū)內(nèi)3-3煤底板薄煤層始終存在，厚度先增后減。根據(jù)露天礦年推進(jìn)強(qiáng)度進(jìn)行推算，此部分殘煤每年產(chǎn)量約20萬t。三號礦總殘煤量約100萬t/a。

2.4 白音華三號礦低熱煤賦存情況分析

白音華三號礦低熱煤主要是指3-2煤和3-3煤，這2層煤夾矸較多且無法剔除，原煤綜合發(fā)熱量不足12.55 MJ/kg。每年采出量約為300萬t，給三號礦煤質(zhì)搭配工作帶來很大困難。

2.5 殘煤回收及低熱值煤提質(zhì)的必要性分析

殘煤沒有合適的用戶，排至排土場掩埋，在堆存過程中氧化放熱，熱量不能及時散出，且不斷積累，煤堆溫度會逐漸升高，存在自燃的隱患。殘煤堆存既浪費(fèi)了資源，還存在自燃的隱患，且污染環(huán)境。而低熱值煤只能在公司內(nèi)部電廠銷售，銷售渠道有限。

利用風(fēng)選煤技術(shù)進(jìn)行殘煤回收和低熱煤提質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)提高資源回采率，增加經(jīng)濟(jì)效益，提高低熱值煤的煤質(zhì)，擴(kuò)大銷售渠道等目的。實(shí)施風(fēng)選煤技術(shù)將煤與矸石分離，排棄至排土場中的排棄物數(shù)量減少，從而減少對排土場的占據(jù)容量；同時排棄物料中可燃物含量下降，減少了發(fā)生自燃的幾率，降低了對環(huán)境的污染程度。

3 風(fēng)力選煤技術(shù)介紹

殘煤回收及低熱值煤提質(zhì)主要目的是提高產(chǎn)品發(fā)熱量，提高發(fā)熱量一般通過排除矸石，降低灰分來實(shí)現(xiàn)。白音華三號礦采用的風(fēng)力選煤設(shè)備為ZM礦物高效分離機(jī)。

3.1 ZM礦物高效分離機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

ZM礦物高效分離機(jī)技術(shù)先進(jìn)、主選機(jī)采用特殊處理，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，模塊化設(shè)計，組裝投產(chǎn)快。目前在內(nèi)蒙古霍林河、赤峰平莊、新疆庫車、青海江倉等地區(qū)應(yīng)用。ZM高效礦物分離機(jī)對風(fēng)壓、風(fēng)量做了地域性處理，根據(jù)不同地區(qū)設(shè)置不同參數(shù)，出廠前對布風(fēng)系統(tǒng)做個性化調(diào)整、制作。占地面積小，工藝簡單，高效環(huán)保，智能化程度和分選效率高。

ZM礦物高效分離機(jī)采用集成模塊化組裝，主體設(shè)備全封閉并內(nèi)置隔音降噪、保溫材料，可保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不受天氣的影響，分選后產(chǎn)品煤外在水分較低，可避免冬季發(fā)生凍車、凍倉事故，安全可靠性高；智能化控制，省去大量人為操作，操作管理方便、簡潔，事故率低。

3.2 ZM礦物高效分離機(jī)工作原理

ZM礦物高效分離機(jī)采用階梯式分離原理，每個階梯區(qū)間內(nèi)物料流化分層，同時增加激振力，加強(qiáng)物料按密度分層效果，低密度物料最先越過溢流堰被排出，剩余物料進(jìn)入下一個階梯區(qū)間再次進(jìn)行分選，直至分選完畢，排出重礦物。ZM礦物高效分離機(jī)工藝簡單，要求原料煤入料粒度控制在80 mm以下，同時輔助上料及產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備即可進(jìn)行正常生產(chǎn)。系統(tǒng)采用落料點(diǎn)密封、噴霧降塵和布袋除塵聯(lián)合降塵除塵工藝，粉塵無外溢，對環(huán)境無污染，除塵器回收的煤粉可以單獨(dú)排放回收，降低對環(huán)境的影響。

3.3 風(fēng)力選煤工藝流程

原煤經(jīng)準(zhǔn)備系統(tǒng)進(jìn)入篦條篩(篩縫200 mm)分級，大于200 mm大塊進(jìn)入顎式破碎機(jī)進(jìn)行一次破碎，篩下物與破碎后原煤混合后進(jìn)入原煤分級篩進(jìn)行50 mm篩分，大于50 mm篩上物進(jìn)入雙齒輥破碎機(jī)進(jìn)行二級破碎至50 mm以下，與篩下小于50 mm原煤混合后進(jìn)入ZM1200礦物高效分離機(jī)；原煤經(jīng)ZM1200礦物高效分離機(jī)分選成精煤、矸石2個產(chǎn)品，精煤經(jīng)過精煤膠帶機(jī)轉(zhuǎn)載后接露天礦一號破碎站203膠帶機(jī)機(jī)尾，矸石經(jīng)矸石膠帶機(jī)排出，轉(zhuǎn)運(yùn)至露天礦采坑內(nèi)排。

3.4 風(fēng)力選煤產(chǎn)率分析

實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，殘煤回收產(chǎn)率可達(dá)到62%，低熱煤提質(zhì)產(chǎn)率可達(dá)到87%。

殘煤回收精煤粒級50～0 mm，綜合發(fā)熱量在12.55 MJ/kg左右，與露天礦生產(chǎn)的普通動力煤混合銷售。

低熱值煤提質(zhì)精煤粒級50～0 mm，綜合發(fā)熱量在13.39 MJ/kg左右，與露天礦生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)動力煤混合銷售。

3.5 風(fēng)力選煤場工藝布置

風(fēng)力選煤場地面工藝平面總布置從受煤起，經(jīng)2個篩分破碎車間、風(fēng)選車間、精煤儲煤場終止的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)。各個車間均能按模塊化布置，物料運(yùn)輸均由帶式輸送機(jī)承擔(dān)。本著場地安全、布置緊湊、靈活、煤流順暢、減少占地面積、降低投資的原則進(jìn)行設(shè)計。

根據(jù)場地的地形條件，結(jié)合原料煤和產(chǎn)品煤的運(yùn)輸方向，地面工藝總布置做了2個方案。

方案一原煤儲煤場位于場地西側(cè)，靠近露天礦采坑，便于原料煤運(yùn)輸。篩分破碎車間布置在場地南側(cè)，干選煤車間布置在場地東側(cè)，精煤儲煤場位于場地東側(cè)，距離203帶式輸送機(jī)60 m，便于精煤產(chǎn)品搭接運(yùn)輸。分選出來的矸石排向場地北側(cè)，汽車卸載原料煤后，可直接將矸石運(yùn)至采坑內(nèi)排。

方案一優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡潔，轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)少，受煤系統(tǒng)、篩分破碎車間布置在場地南側(cè)，地質(zhì)條件較好，總體的投資較低。缺點(diǎn)是受煤系統(tǒng)被大塊煤卡堵，將影響分選系統(tǒng)的生產(chǎn)。

方案二將受煤系統(tǒng)、篩分破碎車間布置在場地北側(cè)，增加了破碎煤儲煤場。優(yōu)點(diǎn)是場地有效利用面積增大，破碎煤儲煤場可以保證分選系統(tǒng)生產(chǎn)的連續(xù)性。缺點(diǎn)是場地北側(cè)地質(zhì)條件差，土建處理費(fèi)用高，破碎煤儲煤場增加了二次倒運(yùn)費(fèi)用，總體投資略高。

從場地的安全性和總投資綜合比較，地面工藝布置采用方案一。

4 綜合效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

使用風(fēng)力選煤技術(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益主要包括以下4個方面。

4.1.1 回收薄煤層，提高回采率

2-1下煤和3-1煤之間，3-2煤和3-3煤之間存在2-3層地質(zhì)模型以外的薄雜煤層，厚度在0.5～1.0 m左右，含矸率高，無法直接采出。采用風(fēng)選技術(shù)后，可將這些薄煤層進(jìn)行回收利用，提升煤炭回采率，降低剝采比。初步計算，每年此類薄雜煤層煤量約60 萬t，按照平均煤炭售價140元/t、噸煤變動成本76元/t計算，每年可增加利潤3 840萬元。

4.1.2 提高綜合煤質(zhì)，增加商品煤收入效益

三號礦原煤綜合熱值為13.49 MJ/kg，每年需要銷售低熱值煤約550 萬t(12.55 MJ/kg)。采用風(fēng)力選煤技術(shù)后，原煤的綜合熱值可提高0.209 MJ/kg，可增加普熱煤銷售量約250萬t/a，普熱煤與低熱煤單價差約為10元/t，每年可增加利潤約2 500萬元。

4.1.3 替代煤場篩分設(shè)備，節(jié)省煤場篩分費(fèi)用

由于電廠對煤粒度需求為50 mm以下，為保證煤礦產(chǎn)品滿足客戶需求，煤場需設(shè)50 mm篦篩保證外運(yùn)產(chǎn)品粒度不超過50 mm。風(fēng)選系統(tǒng)中包含1套分級篩。風(fēng)選系統(tǒng)中風(fēng)從篩下向上流動，風(fēng)力浮動和機(jī)械振動共同作用于篩分過程，而煤場篩分系統(tǒng)一般依靠機(jī)械振動。風(fēng)選對物料的篩分效果優(yōu)于一般煤場篩分系統(tǒng)。同時風(fēng)選篩分過程中物料對系統(tǒng)機(jī)械部件的沖擊相較于煤場機(jī)械篩分更小，風(fēng)選系統(tǒng)中分級篩更不易損壞。采用風(fēng)力選煤技術(shù)后，煤產(chǎn)品可直接經(jīng)過風(fēng)選篩分系統(tǒng)后進(jìn)入煤場，無需在煤場額外設(shè)置篦篩，可替代現(xiàn)有煤場篩分機(jī)，節(jié)省篩分費(fèi)用。按照每年篩分煤量30萬t、噸煤篩分費(fèi)用5元考慮，每年可節(jié)省篩分費(fèi)用150萬元。同時，減少篩分設(shè)備占地，增加煤場使用空間，減小采裝及運(yùn)輸設(shè)備流量，降低安全管理風(fēng)險。

4.1.4 優(yōu)化采排時空關(guān)系，避免反向運(yùn)輸

由于3-3煤煤質(zhì)較差，采出進(jìn)度緩慢，不能滿足正常內(nèi)排跟進(jìn)需要，生產(chǎn)過程中存在反向運(yùn)輸問題，導(dǎo)致排土運(yùn)輸距離參數(shù)增大，增加生產(chǎn)成本。如投入干選設(shè)備，可提高3-3煤煤質(zhì)，加快3-3煤采出進(jìn)度，盡快釋放內(nèi)排空間，避免反向運(yùn)輸，節(jié)省運(yùn)輸成本。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，如3-3煤熱值可提高至14.23 MJ/kg，加大3-3煤采出力度，內(nèi)排可向前多推進(jìn)50 m，則采場下部剝離物料運(yùn)距可節(jié)省50 m，運(yùn)輸單價減少0.05元/m3，剝離量按照3 488萬m3/a計算，每年可節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用174萬元。

每年綜合經(jīng)濟(jì)效益約6 664萬元。

4.2 環(huán)保效益分析

采用風(fēng)力選煤技術(shù)后，可釋放內(nèi)排空間約200 萬m3/a，相應(yīng)的可減少土巖外排量約200萬m3/a，每年可減少外排占地約10 hm2。減少外排占地不僅可以降低三號礦外排土場的征地費(fèi)用，同時可以減少露天礦對周邊環(huán)境的擾動。并且由于減少了薄煤層排向排土場，降低了煤層自燃的可能性。

4.3 企業(yè)形象效益分析

采場劣質(zhì)煤經(jīng)分選后，煤質(zhì)得到提高，商品煤質(zhì)量得到提升，從而減少因煤質(zhì)問題與用煤客戶糾紛，為企業(yè)樹立口碑，有利于打造商品煤品牌。另外，煤層中的夾矸經(jīng)分選后，排往排土場的夾矸劣質(zhì)煤減少，可減少夾矸自燃的環(huán)保問題。商品煤含矸率降低，可減少用煤電廠排灰量，也有利于集團(tuán)公司內(nèi)部電廠控制排灰成本。

5 結(jié) 語

白音華三號礦開采的原煤全部為褐煤，存在著薄煤層多和部分原煤發(fā)熱量不足的問題，在使用風(fēng)力選煤技術(shù)后，提高了商品煤質(zhì)量，使露天礦的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和企業(yè)形象效益均有大幅提升。