靳 超，樊海龍

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)，山西 大同 037003)

1 概 述

馬脊梁選煤一廠是一座年設(shè)計能力3.00 Mt左右的大型動力煤模塊式選煤廠，整個系統(tǒng)由原煤破碎車間、篩分車間、模塊洗選車間和裝車系統(tǒng)4部分組成，其中原煤準(zhǔn)備和篩分系統(tǒng)絕大多數(shù)利用1994年投產(chǎn)時馬脊梁礦簡易篩分樓的遺留設(shè)備；主洗系統(tǒng)于2001年5月建成投產(chǎn)，采用分選旋流器+螺旋分選+壓濾機(jī)的洗選工藝。

目前馬脊梁選煤廠二廠的設(shè)計入洗能力達(dá)到6.00 Mt/a，一廠的設(shè)計入洗量只有3.00 Mt/a，由于馬脊梁礦井經(jīng)過提能改造后可以達(dá)到10.00 Mt/a，產(chǎn)出量高于設(shè)計洗選能力，因此每年有1.00 Mt原煤無法進(jìn)行分選，經(jīng)篩分后直接進(jìn)入精煤倉。

2 改擴(kuò)建原因分析

2.1 煤泥系統(tǒng)處理能力不足

設(shè)計之初原煤0～1.5 mm含量為8.31%，隨著礦井開采深度的不斷加大，該粒級含量達(dá)15%以上[1]，再加上高效濃縮機(jī)和壓濾機(jī)使用效果不太理想，系統(tǒng)加工量一旦超過550 t/h，煤泥沉降和壓濾系統(tǒng)處理能力就嚴(yán)重不足，為此于2002年7月對原煤系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加了5臺篩分機(jī)(利用原來舊的篩分設(shè)備改造而來)和2臺帶式輸送機(jī)，在不影響整體商品煤質(zhì)量的前提下，篩分一部分13 mm以下末煤與商品煤直接摻合，以減緩主洗系統(tǒng)的壓力。但是當(dāng)原煤灰分較高，而商品煤質(zhì)量要求較嚴(yán)的情況下，無法使用篩分系統(tǒng)將一部分原煤直接混入精煤系統(tǒng)，只能通過降低螺旋分選機(jī)回收物料的灰分，增高發(fā)熱量來穩(wěn)定商品煤的質(zhì)量，但這樣會降低精煤回收率。

2.2 重產(chǎn)物排放系統(tǒng)能力不足

選煤廠的洗選工藝均按照馬脊梁礦當(dāng)時所采侏羅紀(jì)煤層質(zhì)量設(shè)計的，隨著礦井開采程度的不斷深入，原來的11層優(yōu)質(zhì)原煤已經(jīng)開采完畢，從2010年開始主采煤層轉(zhuǎn)移到14層，該層頂板易碎，斷層、沖刷帶、夾矸多，地質(zhì)條件十分復(fù)雜。到2010年，隨著石炭二迭紀(jì)延伸的不斷深入和原煤地質(zhì)條件的惡化，原煤灰分高達(dá)30%左右，瞬時灰分已經(jīng)超過40%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原設(shè)計17%的灰分，給選煤廠的生產(chǎn)和商品煤質(zhì)量指標(biāo)的完成帶來了巨大的困難。由于原煤灰分高、矸石量大，排矸膠帶過載的事故經(jīng)常發(fā)生，使選煤廠整體處理能力降低，不能與礦井產(chǎn)量相匹配[2]，致使原煤供應(yīng)和選煤加工之間矛盾重重。

2.3 與礦井匹配能力不足

隨著馬脊梁礦石炭二疊紀(jì)延伸的穩(wěn)步推進(jìn)，馬脊梁選煤一廠以目前的設(shè)備狀況和生產(chǎn)工藝，已無法滿足礦井改造延伸后的原煤特性和能力要求，必須盡快作出相應(yīng)改造，以適應(yīng)變化了的礦井原煤。

3 改擴(kuò)建方案

初步考慮200～50(40)mm塊煤采用X射線智能干選機(jī)或者重介質(zhì)淺槽分選，50(40)～1 mm兩產(chǎn)品重介旋流器分選、1～0.15 mm螺旋分選機(jī)分選、0.15～0 mm壓濾回收聯(lián)合工藝[3]。對于塊煤分選系統(tǒng)必須增加1臺重介質(zhì)淺槽分選機(jī)或TDS智能干選機(jī)，若采用重介淺槽分選工藝會遇到系統(tǒng)復(fù)雜、管路繁多、維護(hù)成本大、技改場地小等難題，若采用TDS智能干選機(jī)，其實(shí)際使用情況和產(chǎn)品指標(biāo)還有待考察，所以提出對這兩種方案進(jìn)行研究對比并決定最佳技改方案。

3.1 塊煤采用重介淺槽分選機(jī)方案

重介質(zhì)淺槽分選機(jī)的優(yōu)勢有：分選粒度級較寬泛；單臺設(shè)備處理能力大；對煤質(zhì)變化的適應(yīng)性較好；分選精度高[4]。

與使用TDS智能干選機(jī)相比，缺點(diǎn)同樣明顯：重介淺槽分選采用水洗工藝，工藝流程復(fù)雜[5]，設(shè)備繁多，管路復(fù)雜，需要高成本的介質(zhì)系統(tǒng)和水系統(tǒng)，占地面積大，基建成本高，且塊煤在分選中經(jīng)過多級溜槽及水沖洗會發(fā)生再次粉碎，增加次生煤泥量。

3.2 塊煤采用TDS智能干選機(jī)方案

TDS智能干選機(jī)分選技術(shù)采用X射線識別，實(shí)現(xiàn)了煤矸數(shù)字化識別，通過自動控制陣列式噴嘴，可以對塊煤進(jìn)行排矸分選[6]。

TDS智能分選的優(yōu)點(diǎn)是：此種設(shè)備對煤炭的適應(yīng)性較強(qiáng)、分選精度較高，提高了選煤廠自動化水平，節(jié)能降耗、減員增效、無需水處理系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。該技術(shù)在國內(nèi)部分選煤廠得到成功應(yīng)用，工藝指標(biāo)先進(jìn)：有效分選粒度為300～50 mm和100～25 mm，矸石帶煤率小于3%，煤中帶矸率小于5%。屬于干法分選，生產(chǎn)過程不用水不用介，節(jié)約資源，系統(tǒng)智能化程度高，生產(chǎn)工藝可靠性與穩(wěn)定性高，節(jié)能環(huán)保[7]。

但是其缺點(diǎn)也很明顯，相比重介質(zhì)淺槽分選機(jī)，入選粒度范圍窄，單臺設(shè)備處理能力小。

4 TDS智能干選機(jī)實(shí)地調(diào)研考察

針對馬脊梁選煤廠的實(shí)際情況，為了有效對比區(qū)分兩種分選方案的適用性，選煤廠派技術(shù)人員專程到山西美錦集團(tuán)錦富煤業(yè)有限公司、宏大公司豁口煤礦、山西省長治華晟榮礦業(yè)有限公司進(jìn)行實(shí)地考察，對TDS智能干選機(jī)的實(shí)際工作性能進(jìn)行考察，以決定塊煤最佳分選方式。

4.1 干選機(jī)參數(shù)及性能

干選機(jī)參數(shù)及性能見表1。

4.2 干選機(jī)在企業(yè)中的具體應(yīng)用及特點(diǎn)分析

(1)豁口煤礦干選機(jī)的應(yīng)用：該煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力為60萬t/a，沒有配套選煤廠，干選機(jī)分選后直接作為商品煤。粒度在80 mm以上原煤采用手選，人工撿出大塊矸石后進(jìn)行破碎；粒度在80～25 mm塊原煤采用干選機(jī)分選出矸石和商品煤；粒度在25 mm以下末煤直接作為商品煤。

特點(diǎn)分析：80～25 mm粒級商品煤含矸石率為30%～50%，該礦煤質(zhì)為高硫煤，但發(fā)熱量接近18.81 MJ/kg，所以商品煤主要需考慮矸石帶煤指標(biāo)，煤中夾矸不會影響產(chǎn)品質(zhì)量。采用干選機(jī)分選后矸石帶煤率可以降到3%左右，排矸率達(dá)到90%以上。

(2)華晟榮礦業(yè)干選機(jī)的應(yīng)用：設(shè)計生產(chǎn)能力為120萬t/a，干選設(shè)備是用來替代原煤手選矸石作業(yè)。干選后的精煤產(chǎn)品繼續(xù)進(jìn)入選煤廠分選。

特點(diǎn)分析：干選設(shè)備替代原煤矸石手選工藝效果良好，矸石帶式輸送機(jī)上的矸石較純，矸石帶煤少，精煤帶式輸送機(jī)上可見矸石多，說明煤中帶矸，達(dá)不到商品質(zhì)量要求[8]，精煤產(chǎn)品繼續(xù)進(jìn)入選煤廠分選。

(3)錦富煤業(yè)干選機(jī)的應(yīng)用：該礦設(shè)計能力為180萬t/a，干選機(jī)作為塊煤分選設(shè)備，分選出矸石和商品塊煤。商品煤進(jìn)入選煤廠繼續(xù)分選，生產(chǎn)煉焦煤。

特點(diǎn)分析：根據(jù)2017年12月干選機(jī)投入生產(chǎn)時所測得的數(shù)據(jù)得知，矸石帶煤率2%左右，煤中帶矸率為5%～9%。

4.3 所考察企業(yè)干選機(jī)產(chǎn)品情況

山西美錦集團(tuán)錦富煤業(yè)有限公司和長治華晟榮礦業(yè)有限公司在生產(chǎn)過程中經(jīng)干選機(jī)初步分選后再進(jìn)入選煤廠進(jìn)行精選，智能干選機(jī)主要用于預(yù)排矸，減少進(jìn)入重介系統(tǒng)的矸石量，降低重介系統(tǒng)生產(chǎn)成本；而豁口煤礦出井原煤發(fā)熱量一般在18.81 MJ/kg以上，煤質(zhì)好，僅簡單排矸即可滿足要求。經(jīng)以上案例分析，智能干選機(jī)多用于預(yù)排矸作業(yè)。

表2 干選機(jī)分選效果

5 干選機(jī)替代重介質(zhì)淺槽的可行性分析

5.1 TDS與淺槽分選機(jī)相比較的弊端

(1)與淺槽相比較，存在處理量小的問題，若替代7.9 m淺槽至少需要3臺干選機(jī)并聯(lián)使用。

(2)存在處理物料粒級窄的問題，實(shí)際只能選擇25～80 mm，50～150 mm，150～300 mm等適用粒度范圍，否則會降低分選精度，將分選粒度降低到25 mm以下后也會降低分選精度。

(3)分選精度優(yōu)于動篩跳汰機(jī)，但低于重介淺槽。動篩的理論矸石帶煤率為5%，在實(shí)際生產(chǎn)中，其矸石帶煤一般達(dá)到6%～8%。而TDS在預(yù)先排矸工藝中，一般可實(shí)現(xiàn)矸石帶煤率1%～3%。TDS與動篩相比，平均矸石帶煤率可降低約5個百分點(diǎn)[9]。

(4)排矸率和矸石帶煤率對于同規(guī)格的干選機(jī)，根據(jù)入選粒級不同也會隨之變化。

(5)單臺設(shè)備價格高，以參數(shù)為B=2 000 mm、Q=180 t/h干選機(jī)為例，設(shè)備市場價約800萬元，如果選煤廠規(guī)模過大，需要多套設(shè)備，價格較高，多套系統(tǒng)投資成本較高。

5.2 TDS與淺槽分選機(jī)相比所具有的優(yōu)勢

(1)TDS智能干選機(jī)可實(shí)現(xiàn)矸石帶煤率1%～3%，煤中帶矸率3%～5%，高于動篩跳汰及其他干選設(shè)備[10]。

(2)完全干法分選不需要介質(zhì)和水，總裝機(jī)功率較小，節(jié)能環(huán)保。

(3)系統(tǒng)工藝簡單，操作方便，只需一到兩名操作工。

(4)運(yùn)營成本較低，易損件主要為常規(guī)膠帶和空壓機(jī)，需要2～3 a更換一次X射線放射源。

(5)系統(tǒng)密封運(yùn)行，設(shè)有除塵裝置，無粉塵，操作安全。

(6)TDS智能干選機(jī)可靈活調(diào)整“打煤”或者“打矸石”。

5.3 改造方案分析

由表3和表4可知：

(1)馬脊梁選煤廠原煤灰分為45.72%，灰分很高。原煤中大于50 mm粒級產(chǎn)率為27.77 %，平均灰分為70.35 %，可知矸石多分布在大于50 mm粒級的大塊原煤中。

(2)原煤中13～50 mm粒級產(chǎn)率為34.55%，平均灰分為40.82 %，低于原煤平均灰分，可知塊煤隨著粒級減小灰分降低，這一粒級是馬脊梁選煤廠塊煤的主要分選區(qū)間。

(3)原煤中小于13 mm粒級產(chǎn)率為37.68%，平均灰分為32.06%，灰分較低。馬脊梁選煤廠對末煤及煤泥采用兩產(chǎn)品重介旋流器、螺旋分選機(jī)及板框壓濾機(jī)進(jìn)行聯(lián)合回收，分選效果較好[11]。

(4)通過對表3、表4的分析可知，小于1.8 g/cm3密度級別的原煤灰分較低，適宜分選的原煤主要集中在這一區(qū)間?？傮w來說原煤中塊煤量大，塊煤隨著粒級減小灰分降低，小于50 mm粒級灰分小于原煤平均灰分。因此需要增加智能干選機(jī)或重介淺槽分選機(jī)來解決馬脊梁選煤廠原煤中大于13 mm的塊煤分選壓力大的問題。

表3 馬脊梁礦3號煤層原煤篩分試驗(yàn)報告

表4 馬脊梁礦3號煤層原煤150～0.5 mm粒級篩分試驗(yàn)報告

由于原煤中大于13 mm粒級產(chǎn)率為62.32%，按照原煤膠帶1 200 t/h的處理能力，大于13 mm粒級有750 t/h，如果采用TDS將需要3臺設(shè)備(每臺TDS處理能力約300 t/h)，每套設(shè)備價格約800萬元，成本遠(yuǎn)高于重介淺槽，而且由于同時使用多套設(shè)備，占地面積大于車間可使用面積。且TDS分選25 mm粒度級以下的原煤效果差于淺槽分選機(jī)，會降低分選精度，導(dǎo)致矸石帶煤或煤中帶矸等問題，使得精煤發(fā)熱量波動難以達(dá)標(biāo)。且行業(yè)中TDS多用于預(yù)排矸，替代人工選矸[12]。因此針對馬脊梁礦井的煤質(zhì)和目前用戶對煤質(zhì)的要求，TDS并不適用于馬脊梁選煤廠，依舊需要采用重介質(zhì)淺槽作為主要分選設(shè)備。