智能干選機(jī)在轉(zhuǎn)龍灣煤礦選煤廠的應(yīng)用

剛羅寶，張衍軍

(鄂爾多斯市轉(zhuǎn)龍灣煤炭有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017205)

轉(zhuǎn)龍灣煤礦選煤廠原設(shè)計為5.00 Mt/a(設(shè)備按8.00 Mt/a配置)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為30～100 mm塊煤、13～30 mm籽煤及小于13 mm混煤。選煤廠原設(shè)計為混合跳汰工藝，粗煤泥處理系統(tǒng)采用旋流器+弧形篩+煤泥離心機(jī)工藝，因單段跳汰機(jī)矸石帶煤率超過7%，造成精煤回收率低、矸石易自燃且粗煤泥水分超標(biāo)，影響產(chǎn)品質(zhì)量；另外礦井構(gòu)造帶較多，過斷層及薄煤帶期間矸石含量達(dá)到40%以上，造成矸石分選及運(yùn)輸環(huán)節(jié)壓力增大。針對以上問題，2019年對選煤廠進(jìn)行了技術(shù)改造，增加1套4.00 Mt/a的TDS智能干選系統(tǒng)，處理50～200 mm級原煤，0～50 mm級原煤由原跳汰系統(tǒng)處理，改造后處理能力達(dá)到12.00 Mt/a。

1 入洗原煤煤質(zhì)分析

轉(zhuǎn)龍灣煤礦目前主要開采Ⅱ-3層煤，煤層厚度在2.5～4.2 m，平均厚度3.59 m，煤層地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，薄煤帶、斷層分布較多，頂板通常為粉砂質(zhì)泥巖，底板泥質(zhì)粉砂巖較多，原煤平均灰分在26%左右，個別時段原煤灰分達(dá)到40%，矸石多以塊狀出現(xiàn)，泥化較嚴(yán)重，給選煤廠煤泥水處理帶來較大壓力。礦井原煤的篩分浮沉試驗結(jié)果見表1。

通過表1數(shù)據(jù)可以得出，50～200 mm塊煤含量高；原煤隨著粒度減小，灰分逐漸降低(小于0.5 mm除外)，說明塊煤含矸石量較多，灰分比臨近粒度級的高。小于0.5 mm原生煤泥產(chǎn)率為4.81%。而在實際生產(chǎn)全入洗情況下，細(xì)煤泥的產(chǎn)率達(dá)到8%～14%，說明洗選過程中次生煤泥和浮沉煤泥產(chǎn)率高，應(yīng)盡量減少原煤下水。

表1 原煤篩分試驗

分析表2可知，小于1.3 g/cm3密度級的產(chǎn)率為46.42%，灰分5.81%；大于1.8 g/cm3密度級的產(chǎn)率為44.91%，灰分為90.90%；中間產(chǎn)物含量極低。兩頭大，中間小，有利于分選，而且大于1.8 g/cm3密度級的灰分很高，說明矸石純度高。對于200～50 mm原煤，當(dāng)分選密度為1.3 g/cm3時，入選煤的可選性等級為極難選；當(dāng)分選密度為1.4～1.8 g/cm3時，入選煤的可選性等級為易選。

表2 200～50 mm浮沉綜合

50～200 mm原煤進(jìn)行預(yù)先排矸從工藝上可行，為減少原煤入水泥化給后續(xù)環(huán)節(jié)帶來的煤泥水處理壓力，選擇塊煤干法選煤技術(shù)(X射線選煤)對轉(zhuǎn)龍灣選煤廠進(jìn)行技術(shù)改造。

2 智能干法選煤工藝(TDS)

2.1 TDS智能干選機(jī)分選原理

TDS智能干選系統(tǒng)包括給料、布料、識別、執(zhí)行幾大主要系統(tǒng)，以及供風(fēng)、除塵、配電、控制等輔助系統(tǒng)。TDS智能干選機(jī)采用X射線智能識別方法，X射線的穿透力與物質(zhì)密度有關(guān)，利用X射線穿過該物質(zhì)后的衰弱強(qiáng)度不同，可以把密度不同的物質(zhì)區(qū)分開來。然后針對不同的煤質(zhì)特征建立與之相適應(yīng)的分析模型，通過大數(shù)據(jù)分析，對煤與矸石進(jìn)行數(shù)字化識別，最終通過智能排矸系統(tǒng)將矸石排出(圖1)。

圖1 TDS智能干選機(jī)工作原理示意

2.2 TDS智能干選機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域

(1)替代手選；

(2)代替動篩排矸；

(3)代替塊煤重介淺槽排矸；

(4)適用于高水分原煤和見水后水分增加的原煤分選；

(5)適用于缺水地區(qū)煤炭的分選和褐煤的分選；

(6)適用于次生煤泥含量高的原煤的分選。

2.3 TDS智能干選機(jī)特點(diǎn)

(1)系統(tǒng)簡單。TDS智能干選機(jī)與傳統(tǒng)濕法選煤系統(tǒng)的最大區(qū)別在于不用水，沒有傳統(tǒng)濕法分選系統(tǒng)復(fù)雜的煤泥水濃縮壓濾系統(tǒng)，沒有生產(chǎn)管道；而且設(shè)備數(shù)量少，關(guān)聯(lián)銜接點(diǎn)少，系統(tǒng)簡單。

TDS智能干選工藝因不需借助水和介質(zhì)對煤炭的分選，從而沒有產(chǎn)品脫水、脫介、水處理及介質(zhì)回收系統(tǒng)，大大簡化了工藝流程。

(2)處理粒度范圍寬。TDS智能干選機(jī)可分別處理300～50 mm、100～25 mm的塊原煤，能實現(xiàn)塊煤的有效分選。

(3)分選精度高。TDS智能干選機(jī)采用大數(shù)據(jù)及智能分析技術(shù)，準(zhǔn)確辨別煤與矸石，并實時跟蹤物料的動態(tài)變化，鎖定執(zhí)行目標(biāo)，尋找最佳執(zhí)行時機(jī)，實現(xiàn)精確分選。其分選精度優(yōu)于動篩及跳汰分選。

(4)不產(chǎn)生煤泥。TDS智能干選機(jī)采用先進(jìn)的檢測及執(zhí)行技術(shù)，分選過程不需水，不產(chǎn)生煤泥，可大大提高企業(yè)效益。

(5)節(jié)能降耗。TDS智能干選機(jī)以X射線作為識別手段，高壓空氣作為分選執(zhí)行介質(zhì)，主要能耗設(shè)備為空壓機(jī)。與傳統(tǒng)水洗工藝相比，不需要大量的水和介質(zhì)的循環(huán)，省去了合介泵、煤泥水泵等大功耗設(shè)備，不用水、不用介質(zhì)、不加藥，生產(chǎn)消費(fèi)大大降低。

(6)維護(hù)量低，用人少。TDS智能干選機(jī)系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量少，各設(shè)備及部件均結(jié)實耐用，維護(hù)周期長，維護(hù)量小。TDS智能干選機(jī)采用前沿科技技術(shù)，系統(tǒng)高度自動化，正常生產(chǎn)時僅需1人監(jiān)控即可，實現(xiàn)無人值守。

3 產(chǎn)品質(zhì)量分析

轉(zhuǎn)龍灣煤礦選煤廠塊煤智能干選系統(tǒng)2019年12月底投入運(yùn)行，前期進(jìn)行200～50 mm粒級兩產(chǎn)品分選，系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行2周后，進(jìn)行了三產(chǎn)品分選，對各種產(chǎn)品進(jìn)行了取樣實驗，見表3。

表3 兩產(chǎn)品分選試驗結(jié)果

根據(jù)表3中數(shù)據(jù)分析可知，200～50 mm塊原煤的矸石平均產(chǎn)率為29.18%。綜合分析，經(jīng)過TDS智能干選機(jī)分選后，干選矸石的平均矸中帶煤率為0.12%，干選精煤的平均煤中含矸率為0.87%，說明排矸效果明顯、分選精度高。

根據(jù)表4中數(shù)據(jù)綜合分析可知，經(jīng)過TDS智能干選機(jī)進(jìn)行三產(chǎn)品分選后，干選矸石的矸中帶煤率0%，干選精煤的煤中含矸率為0.15%，干選中煤占產(chǎn)品總量的4.23%左右，占比較低，中煤產(chǎn)品內(nèi)含少量的矸石錯配，可經(jīng)過后續(xù)洗選排矸。從以上數(shù)據(jù)來看，經(jīng)過三產(chǎn)品分選，干選精煤及干選矸石均比較純凈，說明排矸效果明顯、分選精度高。

表4 三產(chǎn)品分選試驗結(jié)果

4 效益分析

4.1 提高塊煤率

TDS工藝較其他洗選工藝最明顯的特點(diǎn)就是塊煤不入水，避免長時間浸泡在水中，降低了塊煤崩解率，同時分選環(huán)節(jié)少，跌落高度低，也會減少塊煤損失率。TDS分選工藝塊煤產(chǎn)率會比原跳汰工藝提高2%左右，塊煤與混煤綜合差價按120元/t計，按年8.00 Mt/a處理量核算(不考慮產(chǎn)能增加部分)，則每年TDS干選+跳汰工藝比單純跳汰工藝提升效益：800×2%×120=1920(萬元)。

4.2 次生煤泥效益

塊煤系統(tǒng)中TDS工藝較跳汰工藝減少2%煤泥量，入洗塊煤量按照4.00 Mt/a計算，年減少煤泥8萬t，煤泥摻入混煤中，塊煤與混煤綜合差價160元/t，則每年TDS工藝比淺槽方案提升效益8×160=1280(萬元)。

4.3 塊煤加工費(fèi)

TDS設(shè)備臺數(shù)少，備品備件及維修費(fèi)用低；TDS智能干選系統(tǒng)裝機(jī)功率比跳汰及淺槽少，電耗少，并且沒有水耗及介耗。因此，TDS系統(tǒng)運(yùn)營費(fèi)遠(yuǎn)低于跳汰系統(tǒng)。

估算跳汰加工成本為7元/t，TDS加工成本為3元/t，設(shè)計入洗塊煤量按照4.00 Mt/a計算，TDS工藝可降低生產(chǎn)成本400×(7-3)=1600(萬元)。

4.4 綜合經(jīng)濟(jì)效益

綜合以上比較，在保塊煤率效益、次生煤泥效益、塊煤加工費(fèi)方面，TDS系統(tǒng)比淺槽系統(tǒng)每年至少多產(chǎn)生6 000余萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

5 存在問題

(1)輔助設(shè)施的可靠性決定分選效果。轉(zhuǎn)龍灣選煤廠TDS干選機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配置的電磁閥數(shù)量達(dá)到348 個/臺，單臺TDS用風(fēng)量達(dá)到30 m3/min，風(fēng)壓需在0.7～0.8 MPa，電磁閥對風(fēng)質(zhì)、風(fēng)壓要求較高，壓風(fēng)必須干燥清潔，防止鐵銹或雜質(zhì)堵塞電磁閥造成長噴或不噴，容易形成矸石帶煤或煤種含矸率超標(biāo)。

(2)除塵設(shè)施要完善。塊煤干選過程中，出料端因壓風(fēng)不停噴吹，吹起的矸石連續(xù)碰撞箱體，造成大量揚(yáng)塵，如果干選機(jī)除塵器、后續(xù)膠帶機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)除塵設(shè)施不完善，容易造成系統(tǒng)起塵，嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)和人身健康。

(3)噪聲控制。干選機(jī)壓風(fēng)在噴吹的瞬間，會產(chǎn)生的較大噪聲，吹起的矸石碰撞箱體也容易產(chǎn)生噪聲，如果4臺干選機(jī)生產(chǎn)，將有1 000個以上的電磁閥不停的噴吹，若現(xiàn)場降噪設(shè)施不完善，會嚴(yán)重影響職工身心健康。

6 結(jié) 語

TDS塊煤智能干法選煤工藝無論是在經(jīng)濟(jì)效益上、運(yùn)營上還是投資上都有明顯的優(yōu)勢，尤其是三產(chǎn)品塊煤智能干選機(jī)首次成功運(yùn)用于轉(zhuǎn)龍灣煤礦選煤廠，確保了矸石、精煤質(zhì)量。針對煤泥量大，煤泥難處理，無法單獨(dú)銷售的難點(diǎn)，TDS具有更明顯的工藝優(yōu)勢，更適用于類似于轉(zhuǎn)龍灣煤礦的原煤煤質(zhì)。下一步如果將視頻識別技術(shù)與X射線識別有效結(jié)合，產(chǎn)品質(zhì)量會有更大的改善。