葛永杰

【摘 要】選擇性破碎分選是巖石、礦物等破碎分選新技術(shù),它有別于傳統(tǒng)的完全破碎法。選擇性破碎分選就是在選擇性破碎分選設(shè)備中,對混合物料施加適當(dāng)?shù)淖饔昧?使硬度較大的巖石、礦物質(zhì)不破碎或較少破碎,而硬度小的巖石、礦物完全破碎或基本破碎。煤矸選擇性破碎分選是潔凈煤生產(chǎn)技術(shù)的源頭,開發(fā)先進(jìn)煤矸選擇性破碎分選技術(shù)是我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要,對煤炭工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】煤矸 選擇性破碎 分選

一、引言

煤矸石是一種低熱值質(zhì)頁巖,其成分是由無機(jī)物和有機(jī)物兩部分組成,無機(jī)物以氧化態(tài)出現(xiàn),其中二氧化硅和鋁土礦大約占其組分50%-80%,赤鐵礦約0.5%-2.4%,氧化欽約0.9-4.0%,此外還有無機(jī)硫和其它一些微量元素,有機(jī)物以碳?xì)滏溁衔锎嬖?有腐值酸等。每開采一噸原煤要產(chǎn)生150-250kg的煤矸石。目前,我國年排放煤矸石約1.7億t,占地萬畝以上。全國煤矸石累計(jì)堆積貯存量約25億t,占地超過14萬畝,而且還以每年千萬噸的速度遞增,大量堆積的煤矸石不僅占用土地,污染環(huán)境,而且由于煤矸石自燃,釋放出大量的有毒有害氣體。經(jīng)對矸石山發(fā)生自燃后監(jiān)測,二氧化硫(SO₂)和一氧化碳(CO)的釋放濃度超出國家大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)許多倍,嚴(yán)重影響了煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此,治煤矸選擇性破碎分選越來越受到人們的普遍重視。

二、選擇性破碎分選的原因

井下矸石有建井過程排出的矸石和采煤過程排出的矸石,前者必須運(yùn)至地表再加以處理;而后者既可以在井上處理又可以直接在井下處理,做到矸石不出井。在煤礦生產(chǎn)過程,對開拓、準(zhǔn)備開掘出的矸石處理有兩種方法:一種是把矸石運(yùn)到地面堆積于空曠地帶,形成矸石山;另一種是對矸石在井下進(jìn)行處理,進(jìn)行巷幫充填或向采空區(qū)及廢棄巷道中排放。隨著人們生活水平的提高,對周圍的環(huán)境要求越來越高,清潔生產(chǎn)勢在必行,為此各國都在朝著無污染的生產(chǎn)方向發(fā)展。對于煤炭生產(chǎn)來說,解決矸石不出井,或者說實(shí)現(xiàn)井下煤、矸分選與回填是主要的發(fā)展方向。由于煤礦井下條件環(huán)境的限制,煤、矸分選技術(shù)應(yīng)滿足的條件:設(shè)備簡單、安全可靠、分選能力大、運(yùn)行壽命長的特點(diǎn)發(fā)展。

三、煤和矸石破碎分選過程中的丟煤率和混矸率

根據(jù)不同的礦石類型和對選礦產(chǎn)品的不同要求,在工業(yè)應(yīng)用中可采取不同的選礦方法。常用的選礦方法有重選法、磁選法、電選法和浮選法,對于煤炭行業(yè),應(yīng)用比較廣泛的是重選法和浮選法。評價(jià)這些地面選礦方法的分選效果時(shí),常用到品味、產(chǎn)率、回收率、選礦比以及富礦比等工藝指標(biāo)。表述原煤含矸情況時(shí),含矸率是普遍應(yīng)用的一個(gè)指標(biāo),其定義為原煤中矸石的含量占原煤總量的比率。

煤和矸石井下直接破碎分選技術(shù),是一項(xiàng)新興的潔凈煤生產(chǎn)技術(shù),其工藝要求是在機(jī)構(gòu)的碾壓過程中,將煤塊破碎溜入運(yùn)煤膠帶機(jī),矸石保留運(yùn)至填矸系統(tǒng)。可見,確定合適的液壓傳動載荷后,在破碎分選過程中,使煤塊充分地進(jìn)行破碎,而保留很多的矸石塊,是煤和矸石破碎分選的最佳效果。在煤和矸石的破碎分選過程中,將那部分沒有被破碎、隨運(yùn)矸膠帶機(jī)進(jìn)入回填系統(tǒng)而丟掉的煤的重量稱為丟煤量,丟煤量占原來總煤量的比率稱為丟煤率。在煤和矸石的破碎分選過程中,將那部分被破碎而且隨著碎煤溜入運(yùn)煤膠帶機(jī)的矸石的重量稱為混矸量,混矸量占原來總矸石量的比率稱為混矸率。為此,針對煤和矸石井下破碎分選技術(shù)的工藝特點(diǎn),提出丟煤率和混矸率這兩個(gè)主要的分選工藝指標(biāo),用以評價(jià)煤和矸石井下破碎分選的效果。

四、煤矸選擇性破碎分選策略

1.雙能γ射線透射法煤矸在線識別

雙能γ射線透射法主要利用機(jī)械、模式分類識別技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等對煤和矸石進(jìn)行識別分選,并研制了煤矸石自動分選機(jī),該分選設(shè)備由機(jī)械傳輸、煤矸石識別和分選控制三部分組成。采用膠帶輸送機(jī)作為傳輸機(jī)構(gòu),可依據(jù)所需處理煤量的多少,確定傳輸膠帶的寬度和帶速,膠帶上面分割成若干個(gè)通道,以保證塊煤在膠帶上依次排隊(duì)運(yùn)行;利用γ射線場作為識別機(jī)構(gòu)的激勵(lì)場,每一通道獨(dú)立地配置一套由雙能γ射線源,射線傳感器,氣動執(zhí)行器和測控儀表組成的識別與分選系統(tǒng),在γ射線的激勵(lì)下,煤和矸石的輻射通亮強(qiáng)度不同,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理,識別出煤與矸石,并向分選系統(tǒng)發(fā)出指令,將矸石排除。

2.煤、矸灰度識別技術(shù)

該技術(shù)系統(tǒng)包括:CCD射像頭、圖象采集卡、計(jì)算機(jī)、通訊卡、控制設(shè)備等?；驹頌?依據(jù)煤塊和矸石的灰度分布情況存在的差異,通過射像機(jī)把這種灰度射錄下來并傳送給計(jì)算機(jī),通過數(shù)據(jù)處理,分析出是矸石或是煤塊。依據(jù)這些數(shù)據(jù)通知排矸機(jī)構(gòu)把矸石排出。這種技術(shù)也進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)驗(yàn),取得了初步成果。在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場原煤中經(jīng)常含有水或煤泥,使煤塊表面被煤泥遮住,造成亮度降低從而較難與矸石區(qū)分。

3.滾筒碎選機(jī)又稱選擇性破碎機(jī)

根據(jù)井下煤矸破碎分選的工藝和技術(shù)要求,選擇性破碎機(jī)運(yùn)行原理如下:井下煤矸破碎分選及矸石回填系統(tǒng)包括篩分機(jī)、破碎分選機(jī)和矸石回填機(jī),其中篩分機(jī)、破碎分選機(jī)是煤矸破碎分選工藝的主要設(shè)備。原煤經(jīng)過篩分機(jī),篩分成50-90mm、90-130mm和130-170mm三個(gè)等級的塊體,不同等級的煤和矸石塊分別輸送到對應(yīng)的給送機(jī)構(gòu)。通過給送機(jī)構(gòu)的振動機(jī),使煤塊和矸石塊按一定的順序送到排隊(duì)機(jī)構(gòu)上的排隊(duì)孔中,排隊(duì)機(jī)構(gòu)將煤(矸)塊分別運(yùn)輸?shù)椒诌x滾筒的下面,分選滾筒與排隊(duì)機(jī)構(gòu)以相同的速度旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)過程中由于壓輪對煤或矸石的加載作用,煤塊被壓碎,矸石塊完整的通過分選滾筒。被壓碎的煤塊因煤的自重自動落到運(yùn)煤膠帶機(jī)上外運(yùn)。矸石沒有破碎,因而塊度較大,不能通過托板上的孔而被排隊(duì)鏈運(yùn)輸?shù)津?qū)動滾筒前方的運(yùn)矸膠帶機(jī)而運(yùn)至矸石回填系統(tǒng)。通過上述運(yùn)行過程,可以實(shí)現(xiàn)煤和矸石的破碎分選。

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