裴彥峰

(西山煤電集團(tuán)公司 生產(chǎn)技術(shù)處，山西 太原 030053)

1 應(yīng)用背景

近年來，隨著采掘裝備大型化和設(shè)備性能的不斷提高，采煤工作面幾何尺寸也相應(yīng)加大，加之礦井瓦斯治理所需的高抽巷、底抽巷等工程沒有獨(dú)立的矸石外排系統(tǒng)，使矸石混入毛煤中，導(dǎo)致毛煤含矸率顯著增加。統(tǒng)計(jì)資料顯示，近十年來，西山煤電集團(tuán)毛煤灰分提高了約10%，個(gè)別礦井甚至提高了15%以上。對于原煤直銷的單位來說，毛煤含矸率的增加，直接導(dǎo)致商品煤發(fā)熱量大幅度下降。從實(shí)際銷售規(guī)格可見，十年來，西山煤電集團(tuán)直銷原煤的質(zhì)量規(guī)格由原來以20.934 ～23.027 kJ/g 為主，逐步演變?yōu)橐?8.841 kJ/g 為主，產(chǎn)品性價(jià)比顯著下降。對于毛煤進(jìn)入洗選加工的選煤廠來說，毛煤含矸率的增加不但限制了洗選能力的充分發(fā)揮，還導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加和效益的減少。原有的手選系統(tǒng)、碎選系統(tǒng)、動(dòng)篩系統(tǒng)，無論從處理能力還是從分選效果上，都已經(jīng)很難滿足現(xiàn)實(shí)需要。

針對這種情況，西山煤電集團(tuán)公司決定對毛煤排矸系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，使毛煤中的矸石盡可能在生產(chǎn)系統(tǒng)的前端排出，以提高原煤質(zhì)量，減少帶煤損失，為后續(xù)銷售或洗選加工創(chuàng)造良好條件。

從技術(shù)先進(jìn)程度、設(shè)備可靠程度、洗選效率、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益等方面對傳統(tǒng)篩分手選破碎、動(dòng)篩跳汰、重介斜輪/立輪、重介淺槽排矸等技術(shù)進(jìn)行論證和對比，最終決定采用重介淺槽排矸技術(shù)。

2 重介淺槽排矸技術(shù)及其特點(diǎn)

2.1 工作原理

重介淺槽排矸技術(shù)的核心設(shè)備是重介淺槽分選機(jī)，其工作原理遵循阿基米德原理，即礦粒在介質(zhì)(懸浮液)中所受到的力等于礦粒的重力與同體積介質(zhì)(懸浮液)重力(即浮力)的差。當(dāng)原煤進(jìn)入裝有比重大于水的重介質(zhì)懸浮液的分選槽內(nèi)，比重低于介質(zhì)比重的精煤上浮，隨介質(zhì)溢流流出，而比重高于介質(zhì)比重的矸石下沉，并由橫向運(yùn)動(dòng)的刮板排出，使煤和矸石分離。源源不斷的上升流和水平流使分選槽內(nèi)的懸浮液得到補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。

2.2 主要特點(diǎn)

1)分選效率高。其分選效率可達(dá)98%以上，EP值0.03 ～0.04，與其它毛煤排矸技術(shù)相比，具有明顯優(yōu)勢，分選密度可根據(jù)需要在較寬范圍內(nèi)無級調(diào)整。

2)適用粒度范圍廣。一般情況其入料粒度下限可達(dá)6 mm，上限可達(dá)300 mm，甚至還可以根據(jù)需要，進(jìn)一步拓展粒度范圍。

3)可與其它選煤工藝靈活組合。重介淺槽既可以高密度排矸，也可以低密度生產(chǎn)精煤，還可以根據(jù)需要，與其它選煤工藝一起實(shí)現(xiàn)主再洗組合。

4)對原煤適應(yīng)性強(qiáng)。對于原煤含矸率變化、可選性變化適應(yīng)性很強(qiáng)，同時(shí)由于其分選時(shí)間短，對于減少易泥化煤的泥化程度也很有好處。

5)處理能力大。單位出料口寬度的處理能力可達(dá)到100 t/m/h，甚至更高，易于實(shí)現(xiàn)大型化生產(chǎn)。

6)體積小，重量輕，可以安裝在煤礦井下。

7)運(yùn)行平穩(wěn)，噪音小，故障率低，作業(yè)環(huán)境明顯改善。

8)自動(dòng)化程度高，操作簡單，可減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 應(yīng)用情況和效果

3.1 應(yīng)用情況

西山煤電集團(tuán)公司目前采用重介淺槽排矸系統(tǒng)的有5 個(gè)礦廠，共10 套系統(tǒng)，不同單位由于粒度組成、浮沉組成和產(chǎn)品要求不同，所選用的重介淺槽分選機(jī)也不同，見表1.

表1 選用重介淺槽分選機(jī)型號及主要性能參數(shù)表

3.2 使用效果

各單位重介淺槽分選系統(tǒng)自運(yùn)行以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，排矸效果明顯，且各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。下面根據(jù)運(yùn)行時(shí)間較長的斜溝礦選煤廠、西曲礦選煤廠、馬蘭礦選煤廠的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，介紹重介淺槽排矸系統(tǒng)的使用效果。主要指標(biāo)見表2.

表2 改造前后技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比表

從表2 可以看出，重介淺槽排矸系統(tǒng)與原有排矸系統(tǒng)相比，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有較大幅度提高和改善。

1)從分選精度來看，重介淺槽的分選精度EP值達(dá)到或接近于重介旋流器一段的分選精度，效果顯著。

2)數(shù)量效率明顯提高，尤其西曲礦選煤廠，重介淺槽的數(shù)量效率比原使用的碎選機(jī)的數(shù)量效率提高了19.6%.

3)有效降低了矸石帶煤損失，大矸帶煤由原來的8%左右降到了1%以下，甚至接近0，大幅度減少了原煤損失。

4)有效降低了毛煤灰分和硫分，提高了入洗原煤質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過淺槽排矸后，毛煤灰分可降低4% ～6%，最高時(shí)灰分降低8%，硫分降低0.1% ～0.3%，后續(xù)直銷混煤和入洗原煤的質(zhì)量明顯改善。

5)從介耗指標(biāo)來看，達(dá)到了0.3 ～0.4 kg/t 的設(shè)計(jì)指標(biāo)，最低的達(dá)到0.25 kg/t.

6)經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。a)由于分選效率的提高和矸石帶煤損失的減少，原來損失在矸石中的原煤被有效回收，減少了浪費(fèi)。b)減少了排矸和矸石山治理的費(fèi)用。c)在原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)多排矸石，可以使后續(xù)主洗環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力得到充分發(fā)揮，增加處理量和入洗能力，提高生產(chǎn)效率。d)部分矸石不再進(jìn)入主洗環(huán)節(jié)，降低了主洗環(huán)節(jié)的生產(chǎn)加工費(fèi)用。

3.3 存在的不足

3.3.1 運(yùn)行費(fèi)用相對增加

由于重介淺槽生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備相對較多，裝機(jī)功率大，設(shè)備磨損較嚴(yán)重，加之需要消耗介質(zhì)，因此，運(yùn)行費(fèi)用有所增加，為0.4 ～0.6 元/t 原煤。但與其所產(chǎn)生的效益相比，比例很小。

3.3.2 雜物對設(shè)備運(yùn)行影響較大

毛煤中所含的木棍、鐵器、鋼絲繩及油管等雜物含量多時(shí)，纏繞刮板、驅(qū)動(dòng)齒輪等部件，導(dǎo)致刮板鏈被卡斷，影響正常生產(chǎn)。

3.3.3 檢修維護(hù)工作量相對增加

系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量增加且淺槽的刮板、鏈條、齒輪等轉(zhuǎn)動(dòng)部件長期浸沒在懸浮液中運(yùn)行，磨損快，刮板、鏈條更換頻繁(3 ～5 個(gè)月更換一次)，因此，淺槽系統(tǒng)的檢修維護(hù)工作量有所增加。

4 建 議

4.1 系統(tǒng)能力確定

對于毛煤出井后直接進(jìn)入淺槽系統(tǒng)處理的礦井或選煤廠來說，淺槽系統(tǒng)既是銷售或者選煤廠入洗前的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，更是礦井連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)中往往僅考慮礦井或者選煤廠的設(shè)計(jì)能力、核定能力等因素，而忽略了與礦井主提升能力的匹配，有時(shí)反而成了制約礦井生產(chǎn)的瓶頸。因此，建議淺槽系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮礦井主提升系統(tǒng)的最大能力，并與之相匹配。這是生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，也是煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范中明確要求的。

4.2 入選粒度上限和下限的確定

入選粒度上限的確定一般主要考慮毛煤中夾矸的含量以及解離性質(zhì)，建議要同時(shí)考慮后續(xù)環(huán)節(jié)的設(shè)備通過能力。實(shí)際應(yīng)用中，有的礦井將入選粒度上限定得較高，出現(xiàn)了大塊矸石在矸石脫介篩上，因篩子橫梁阻擋而不能通過的問題，值得注意。入選粒度下限則要綜合考慮后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格要求、選煤廠入洗粒度要求以及工藝流程的經(jīng)濟(jì)性等因素。

4.3 主要設(shè)備選型

對于有些礦井或者選煤廠而言，所需要處理的毛煤來自兩層或者更多煤層，而且不同煤層毛煤的規(guī)定粒級含量及其密度組成差別常常很大。設(shè)計(jì)單位一般會(huì)按照不同煤層的產(chǎn)量比例對毛煤煤質(zhì)資料進(jìn)行綜合，然后按照綜合后的煤質(zhì)資料進(jìn)行流程計(jì)算和設(shè)備選型。事實(shí)上在淺槽環(huán)節(jié)，多數(shù)礦井或者選煤廠是采用不同煤層的毛煤輪流處理，在裝車或者入洗時(shí)才配煤裝車或配煤入洗的作業(yè)方式。而按照綜合煤質(zhì)資料選擇的工藝和設(shè)備未必能適應(yīng)所有煤層的毛煤。因此，建議制定流程和設(shè)備選型時(shí)，要充分考慮不同煤層的特性。比如，矸石系統(tǒng)設(shè)備選型要按照含矸率最大的煤層進(jìn)行計(jì)算和選型，而精煤系統(tǒng)要按照精煤產(chǎn)率最高的煤層進(jìn)行計(jì)算和選型。

4.4 入淺槽前脫泥的確定

大量煤泥進(jìn)入淺槽，對于穩(wěn)定分選密度及介質(zhì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行十分不利，至于入淺槽前是否脫泥，主要看3 個(gè)方面的因素:1)分選粒度下限。一般來說，粒度下限為50 mm 或更高時(shí);可以不設(shè)置脫泥系統(tǒng);當(dāng)粒度下限為25 mm 或更低時(shí)，則需要設(shè)置脫泥系統(tǒng);粒度下限在25 ～50 mm 時(shí)，需要根據(jù)原煤性質(zhì)確定。2)毛煤水分。當(dāng)毛煤水分＜7%時(shí)，分級過程易于進(jìn)行，隨著毛煤水分的增加，則分級效率逐漸降低，進(jìn)入淺槽的煤泥也會(huì)逐漸增加。3)分級篩的類型、震動(dòng)方式、篩網(wǎng)材質(zhì)、篩孔形狀也會(huì)影響分級效率。實(shí)際設(shè)計(jì)和選型時(shí)，應(yīng)綜合考慮上述因素。

4.5 選前除雜

毛煤中所含的煤礦井下生產(chǎn)所使用的木材、鐵器、鋼絲繩及油管等雜物含量多時(shí)，纏繞刮板、驅(qū)動(dòng)齒輪等部件，導(dǎo)致刮板鏈被卡斷，影響正常生產(chǎn)。因此，建議通過加強(qiáng)井下雜物管理、地面設(shè)置除雜除鐵設(shè)施等措施，盡可能避免或減少這些雜物進(jìn)入淺槽生產(chǎn)系統(tǒng)。

4.6 設(shè)備耐磨和結(jié)構(gòu)優(yōu)化

重介淺槽和所有的重介系統(tǒng)一樣，設(shè)備、管路、溜槽等的耐磨問題是維持正常生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素之一，應(yīng)當(dāng)選擇可靠的耐磨材料和設(shè)備。同時(shí)，現(xiàn)在所使用的淺槽，底部墊板使用壽命短，淺槽底部鏈條滑道間隙較大，而且滑道內(nèi)側(cè)附有1 層耐磨瓷磚，極易脫落，脫落后間隙會(huì)加大，進(jìn)入系統(tǒng)的鋼筋、皮帶等井下雜物容易進(jìn)入滑道，卡住鏈條運(yùn)行，建議設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備的適應(yīng)能力。

5 結(jié) 論

重介淺槽排矸技術(shù)是一項(xiàng)有效的毛煤排矸技術(shù)，具有分選效率高、適應(yīng)能力強(qiáng)、工藝組合靈活、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，推廣應(yīng)用前景廣泛。