吳文波

(1.太原理工大學(xué)，山西　太原　030024； 2.煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西　太原　030001)

?

雙柳選煤廠重介淺槽排矸可行性分析

吳文波1，2

(1.太原理工大學(xué)，山西太原030024； 2.煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西太原030001)

針對(duì)雙柳選煤廠現(xiàn)有塊煤排矸工藝在生產(chǎn)中存在的問(wèn)題以及動(dòng)篩排矸帶煤嚴(yán)重，在分析入選原煤特性及可選性基礎(chǔ)上，提出了重介淺槽分選上下限分別為200 mm和25 mm的技術(shù)改造方案，并對(duì)其進(jìn)行可行性分析，降低了矸石入選比例，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

塊煤；重介淺槽；矸石；分選粒度；上、下限

雙柳選煤廠地處山西柳林，是一座1.50 Mt/a的礦井型選煤廠，于2003年投產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)2008年技術(shù)改造后，目前的洗選工藝為動(dòng)篩跳汰預(yù)選排矸后，采用無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器+煤泥重介旋流器+微泡浮選床聯(lián)合工藝。目前主要入選雙柳礦3#、4#合并煤層，該原煤為中灰(Ad=20.09%)、特低硫(St=0.40%)、中等揮發(fā)分(Vdaf=27.54%)、強(qiáng)黏結(jié)性(G=92.00；Y=20.00 mm)的主焦煤，是我國(guó)的稀缺煤種。

1　技術(shù)改造的必要性

隨著礦井開(kāi)采深度的增加，原煤中含矸量增大，尤其9#煤層煤質(zhì)極差，現(xiàn)有的工藝已不適應(yīng)礦井發(fā)展的需要，雙柳選煤廠由于動(dòng)篩跳汰系統(tǒng)設(shè)備性能等原因，洗選后的矸石帶煤高達(dá)7%，造成粗精煤損失嚴(yán)重；另外50～30 mm粒級(jí)的矸石進(jìn)入重介車間，增加了設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷，造成設(shè)備運(yùn)行故障多，日常維護(hù)量大，嚴(yán)重制約礦井的生產(chǎn)。因此，需要對(duì)原有的排矸系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，以實(shí)現(xiàn)選煤廠的“減員增效”和生產(chǎn)自動(dòng)化。

2　可行性分析

2.1煤質(zhì)特性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的煤質(zhì)資料，分析得出：1) 3#、4#入選原煤灰分為31.90%，屬中高灰分煤，矸石較硬不易破碎，煤較軟。自然級(jí)+25 mm粒級(jí)含量占31.44%，灰分為40.82%，+50 mm粒級(jí)中矸石產(chǎn)率為34.00%，灰分為81.86%，矸石純度較高。2) +25 mm浮沉綜合中主導(dǎo)密度級(jí)為+2.0 kg/L，產(chǎn)率達(dá)34.17%，灰分為74.36%，說(shuō)明該粒度級(jí)矸石含量大且成分很純，通過(guò)原煤準(zhǔn)備的排矸工藝會(huì)有效降低原煤灰分；1.5～1.8 kg/L中間密度物含量低，有利于精煤回收；浮沉煤泥產(chǎn)率為2.02%，灰分為22.52%，較原生煤泥灰分低，說(shuō)明矸石不存在泥化現(xiàn)象。3) 經(jīng)計(jì)算，當(dāng)分選密度為1.80 kg/L時(shí)，浮物累計(jì)產(chǎn)率59.33%，灰分為19.11%，±0.1含量15.11%，可選性為中等可選，200～25 mm綜合級(jí)的可選性曲線見(jiàn)圖1.

圖1　200～25 mm綜合級(jí)的可選性曲線圖

隨著雙柳礦礦井開(kāi)采機(jī)械化程度的不斷提高和采煤工藝的變化，3#、4#原煤可供開(kāi)采的儲(chǔ)量已大為減少，接下來(lái)將對(duì)8#、9#煤層進(jìn)行開(kāi)采。8#、9#煤層的原煤大篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.

表1　8#、9#煤層的原煤大篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

由表1可以看出：1) 8#原煤灰分為27.27%，屬中等灰分煤，50～0 mm粒級(jí)含量較高，為91.22%；矸石與煤的抗碎強(qiáng)度差異較大，+100 mm粒級(jí)為純矸石，所以，在洗選之前應(yīng)盡可能將矸石排出，避免矸石進(jìn)入洗選系統(tǒng)，造成設(shè)備大量磨損，以及過(guò)多的無(wú)效分選；自然級(jí)+50 mm粒級(jí)含量占8.78%，灰分為52.57%，原煤-13 mm粒級(jí)產(chǎn)率73.63%，粉末煤含量高。2) 9#原煤灰分為51.97%，屬高灰分煤，矸石較硬而煤較軟；+100 mm粒級(jí)為純矸石，自然級(jí)+50 mm粒級(jí)含量占11.62%，灰分為75.76%；自然級(jí)中50～25 mm、25～13 mm粒級(jí)灰分分別為68.26%、66.65%，可以看出這兩級(jí)灰分仍非常高，如將該粒級(jí)中的矸石預(yù)先排出，對(duì)后續(xù)的洗選作業(yè)非常有利。原煤-13 mm粒級(jí)產(chǎn)率61.72%，粉末煤含量大。綜上所述，后續(xù)入選的8#、9#原煤中矸石含量較大，且多集中在50 mm以上的粒度級(jí)，因此，需要進(jìn)行預(yù)先排矸以提高洗選效率。8#、9#原煤200～25 mm綜合級(jí)浮沉試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.

由表2可以看出：1) 8#煤中200～25 mm粒度級(jí)主導(dǎo)密度級(jí)為+1.8 kg/L，產(chǎn)率達(dá)56.77%，灰分為69.68%，該粒度級(jí)矸石含量較大；9#煤中200～25 mm粒度級(jí)中主導(dǎo)密度級(jí)為+1.8 kg/L，產(chǎn)率達(dá)91.90%，灰分為76.28%. 通過(guò)預(yù)先排矸能有效降低原煤灰分，避免大量無(wú)效分選。2) 8#煤的中間密度物(1.5～1.8 kg/L)含量為6.66%，灰分為30.21%；9#煤的中間密度物含量低，有利于精煤回收；-1.50 kg/L含量為5.06%，灰分為9.47%，有利于回收精煤。3) 8#煤浮沉煤泥灰分31.99%，灰分較原生煤泥灰分高10.58%，9#煤中浮沉煤泥產(chǎn)率為1.93%，灰分較原生煤泥灰分高9.47%，兩個(gè)煤樣中矸石均存在泥化現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)盡量避免煤泥進(jìn)入分選系統(tǒng)。8#、9#煤200～25 mm綜合級(jí)的可選性曲線圖見(jiàn)圖2，圖3.

表2　8#、9#原煤200～25 mm綜合級(jí)浮沉試驗(yàn)結(jié)果表

圖2　8#煤200～25 mm綜合級(jí)的可選性曲線圖

圖3　9#煤200～25 mm綜合級(jí)的可選性曲線圖

由圖2，圖3可以看出：當(dāng)分選密度為1.80 kg/L時(shí)，8#煤浮物累計(jì)產(chǎn)率43.23%，灰分11.19%，±0.1含量為2.32%，可選性等級(jí)為易選；9#煤的浮物累計(jì)產(chǎn)率8.10%，灰分18.37%，±0.1含量為2.53%，可選性等級(jí)為易選。

2.2淺槽排矸分析

重介淺槽分選機(jī)是根據(jù)不同比重的物料在重介懸浮液中的沉浮原理來(lái)工作的槽式分選設(shè)備。原煤從入料端給入充滿重介懸浮液的槽體內(nèi)，其中 80%～90%的懸浮液從給料端的水平流管給入，以形成縱向水平流；10%～20%的懸浮液通過(guò)槽底數(shù)排孔給入，形成上升流，使精煤上浮。浮起的塊煤在水平流的作用下，從另一側(cè)溢流至塊煤脫介篩，矸石沉至淺槽的底部，由鏈條帶動(dòng)刮板把矸石抬起一定傾斜度，經(jīng)矸石溜槽排至塊矸脫介篩，見(jiàn)圖4.

采用重介淺槽分選機(jī)預(yù)排矸，預(yù)先排除原煤中的大塊矸石，可以改善三產(chǎn)品旋流器的入料組成，減少三產(chǎn)品旋流器入料中的矸石量，降低一段旋流器的排矸負(fù)荷，提高了旋流器的處理能力，達(dá)到增加選煤廠生產(chǎn)能力的效果；采用淺槽分選預(yù)先排矸，進(jìn)入三產(chǎn)品旋流器煤泥量減少，降低了介質(zhì)分流量，進(jìn)入磁選機(jī)的稀介質(zhì)量減少，增加了介質(zhì)系統(tǒng)的穩(wěn)定，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

圖4　淺槽排矸結(jié)構(gòu)及原理圖

2.3分選粒度上、下限分析

3#+4#原煤的篩分資料表明：50～0 mm自然級(jí)的原煤灰分為27.80%、灰分較低。說(shuō)明50～0 mm級(jí)原煤中矸石含量低，不需要預(yù)先排矸；根據(jù)確定的塊煤分選設(shè)備，淺槽分選機(jī)的有效分選粒度范圍為200～13 mm. 因此，分選3#+4#煤時(shí)，分選上限確定為200 mm、下限為50 mm.

由8#、9#煤質(zhì)資料可以看出，+100 mm粒級(jí)為純矸石，通過(guò)反手選直接排棄即可。根據(jù)礦井開(kāi)拓方案，在3#+4#煤開(kāi)采后期，3#+4#、8#煤兩個(gè)工作面交替出煤，3#+4#、8#煤輪換入洗。為避免交替更換預(yù)先分級(jí)篩篩板，造成頻繁停產(chǎn)，考慮將預(yù)先分級(jí)篩篩孔(分選上限)定為200 mm. 由于8#煤50～25 mm，9#煤50～13 mm粒級(jí)原煤中矸石產(chǎn)率仍然較高，將排矸粒度下限確定為13 mm后可多排22.31%矸石，減少后續(xù)三產(chǎn)品重介旋流器的排矸負(fù)荷。依據(jù)煤質(zhì)資料計(jì)算：13 mm分級(jí)所需篩面為900÷25=36 m2，最少選用2臺(tái)3661型香蕉篩。選用淺槽槽寬大于4 m；精煤、矸石脫介篩均為2460型，所需廠房體積大，投資高。同時(shí)，9#煤儲(chǔ)量小，開(kāi)采年限短，當(dāng)洗選3#+4#煤及8#煤時(shí)存在大馬拉小車的情況，造成了設(shè)備能力的浪費(fèi)。如將分選下限定為25 m，洗選8#煤時(shí)可多排3.68%矸石，洗選9#煤時(shí)可多排9.29%矸石。3#+4#煤25～1 mm自然級(jí)產(chǎn)率高達(dá)52.11%，主選系統(tǒng)選用的旋流器規(guī)格為2臺(tái)d1200/900型，一段排矸能力將達(dá)到240～480 t/h. 9#煤25～1 mm自然級(jí)+1.8 kg/L重產(chǎn)物產(chǎn)率為34.39%，最大矸石量為309.54 t/h，旋流器一段能夠輕松將該部分矸石排出，不會(huì)對(duì)旋流器處理能力及分選效果造成影響。由此，將分選下限定為25 mm.

綜合上述分析，推薦塊煤排矸上限為200 mm，下限為25 mm.

2.4改造方案

綜上所述，提出的改造思路為：新增加的淺槽分選機(jī)取代現(xiàn)有的動(dòng)篩跳汰機(jī)。利用淺槽分選機(jī)對(duì)200～25 mm塊原煤進(jìn)行預(yù)先排矸,分選的矸石進(jìn)入矸石倉(cāng)；分選的精煤破碎至-50 mm以后摻入25～0 mm原煤進(jìn)入主廠房洗選，介質(zhì)獨(dú)立回收；產(chǎn)生的煤泥水采用濃縮+壓濾工藝回收。

2.5社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

該礦主要為焦煤和肥煤，屬于稀缺寶貴資源，改造后回收的粗精煤進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)洗選，回收更多煉焦精煤，最大限度地提高稀缺煤類資源的利用率。同時(shí)改造可有效避免洗后矸石帶大量煤排入周邊環(huán)境，污染地表水及地下水環(huán)境，以及由于自燃造成大氣污染。

此次改造預(yù)計(jì)投資5 074.01萬(wàn)元，回收的粗精煤按330元/t計(jì)算，銷售收入增加1 584萬(wàn)元/年。洗選成本增加459萬(wàn)元/年，增加效益1 125萬(wàn)元/年，投資回收期為4.5年。

3　結(jié)　論

雙柳選煤廠排矸系統(tǒng)經(jīng)過(guò)充分論證,能夠適應(yīng)雙柳原煤特性,且工藝穩(wěn)定可靠,分選效率高，確保了雙柳選煤廠的洗選處理能力以及節(jié)能環(huán)評(píng)等各項(xiàng)指標(biāo)處于同行業(yè)先進(jìn)水平，選煤廠更能適應(yīng)目前煤炭市場(chǎng)和深加工發(fā)展的需要，多出高質(zhì)量煉焦精煤，潔凈生產(chǎn)，有力地促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

[1]戴少康.選煤工藝設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010：46-47.

[2]匡亞莉.選煤工藝設(shè)計(jì)與管理[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2010：54-55.

[3]張新源.趙固一礦選煤廠選煤工藝的確定[J].潔凈煤技術(shù)，2012，18(5)：16-19.

[4]張鵬，陳建中，沈麗娟，等.選煤廠選煤工藝設(shè)計(jì)探討[J].煤炭工程，2006(12)：25-27.

[5]鄭均笛，唐中婭.選煤廠設(shè)計(jì)中的煤質(zhì)分析[J].煤炭加工與綜合利用，2009(2)：32-33.

[6]劉文軒.大同煤礦集團(tuán)各選煤廠選煤工藝比較與分析[J].煤炭工程，2008(2)：26-30.

2016-03-22

吳文波(1987—)，男，四川德陽(yáng)人，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，太原理工大學(xué)在讀工程碩士研究生，助理工程師，主要從事選煤設(shè)計(jì)工作，(E-mail)wenbowd@163.com

TD922

B

1672-0652(2016)05-0028-04