劉漢剛，向伯濤

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710075)

石圪臺選煤廠分煤層洗選加工方案的設(shè)計

劉漢剛，向伯濤

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710075)

針對石圪臺選煤廠塊煤入選比例較低及洗選系統(tǒng)處理能力不足的問題，在對生產(chǎn)現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，闡述了分煤層加工洗選的必要性；通過不同入選方式下的經(jīng)濟(jì)效益對比，確定了合理、可行的原煤洗選加工方案。該方案不但可以實現(xiàn)原煤的靈活洗選，而且能夠充分發(fā)揮原系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，也為我國入選類似原煤的選煤廠提供了可行的設(shè)計與改造借鑒。

粒度組成；泥化程度；分煤層；洗選系統(tǒng)

石圪臺煤礦和配套選煤廠(石圪臺選煤廠)均位于陜西省神木縣大柳塔鎮(zhèn)北部，隸屬于中國神華神東煤炭集團(tuán)。經(jīng)2006年升級改造后，煤礦和選煤廠生產(chǎn)能力均提升至12 Mt/a，石圪臺選煤廠目前采用200～25 mm粒級塊煤由淺槽重介質(zhì)分選機(jī)分選、25～1.5 mm粒級末煤由有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、1.5～0.4 mm粒級粗煤泥由螺旋分選機(jī)分選、0.4～0 mm粒級細(xì)煤泥由加壓過濾機(jī)和壓濾機(jī)回收的聯(lián)合工藝。目前，該選煤廠入選原煤來自石圪臺礦井3-1煤層和2-2煤層，均為低灰、低硫、特低磷、高揮發(fā)分、高發(fā)熱量的長焰煤和不粘煤；主導(dǎo)產(chǎn)品為塊精煤和混煤兩大類，塊精煤作為化工用煤或優(yōu)質(zhì)動力煤，混煤作為電煤。但隨著井下煤炭開采條件的變化和市場對商品煤質(zhì)量要求的不斷提高，石圪臺選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)已不能滿足煤質(zhì)波動和煤炭市場的要求，致使混煤產(chǎn)品售價大幅下降，給企業(yè)經(jīng)營帶來很大困難，因此迫切需要從理論和實踐出發(fā)，采用合理的方案對洗選系統(tǒng)進(jìn)行研究與改造[1]。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 原煤特性

根據(jù)相關(guān)開采接續(xù)計劃分析，石圪臺煤礦3-1煤層薄厚均勻，煤層厚度在3.5～4.5 m之間，原煤煤質(zhì)較穩(wěn)定，平均灰分為12%，平均發(fā)熱量為21.34 MJ/kg；2-2煤層較薄，分叉區(qū)煤層平均厚度僅1.34 m，原煤煤質(zhì)較差，平均灰分高達(dá)32%，且底板巖性均以泥巖類為主，矸石極易泥化。石圪臺選煤廠的原煤粒度組成如表1所示。

表1 石圪臺選煤廠原煤粒度組成

1.2 存在問題

石圪臺煤礦的3-1煤層、2-2煤層原煤均由一臺主斜井帶式輸送機(jī)運(yùn)至選煤廠四個原煤倉，經(jīng)原煤倉緩沖后進(jìn)入篩分、破碎、洗選、儲運(yùn)系統(tǒng)。在整個過程中兩個煤層的原煤、產(chǎn)品混合在一起，因此產(chǎn)生了諸多問題。

(1)塊煤入選比例低。原煤進(jìn)入篩分車間后，由兩臺2461型棒條篩分級(分級粒度為200 mm)，棒條篩篩上大塊煤經(jīng)手選除雜后被破碎至200 mm以下[2]，再由刮板輸送機(jī)運(yùn)至洗選系統(tǒng)；棒條篩篩下<200 mm粒級塊煤由兩臺4373型單層香蕉篩進(jìn)行25 mm分級，>25 mm粒級塊煤由刮板輸送機(jī)輸送至主廠房洗選，<25 mm粒級末煤由末煤刮板輸送機(jī)運(yùn)至主廠房洗選，或者經(jīng)旁路直接進(jìn)入混煤帶式輸送機(jī)。

對于塊煤、末煤全部入選的選煤廠來說，一般應(yīng)盡量提高塊煤入選比例，充分發(fā)揮淺槽重介質(zhì)分選機(jī)處理能力大、分選精度高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢。但由于入選原煤煤質(zhì)變差后(粒度組成偏細(xì)、泥化程度升高等)，篩分系統(tǒng)無法將分級粒度降至13 mm，致使塊煤、末煤分選系統(tǒng)原煤洗選量無法有效調(diào)整。

(2)塊煤分選系統(tǒng)利用率低。原煤經(jīng)25 mm分級后，>25 mm粒級塊煤產(chǎn)率僅為40%，入選量約為900 t/h；而塊煤分選系統(tǒng)布置有兩臺T22054型淺槽重介質(zhì)分選機(jī)[3]，處理能力為1 350 t/h，此時塊煤分選系統(tǒng)實際利用率僅為70%。在這樣的情況下，不但塊煤產(chǎn)品產(chǎn)量下降，塊煤系統(tǒng)處理能力得不到充分發(fā)揮，而且致使大量塊煤進(jìn)入末煤分選系統(tǒng)，給后續(xù)作業(yè)帶來很大困難，生產(chǎn)成本增高。

(3)末煤分選系統(tǒng)處理能力不足。原煤以25 mm分級后，<25 mm粒級末煤產(chǎn)率高達(dá)60%，脫泥后的末煤量約為1 100 t/h，而末煤系統(tǒng)實際處理能力為450 t/h，尚存在650 t/h的缺口。末煤系統(tǒng)布置有兩臺有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，設(shè)計能力為750 t/h，由于煤泥水處理系統(tǒng)的制約，末煤分選系統(tǒng)處理能力得不到充分發(fā)揮；根據(jù)目前情況來看，即使煤泥水處理系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)要求，末煤分選系統(tǒng)處理量也達(dá)不到1 100 t/h。

(4)煤泥水處理系統(tǒng)處理能力偏小。石圪臺選煤廠的煤泥水采用加壓過濾機(jī)和壓濾機(jī)聯(lián)合處理，三臺壓濾機(jī)均為過濾面積800 m2的板框壓濾機(jī)，單臺設(shè)計能力為35 t/h；三臺加壓過濾機(jī)均為過濾面積120 m2的JPG型過濾機(jī)，單臺設(shè)計能力為48 t/h，總處理能力為249 t/h。但由于2-2煤層中的矸石極易泥化，脫水設(shè)備處理能力受限[4]。根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，壓濾機(jī)處理能力為20 t/h，加壓過濾機(jī)處理能力為18 t/h，總處理能力僅為114 t/h，導(dǎo)致該選煤廠原煤實際入選率約為60%。

2 分煤層洗選加工的必要性

石圪臺煤礦3-1煤層、2-2煤層的原煤灰分差別較大，且2-2煤層中的矸石極易泥化，從企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)成本考慮，應(yīng)盡量提高原煤入選率[5]，并在滿足商品煤質(zhì)量的前提下控制進(jìn)入洗選系統(tǒng)的2-2煤層的粉煤量。由于3-1煤層的原煤煤質(zhì)較好，可根據(jù)市場需要靈活選擇入選方式，<13 mm粒級末煤可以全部入選或部分入選；2-2煤層的原煤煤質(zhì)較差，理論上應(yīng)全部入選，以滿足商品煤的質(zhì)量要求，但其中矸石泥化極其嚴(yán)重，末煤全部入選將給后續(xù)生產(chǎn)帶來很大困難，且要權(quán)衡是否能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化[6]。按照3-1煤層、2-2煤層的原煤入選量各6.0 Mt/a計算，五種入選方式下每年的經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測結(jié)果如表2所示。

由表2可知：3-1煤層的原煤經(jīng)6 mm脫粉后，塊末煤全部入選的經(jīng)濟(jì)效益最好，其他入選方式各有特點，應(yīng)根據(jù)市場需求靈活選擇；2-2煤層的原煤經(jīng)6 mm脫粉后，塊末煤全部入選的經(jīng)濟(jì)效益也最好，而采用其他洗選方式時，塊末煤必須全部入選方可行。

從經(jīng)濟(jì)效益考慮，3-1煤層與2-2煤層的原煤在入選方式上應(yīng)該區(qū)別對待。要保持3-1煤層原煤入選的靈活性，2-2煤層原煤應(yīng)脫粉后全部入選，這就要求兩種原煤分別儲存和篩分，以滿足不同入選要求。根據(jù)相關(guān)計算結(jié)果分析，兩種原煤在淺槽重介質(zhì)分選機(jī)、重介質(zhì)旋流器中分選時，在分選密度相同的條件下基元灰分幾乎相同，這說明篩分后的塊原煤、末原煤均可以混合入選[7]。

表2 不同入選方式下的經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測結(jié)果

備注：預(yù)測經(jīng)濟(jì)效益時商品煤售價參考2015年11月秦皇島的港口價，發(fā)熱量23.01 MJ/kg的神混商品煤售價為390元/t，發(fā)熱量20.92 MJ/kg的神混商品煤售價為350元/t。

3 主要技術(shù)方案

根據(jù)確定的原煤入選方案，結(jié)合石圪臺選煤廠的實際情況，對該選煤廠篩分系統(tǒng)和煤泥水處理系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性改造。改造內(nèi)容主要有：分別設(shè)置3-1煤層與2-2煤層原煤的儲運(yùn)、篩分系統(tǒng)，以滿足其儲運(yùn)、篩分要求；3-1煤層原煤以13 mm 分級，末煤入選具有靈活性，可以全部入選，也可以部分入選，還可以脫粉入選；2-2煤層原煤也以13 mm分級，末煤脫粉后全部入選[8]，保證最不利情況下煤泥水處理系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。

3.1 原煤處理系統(tǒng)工藝設(shè)計

為節(jié)省投資成本，改造過程中盡量利用原有設(shè)備。對3-1煤層原煤進(jìn)行篩分時，完全可以利用原篩分破碎系統(tǒng)，將篩孔尺寸由25 mm調(diào)整為13 mm即可，此時完全能夠滿足每年入選6.0 Mt該煤層原煤的要求；新建2-2煤層原煤的篩分系統(tǒng)，其設(shè)計能力也按照6.0 Mt/a考慮，在2-2煤層原煤不足時可以對3-1煤層原煤進(jìn)行篩分。改造后的原煤處理系統(tǒng)原則流程如圖1所示。

圖1 原煤處理系統(tǒng)原則流程

3.2 設(shè)計特點

根據(jù)石圪臺選煤廠的實際生產(chǎn)情況，分析了原煤煤質(zhì)變化對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響情況，在研究與計算的基礎(chǔ)上提出了合理、可行的洗選加工方案，即分煤層洗選加工方案。該方案的主要設(shè)計特點如下：

(1)針對性強(qiáng)。設(shè)計充分考慮了生產(chǎn)中存在的實際問題，論證了分煤層洗選加工的必要性，科學(xué)合理地進(jìn)行了設(shè)計研究。

(2)產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。2-2煤層原煤經(jīng)過脫粉處理后，可以實現(xiàn)脫粉入選或全部入選，3-1煤層原煤可以實現(xiàn)全部入選，綜合原煤入選率高達(dá)92%，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。

(3)系統(tǒng)可靠性高，靈活性強(qiáng)。在對2-2煤層原煤脫粉后，煤泥水處理系統(tǒng)負(fù)擔(dān)降低，系統(tǒng)可靠性提高[9-10]；2-2煤層和3-1煤層原煤洗選方式靈活，兩套篩分系統(tǒng)可以互通，能夠靈活切換。

(4)系統(tǒng)可操作性高，經(jīng)濟(jì)效益明顯。2-2煤層原煤與3-1煤層原煤采用分煤層洗選加工方案后，原煤入選率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，系統(tǒng)可操作性高，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3.3 主要設(shè)備選型

通過工藝計算并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，3-1煤層原煤的篩分利用原篩分系統(tǒng)(后期也可對篩機(jī)進(jìn)行更換)，新建2-2煤層原煤篩分系統(tǒng)主要包括兩臺毛煤分級篩和兩臺原煤脫粉篩。改造過程中的主要設(shè)備選型情況如表3所示。

表3 主要設(shè)備選型表

3.4 設(shè)備布置

按照工業(yè)場地總平面布置要求對有關(guān)設(shè)備進(jìn)行布置，在主井巷道上下層分別布置兩臺帶式輸送機(jī)，兩種煤炭經(jīng)分別開采后，通過帶式輸送機(jī)分別輸送至各自的原煤倉內(nèi)。在原煤倉倉下新增一套至篩分車間的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)，用于運(yùn)送2-2煤層原煤；原來布置的原煤至篩分車間的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)，用于運(yùn)送3-1煤層原煤，從而實現(xiàn)兩種原煤的單獨篩分與洗選加工，且可通過倉上原煤的靈活入倉實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的互通。

在原篩分系統(tǒng)旁擴(kuò)建2-2煤層原煤篩分系統(tǒng)，并與原篩分系統(tǒng)對稱布置兩套脫粉篩分系統(tǒng)。原篩分系統(tǒng)用于3-1煤層原煤的篩分，其經(jīng)13 mm分級后，>13 mm粒級塊煤進(jìn)入塊煤分選系統(tǒng)，<13 mm粒級末煤可以全部入選，可以部分入選，也可以不入選。新增篩分系統(tǒng)用于2-2煤層原煤的分級，其經(jīng)13、6 mm分級后，>13 mm粒級塊煤進(jìn)入塊煤分選系統(tǒng)，13～6 mm粒級末煤進(jìn)入末煤分選系統(tǒng)或直接摻入混煤產(chǎn)品，<6 mm粒級末煤直接摻入混煤產(chǎn)品或進(jìn)入末煤洗選系統(tǒng)。

在原壓濾車間旁新建壓濾車間，布置四臺壓濾機(jī)，并預(yù)留兩臺壓濾機(jī)的位置，壓濾煤泥通過帶式輸送機(jī)進(jìn)入煤泥干燥車間。

4 結(jié)語

石圪臺選煤廠是一座特大型選煤廠，隨著井下煤炭開采條件的變化和客戶對商品煤質(zhì)量要求的提高，原生產(chǎn)方式已不能滿足市場要求。根據(jù)入選原煤煤質(zhì)特征，將3-1煤層原煤與2-2煤層原煤分別開采、運(yùn)儲、篩分、洗選，不但可以保證原煤洗選加工的靈活性，而且能夠充分發(fā)揮原系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。在對該選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)改造后，原煤入選率高達(dá)92%，商品煤質(zhì)量明顯提高且穩(wěn)定，可為企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。

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Design of the scheme for washing the raw coal from different seams at Shigetai coal preparation plant

LIU Han-gang, XIANG Bo-tao

(CCTEG Beijing Huayu Engineering Co., Ltd., Xian Branch, Xian, Shaanxi 710075, China)

The problems faced by Shigatai Plant are the low proportion of the coarse coal treated and insufficiency of the capacity of the washing system as a whole. Following an analysis of the current operational status of the plant, the paper goes to dwell on the necessity of washing of the raw coal from different seams. Based on the comparison of the economic benefits obtained using different washing processes, a rational and feasible processing scheme is finally selected. The application of the selected coal cleaning system makes it possible for the raw coal to be treated in a flexible manner, and make the most of the existing treating system. This provides a reference for other domestic plants treating similar raw coal to make practically feasible design and renovation of washing systems.

1001-3571(2016)01-0091-04

A

Keywordssize composition; degree of size degradation in water; coals from different seams; cleaning system

2016-01-14

10.16447/j.cnki.cpt.2016.01.024

劉漢剛( 1984—) ，男，陜西省榆林市人，工程師，從事選煤工程設(shè)計方面的工作。

E-mail: liuhg0129@163.com Tel: 15937553650