段福山，孫友彬

(霍州煤電集團(tuán)公司 煤質(zhì)加工部，山西 霍州 031400)

1 概述

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)干河煤礦礦井設(shè)計(jì)能力為2.10 Mt/a，于2004年6月開(kāi)工建設(shè)，2010年3月通過(guò)驗(yàn)收并順利投產(chǎn)。 后經(jīng)擴(kuò)能改造，目前生產(chǎn)能力達(dá)到3.3 Mt/a，生產(chǎn)煤種為1/3焦煤和肥煤。礦井原來(lái)配套建有原煤動(dòng)篩排矸系統(tǒng)(圖1),排矸工藝為：原煤經(jīng)50 mm分級(jí)后，>50 mm粒級(jí)原煤再經(jīng)200 mm篩分，篩上物破碎后與篩下50～200 mm粒級(jí)原煤混合，脫泥后給入動(dòng)篩跳汰機(jī)，分選出塊煤和矸石；煤泥不分選，由快開(kāi)壓濾機(jī)脫水后，與塊煤一起摻入<50 mm粒級(jí)混煤，采用汽車(chē)運(yùn)到周邊選煤廠入選[1]。在生產(chǎn)過(guò)程中,由于液壓動(dòng)篩跳汰機(jī)存在設(shè)備故障率高、分選效果差(矸石帶煤嚴(yán)重，一般在5%左右)等問(wèn)題，因而未能正常運(yùn)行，處于停運(yùn)狀態(tài)。

近年來(lái)，干河煤礦采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造趨于復(fù)雜，導(dǎo)致煤質(zhì)波動(dòng)較大。2016年煤質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該礦原煤灰分在38.10%～52.71%之間，>50 mm粒級(jí)塊原煤含量為在15.70%～27.68%之間，波動(dòng)輻度均較大。動(dòng)篩系統(tǒng)停產(chǎn)后，礦井缺乏質(zhì)量控制設(shè)施，不僅無(wú)法保證原煤質(zhì)量合格穩(wěn)定，而且造成了運(yùn)費(fèi)等成本的增加。2017年初，干河煤礦開(kāi)始立項(xiàng)，擬對(duì)原動(dòng)篩排矸工藝系統(tǒng)進(jìn)行改造。經(jīng)過(guò)充分調(diào)研與論證，比選目前普遍采用的重介排矸工藝[2-4]與近年來(lái)興起的智能選矸工藝[5-8]，擬采用TDS智能干選機(jī)對(duì)原排矸工藝系統(tǒng)進(jìn)行改造。

圖1 干河煤礦動(dòng)篩排矸系統(tǒng)原則流程

2 TDS智能干選機(jī)

2.1 結(jié)構(gòu)

TDS智能干選機(jī)(圖2)主要由給料裝置、布料裝置、識(shí)別裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，同時(shí)還有供風(fēng)、除塵、電控三個(gè)輔助系統(tǒng)。其中：給料裝置位于布料系統(tǒng)的入料端，負(fù)責(zé)將原料均勻給到布料裝置上；識(shí)別裝置包括位于布料裝置上方的X射線源和位于布料裝置下方的X射線探測(cè)器，可通過(guò)精煤和矸石的物理性質(zhì)來(lái)識(shí)別煤和矸石，同時(shí)將精煤和矸石在布料裝置上的位置信息傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)為出口朝著煤和矸石運(yùn)動(dòng)軌跡的空氣噴嘴，呈陣列式布置，根據(jù)精煤或矸石的位置信息，智能地開(kāi)啟相應(yīng)位置的空氣噴嘴，將精煤或矸石吹出。

2.2 工作原理

TDS智能干選機(jī)利用X射線，采用智能識(shí)別方法，可針對(duì)不同的煤質(zhì)特征，建立與之相適應(yīng)的分析模型，再通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，對(duì)煤和矸石進(jìn)行數(shù)字化識(shí)別，最終通過(guò)智能排矸系統(tǒng)將矸石排出。

工作時(shí)，原料經(jīng)給料裝置1給到布料裝置2上，在布料裝置上完成布料，實(shí)現(xiàn)物塊單層排布，且各物塊與四周相鄰物塊之間均有一定的間距，為檢測(cè)執(zhí)行創(chuàng)造條件；由識(shí)別裝置3、X射線線陣探測(cè)器4判斷物塊是精煤還是矸石，并將其位置信息傳輸給電控系統(tǒng)10；電控系統(tǒng)10根據(jù)被執(zhí)行對(duì)象的位置，開(kāi)啟智能陣列式空氣噴嘴5中相應(yīng)位置的一個(gè)或多個(gè)空氣噴嘴，將煤或矸石吹出；被噴吹出來(lái)的矸石由矸石收集溜槽8收集，精煤則保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡，由精煤收集溜槽7收集，從而完成礦物的干法分選過(guò)程。除塵系統(tǒng)11將因空氣噴吹產(chǎn)生的灰塵除去，保持環(huán)境干凈；供風(fēng)系統(tǒng)6為智能陣列式空氣噴嘴5提供風(fēng)源。

1—給料裝置；2—布料裝置；3—識(shí)別裝置；4—X射線線陣探測(cè)器；5—智能陣列式空氣噴嘴；6—供風(fēng)系統(tǒng)；7—精煤收集溜槽；8—矸石收集溜槽；9—防護(hù)罩；10—電控系統(tǒng)；11—除塵系統(tǒng)

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

(1)投資省，運(yùn)行成本低。TDS智能干選機(jī)不需借助水和其他介質(zhì)對(duì)煤炭進(jìn)行分選，沒(méi)有產(chǎn)品脫水、脫介、水處理及介質(zhì)回收系統(tǒng)，從而大大簡(jiǎn)化了工藝流程，具有運(yùn)行成本低，建設(shè)周期短，設(shè)備數(shù)量少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

(2)分選精度高。目前TDS智能干選機(jī)已實(shí)現(xiàn)矸石帶煤率1%～3%、煤中帶矸率3%～5%的工藝指標(biāo)，分選精度接近淺槽重介分選機(jī)，高于動(dòng)篩跳汰機(jī)、跳汰機(jī)及其他干選設(shè)備。

(3)處理粒度范圍寬。TDS智能干選機(jī)可處理300～50 mm和100～25 mm粒級(jí)原煤，分選上限為300 mm，下限為25 mm。入料中煤少矸石多執(zhí)行“打煤”工藝時(shí)，最大入料粒度可達(dá)1 000 mm。

(4)處理能力大。目前最大型號(hào)的TDS40智能干選機(jī)處理能力可達(dá)380 t/h。

(5)智能化程度高，系統(tǒng)可智能學(xué)習(xí)，故障可自檢。

(6)部件防爆設(shè)計(jì)，安全性高。所有部件均采用防爆標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，目前已取得煤礦安全認(rèn)證。

(7)除塵設(shè)計(jì)完善。采用濾筒式除塵器，與智能干選機(jī)一體式集成布置，過(guò)濾風(fēng)速不超過(guò)1.2 m/min。濾料采用防靜電產(chǎn)品，過(guò)濾精度高，過(guò)濾0.5 μm粉塵時(shí)，除塵效率不低于99.9%。

(8)輻射量小，防護(hù)可靠。TDS智能干選機(jī)采用與安檢機(jī)同規(guī)格的射源，不工作時(shí)斷電，斷電后不產(chǎn)生射線。該機(jī)采用鉛板全密封來(lái)屏蔽輻射，正常生產(chǎn)時(shí)外殼四周輻射強(qiáng)度低于2.5 μSv/h，距設(shè)備1 m處的平均值約1 μSv/h，巡視工人一年的輻射劑量約為0.55 mSv，小于GB 18871—2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》中1 mSv的公眾照射劑量限值[9]，非常安全。

3 應(yīng)用實(shí)踐

干河煤礦根據(jù)生產(chǎn)需要，選擇了TDS20-305型智能干選機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：

布料器寬度/mm

2 000

入料粒級(jí)/mm

300～50

處理能力/(t·h-1)

180

電壓/V

380

總功率/kW

57

耗氣量/(Nm3·min-1)

36

閥箱入風(fēng)口風(fēng)壓/MPa

0.6～0.8

整機(jī)質(zhì)量/t

38

3.1 選矸工藝

改造后的選矸原則流程(圖3)為： 礦井原煤經(jīng)50 mm分級(jí)后，篩上300～50 mm粒級(jí)塊原煤進(jìn)入TDS智能干選機(jī)分選，選出的矸石外運(yùn)排棄，精煤則與篩下<50 mm粒級(jí)原煤混合，由汽車(chē)運(yùn)至選煤廠洗選。

圖3 智能選矸原則流程

3.2 效果分析

干河煤礦TDS20-305智能干選機(jī)于2018年1月5日投入試生產(chǎn)，平均處理能力為155.71 t/h，最大可達(dá)到170 t/h以上，接近設(shè)計(jì)值。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(表2)顯示，該機(jī)矸石帶煤率平均為1.30%，煤中帶矸率平均為5.32%。

表1 TDS 20-305型智能干選機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.3 單機(jī)檢查試驗(yàn)結(jié)果

由于目前尚無(wú)TDS智能干選機(jī)分選效果評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，因此參照GB/T 15715—2014《煤用重選設(shè)備工藝性能評(píng)定方法》[10]中的評(píng)定指標(biāo)對(duì)其分選效果進(jìn)行評(píng)定。

單機(jī)檢查試驗(yàn)在給料速度為160.61 t/h(接近TDS智能干選機(jī)設(shè)計(jì)值)條件下進(jìn)行。干河煤礦原煤可選性曲線如圖4所示，原煤、精煤、矸石浮沉組成與分配率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，分配曲線如圖5所示。錯(cuò)配物數(shù)量計(jì)算表見(jiàn)表3，高密度分割錯(cuò)配物曲線如圖6所示。由圖6可知，在分選密度為1.80 g/cm3的條件下，總錯(cuò)配物含量為4.73%。

由圖4可知，當(dāng)精煤灰分為19.15%時(shí)，精煤理論產(chǎn)率為24.18%；由表2可知，TDS智能干選機(jī)實(shí)際精煤產(chǎn)率為22.84%。因此可計(jì)算出干選機(jī)數(shù)量效率η=22.84/24.18×100%=94.45%。根據(jù)圖5可知，當(dāng)分選密度為1.80 g/cm3時(shí)，Ep=(δ75-δ25)/2 =(1.856-1.760)/2=0.048。

圖4 原煤可選性曲線圖

表2 格式法計(jì)算得到的兩產(chǎn)品分配率結(jié)果表Table 2 Result of partition coefficients of 2 products calculated using format method %

圖5 分配曲線圖

表3 錯(cuò)配物數(shù)量計(jì)算Table 3 Calculated proportions of misplaced materials %

圖6 高密度分割錯(cuò)配物曲線

3.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

干河煤礦TDS 20-305智能干選機(jī)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn)，該機(jī)電耗、噸煤投資等指標(biāo)均處于先進(jìn)水平，矸石帶煤率、煤中帶矸率以及表中未列出的數(shù)量效率、可能偏差等指標(biāo)雖不及淺槽重介分選機(jī)，但優(yōu)于動(dòng)篩跳汰機(jī)，經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果良好。

表4 TDS 20-305智能干選機(jī)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

生產(chǎn)實(shí)踐表明，對(duì)于干河煤礦300～50 mm粒級(jí)原煤，TDS智能干選機(jī)分選數(shù)量效率可達(dá)到94.45%，EP值為0.048；在分選密度為1.80 g/cm3的條件下，總錯(cuò)配物含量為4.73%，矸石帶煤率為1.34%，煤中帶矸率為5.32%，使用效果良好。同時(shí)，TDS智能干選機(jī)的投用還節(jié)約了投資和生產(chǎn)成本，降低了矸石的無(wú)效運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益良好。

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