辛戰(zhàn)文

(中煤科工集團(tuán) 沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015)

1 引 言

同忻井田位于大同煤田東北部，距大同市約20 km。同忻煤礦為年產(chǎn)原煤10.0 Mt的礦井，擁有洗選能力為10.0 Mt/a的動(dòng)力煤選煤廠(以下簡(jiǎn)稱同忻選煤一廠)，于2009年投產(chǎn)使用。隨著礦井開采能力不斷加大，礦井?dāng)U能改造后將達(dá)到16.0 Mt/a。同忻煤礦采用綜采放頂煤開采工藝，正常放頂情況下井下原煤量可達(dá)4 000～5 000 t/h，而現(xiàn)有選煤廠的設(shè)計(jì)能力為1 894 t/h。同忻選煤廠一廠設(shè)置了3個(gè)3.5萬t的原煤緩沖倉，如果礦井能力提升到16.0 Mt/a，原煤倉的緩沖時(shí)間最多只能保證2 d。隨著開采深度的增加，同忻礦區(qū)井下煤質(zhì)條件更加復(fù)雜，部分區(qū)域存在火山巖侵入?；鹕綆r侵入部分原煤細(xì)粒級(jí)含量增加、灰分增加，給選煤廠的生產(chǎn)帶來不利影響。因此，隨著礦井生產(chǎn)能力提升，生產(chǎn)波動(dòng)幅度增大，煤質(zhì)條件變化，同忻選煤一廠已無法滿足生產(chǎn)要求，必須建設(shè)選煤二廠以保證礦井的正常生產(chǎn)。同忻礦井開采石炭二疊系煤層，3～5號(hào)和8號(hào)煤層為主要可采煤層。3～5號(hào)煤層在本區(qū)南部、西部及東部局部地帶以氣煤分布，其余為1/3焦煤；8號(hào)煤層在北部、東南部及東北部局部地帶以1/3焦煤分布，其余為氣煤。各可采煤層煤質(zhì)特征為：中灰分至中高灰分(25.83%～29.63%)、高揮發(fā)分(37%左右)、低硫(0.56%～0.95%)、特低～低磷(0.002%～0.012%)、中等發(fā)熱量(Qgr，v，d為13.97～33.11 MJ/kg)、富油(各煤層焦油產(chǎn)率一般大于7%)、中等粘結(jié)～強(qiáng)粘結(jié)性、弱～中等結(jié)焦性。經(jīng)洗選加工后，這些煤可作為良好的煉焦配煤和動(dòng)力發(fā)電用煤。

2 原煤性質(zhì)及用途

2.1 原煤粒度組成

采用同忻煤礦2010月11月12日的生產(chǎn)煤樣，并考慮實(shí)際生產(chǎn)煤質(zhì)波動(dòng)，將毛煤灰分確定為35%。并以此為依據(jù)對(duì)同忻礦井煤質(zhì)資料進(jìn)行校正，具體見表1，表2。

由表1可知，校正后原煤灰分為35.00%，屬中高灰原煤。大于50 mm可見矸石含量為14.01%，占大于50 mm本級(jí)的66.61%，屬高含矸煤；可見矸石的灰分為69.94%，矸石不純。大于50 mm原煤含量為21.19%，灰分為47.57%，比原煤灰分高，說明大塊矸石含量大，所以在大塊原煤處理環(huán)節(jié)應(yīng)設(shè)置手選。小于50 mm原煤含量為78.81%，灰分為31.62%，比原煤灰分略低。隨粒度降低，灰分也隨之減少，說明矸石和煤存在一定的硬度差別。各粒級(jí)全硫大都在0.5%以下，平均全硫?yàn)?.47%，考慮洗選還可以去除部分無機(jī)硫，精煤全硫可以控制在0.5%以下，滿足精煤產(chǎn)品對(duì)硫分的要求。

表1 原煤自然級(jí)篩分組成(校正后)

表2 原煤小篩分試驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出：小于0.5 mm原生煤泥含量為8.29%，含量較高，灰分為24.04%，比原煤灰分低，矸石無明顯泥化現(xiàn)象，符合大同礦區(qū)煤質(zhì)實(shí)際情況。小于0.045 mm粒度灰分為26.56%，比小于0.5 mm原生煤泥灰分略高，含量占本級(jí)為22.47%；小于0.25 mm粒級(jí)含量占本級(jí)為68.15%，含量較高。小于0.5 mm粒級(jí)隨粒度減小灰分無明顯增加。細(xì)泥含量少，煤泥不易泥化，對(duì)后續(xù)煤泥水處理比較有利。

2.2 原煤可選性

根據(jù)浮沉資料繪制可選性曲線(圖1、圖2)。從圖1和圖2可以看出，大粒度浮沉組成中高密度含量多，隨粒度減小，該密度級(jí)的含量也隨之減少，與篩分組成分析的結(jié)果吻合。中間物含量多，各粒級(jí)中間物含量在19.47%～27.21%。對(duì)50～1.0 mm粒級(jí)，當(dāng)理論分選密度為1.50 kg/L時(shí)，理論精煤灰分為9.13%，理論精煤回收率為35.73%，δ±0.1含量為23.11%，可選性為較難選。對(duì)于1.0～0.25 mm粒級(jí)，當(dāng)理論分選密度為1.60 kg/L時(shí)，理論精煤灰分為10.36%，理論精煤回收率為52.47%，δ±0.1含量為22.63%，可選性為較難選。

圖1 原煤50～1.0 mm可選性曲線

圖2 原煤1.0～0.25 mm可選性曲線

3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

選煤廠擴(kuò)能后(增加6.0 Mt/a原煤)生產(chǎn)的產(chǎn)品煤，當(dāng)精煤灰分Ad不大于11.00%時(shí)，可作煉焦配煤；當(dāng)精煤灰分Ad為20.89%、發(fā)熱量Qnet，ar為22.99 MJ/kg時(shí)，是優(yōu)質(zhì)的動(dòng)力用煤。產(chǎn)品的市場(chǎng)定位為煉焦配煤和動(dòng)力煤兩種。

4 選煤工藝的確定

同忻選煤一廠現(xiàn)有生產(chǎn)工藝為：150～50 mm 塊煤采用重介質(zhì)淺槽分選；50～1.5 mm采用有壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選；1.5～0.15 mm粗煤泥采用螺旋分選機(jī)分選；0.15～0 mm細(xì)煤泥采用加壓過濾機(jī)回收。由于上述工藝無法生產(chǎn)煉焦配煤，同時(shí)同忻選煤一廠生產(chǎn)能力無法滿足礦井要求，因此需在原有廠區(qū)設(shè)施基礎(chǔ)上新建同忻選煤二廠，以滿足生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量雙重要求。該礦原煤可選性為較難選，從自動(dòng)化程度高、分選精度易于控制及同忻一廠生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)的角度考慮，適合采用重介質(zhì)分選。

4.1 塊煤采用重介質(zhì)淺槽分選存在的問題

重介質(zhì)淺槽分選機(jī)是塊煤排矸的最有效設(shè)備之一，其有效分選粒度為200～13 mm，有效分選密度一般在1.4～1.8 kg/L，在同忻選煤一廠進(jìn)行動(dòng)力煤分選時(shí)取得良好使用效果。但如果采用重介質(zhì)淺槽分選機(jī)分選煉焦煤，那么只能選擇一個(gè)分選密度。當(dāng)排純矸時(shí)，分選密度1.8 kg/L，精煤灰分18.5%，達(dá)不到低灰煉焦精煤的要求；為使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到煉焦精煤要求時(shí)，將分選密度設(shè)為1.42 kg/L，則精煤灰分11.0%，但每年卻有約82萬t灰分為42%的中煤要隨矸石一起排掉，造成資源浪費(fèi)。可見重介質(zhì)淺槽分選機(jī)不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)既排純矸，又生產(chǎn)煉焦精煤的目的。

4.2 重介質(zhì)旋流器分選工藝的選擇

4.2.1 重介質(zhì)旋流器選前脫泥工藝的選擇

本設(shè)計(jì)采用脫泥重介質(zhì)分選，且重介質(zhì)旋流器的入洗上限為50 mm，下限為1 mm。原因如下：原煤破碎至50 mm以下再進(jìn)入主廠房入洗，可以加大原煤和矸石的解離，提高精煤回收率；選前脫泥可以提高重介質(zhì)系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)介耗，提高脫介效果。

4.2.2 兩產(chǎn)品或三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的選擇

本設(shè)計(jì)采用兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器主再洗工藝。原因如下：兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的分選精度高，可任意設(shè)置主再洗的分選密度，介質(zhì)循環(huán)量少，入料壓力小。同樣直徑的兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸能力大于三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，更適合同忻原煤中矸石量大的煤質(zhì)特點(diǎn)。根據(jù)同忻礦井1/3焦煤的煤質(zhì)特點(diǎn)，如果采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，其精煤、中煤、矸石三種產(chǎn)品的比例需要達(dá)到34.96%、27.94%、37.10%，進(jìn)入二段分選的物料占65.04%；因此，如果生產(chǎn)煉焦煤產(chǎn)品，在矸石含量比較大時(shí)，需要先排出矸石，而三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器不能實(shí)現(xiàn)此功能。而目前的同忻選煤一廠采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器生產(chǎn)動(dòng)力煤時(shí)，精煤、中煤、矸石三種產(chǎn)品的比例約為71.05%、3.15%、26.80%，通過中流管進(jìn)入二段分選的物料只占29.95%，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力煤有效分選，但不能用于煉焦煤分選。

由于結(jié)構(gòu)方面的原因，三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的一段圓筒旋流器底流產(chǎn)物(中煤+矸石)的排放量受限，通常情況下，一段的溢流產(chǎn)物要比底流產(chǎn)物產(chǎn)率高，否則三產(chǎn)品旋流器的處理能力將大大減少。而同忻選煤二廠生產(chǎn)低灰煉焦配煤時(shí)，精煤回收率較低，若采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，則所需的臺(tái)數(shù)較多或需選用更大直徑的旋流器，經(jīng)濟(jì)不合理。而兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器對(duì)原煤波動(dòng)的適應(yīng)強(qiáng)，中煤和矸石含量的變化不會(huì)影響重介質(zhì)旋流器的處理量。

4.2.3 采用有壓或無壓入料的選擇

本次設(shè)計(jì)采用有壓入料。原因如下：有壓入料時(shí)，介質(zhì)循環(huán)量少；無壓入料的分選效果不如有壓入料；由于采用脫泥兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，采用有壓入料，不但能保證分選效果，也方便廠房布置。

4.3 粗煤泥分選設(shè)備的選擇

由于需要低密度分選精煤，采用TBS比較合適。該設(shè)備適合低密度分選，分選精度較高。但在其分選過程中受粒度大小的影響較大，在寬粒度范圍分選時(shí)，分選效果不如螺旋分選機(jī)。為了獲得更好的分選效果，本次設(shè)計(jì)時(shí)將脫泥篩的開孔由1.5 mm改為1 mm，分選下限為0.25 mm，這樣可使進(jìn)入干擾沉降床的粗煤泥粒級(jí)范圍變窄。

4.4 細(xì)煤泥脫水回收

本設(shè)計(jì)細(xì)煤泥不采用浮選工藝，0.25～0 mm的煤泥直接脫水作為動(dòng)力煤產(chǎn)品。原因如下：由于采用煤泥沉降干擾床分選1～0.25 mm的粗煤泥，只需要處理小于0.25 mm的細(xì)煤泥即可；而從煤泥的小篩分和可浮性資料可知，小于0.25 mm粒級(jí)的灰分較高，浮選精煤的回收率低，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上并不合理。

細(xì)煤泥脫水采用加壓過濾機(jī)與快開壓濾機(jī)聯(lián)合工藝，原因在于：加壓過濾機(jī)單機(jī)處理量大，產(chǎn)品水分低，且排料呈散狀，產(chǎn)品質(zhì)量均勻；但是加壓過濾機(jī)對(duì)于極細(xì)粒物料的回收效率不高，不能全部回收，如果煤質(zhì)差，容易造成細(xì)泥積聚；而快開壓濾機(jī)對(duì)于極細(xì)?？梢匀炕厥?，但其產(chǎn)品水分較加壓過濾機(jī)稍高，且排料呈餅狀。

采用加壓過濾機(jī)與快開壓濾機(jī)聯(lián)合回收煤泥，可以在有效防范煤質(zhì)變化的前提下，保證產(chǎn)品水分和質(zhì)量，保證煤泥水系統(tǒng)安全可靠，適應(yīng)煤質(zhì)波動(dòng)的情況。

4.5 工藝流程的制定

綜上所述，同忻選煤二廠最終確定的工藝流程為：50～1.0 mm 采用兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器主再洗；1.0～0.25 mm粗煤泥采用TBS分選；0.25～0 mm 細(xì)煤泥采用加壓過濾機(jī)與板框壓濾機(jī)聯(lián)合回收。

5 結(jié) 語

同忻選煤二廠通過對(duì)原煤資料的分析，制定了合理的洗選工藝，選用了先進(jìn)可靠的工藝設(shè)備和合理的工藝布置。選煤廠正式投產(chǎn)運(yùn)行以來，根據(jù)不同的原煤煤質(zhì)情況進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)節(jié)，各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)及質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，滿足了客戶對(duì)產(chǎn)品的要求，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。