薄春麗，王大衛(wèi)

(1.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西 大同 037003；2.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司大地選煤公司，山西 大同 037003)

同忻煤礦選煤廠二期位于同忻礦井工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)東北側(cè)，入洗原煤全部來(lái)自同忻礦井，屬于大型礦井型選煤廠[1]。選煤廠一期年入選原煤10.0 Mt[2]，二期年入選原煤6.0 Mt，年工作天數(shù)為330 d，每天工作時(shí)間為16 h，服務(wù)年限與礦井相同，為62.8 a。選煤廠采用全重介分級(jí)入洗工藝，50.0～1.0 mm末煤采用兩段兩產(chǎn)品重介旋流器分選，1.00～0.25 mm粗煤泥采用TSS煤泥分選機(jī)分選，0.25～0 mm細(xì)煤泥采用加壓過(guò)濾機(jī)+板框壓濾機(jī)聯(lián)合脫水回收[3]，50 mm以上大塊原煤在篩分破碎車(chē)間經(jīng)分級(jí)、手選、破碎后，與50 mm以下原煤一起進(jìn)入旋流器系統(tǒng)分選[4]。改造前篩分破碎車(chē)間工藝流程如圖1所示。

圖1 改造前篩分破碎車(chē)間原則工藝流程圖Fig.1 Principle flow chart of screening and crushingworkshop before transformation

近年來(lái)，同忻煤礦出井原煤質(zhì)量變差，大塊原煤急劇增多，嚴(yán)重時(shí)50 mm以上物料占比達(dá)40%，最大粒度為400 mm，同時(shí)大塊原煤中矸石含量也有所增加，導(dǎo)致選煤廠出現(xiàn)了一系列制約生產(chǎn)的問(wèn)題，包括原煤破碎機(jī)破碎能力不足、手選皮帶溢煤停機(jī)、崗位工人數(shù)量不足、勞動(dòng)強(qiáng)度較大、洗選設(shè)備磨損嚴(yán)重等，亟需通過(guò)技術(shù)改造來(lái)優(yōu)化洗選工藝，提高設(shè)備開(kāi)機(jī)率，保證正常生產(chǎn)。

1 煤質(zhì)分析

1.1 原煤篩分浮沉資料分析

采用同忻煤礦近期生產(chǎn)的煤樣進(jìn)行篩分、浮沉試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1和表2；+50 mm原煤可選性分析見(jiàn)表3。

表1 原煤篩分組成表Table 1 Raw coal screening composition table

由表1可知，原煤灰分為35.00%，屬中高灰原煤；+50 mm粒級(jí)含量為21.19%，含量較高，灰分為47.57%，遠(yuǎn)高于原煤灰分，可見(jiàn)矸石含量為14.00%，占+50 mm本級(jí)的66.61%，屬高含矸煤。

由表2可知，<1.50 g/cm3密度物占本級(jí)產(chǎn)率為25.58%，灰分為11.50%，低密度物含量較高，灰分低；>2.0 g/cm3密度物占本級(jí)產(chǎn)率為42.91%，灰分為76.31%，矸石含量高，且較純；浮沉煤泥產(chǎn)率為0.53%，灰分32.38%，與原生煤泥灰分差別不大，矸石泥化現(xiàn)象不嚴(yán)重[5]。

表2 原煤浮沉試驗(yàn)表Table 2 Raw coal floating and sinking test table

1.2 +50 mm原煤可選性分析

原煤可選性曲線包括灰分特性曲線(λ曲線)、浮物曲線(β曲線)、沉物曲線(θ曲線)、密度曲線(δ曲線)和密度±0.1曲線(ε曲線)等5條曲線。由表3和圖2可知，+50 mm粒級(jí)含矸量(+2.0 kg/L)高達(dá)42.91%，且灰分較高，大量矸石影響產(chǎn)品的發(fā)熱量，必須經(jīng)過(guò)洗選降灰；當(dāng)理論分選密度為1.8 kg/L時(shí)，精煤灰分為18.10%，理論精煤回收率為39.50%，±0.1含量為11.49%，可選性為中等可選。

表3 +50 mm原煤可選性計(jì)算表Table 3 +50 mm raw coal optionality calculation table

圖2 +50 mm原煤可選性曲線Fig.2 +50 mm raw coal selectivity curve

2 技術(shù)改造

2.1 改造方案

為解決大塊原煤車(chē)間原煤破碎機(jī)、手選皮帶等設(shè)備事故頻發(fā)的制約生產(chǎn)問(wèn)題，在主廠房介質(zhì)庫(kù)旁邊新建淺槽車(chē)間，對(duì)50 mm以上的大塊原煤預(yù)先排矸[6]，排矸后的精煤破碎后直接作為產(chǎn)品，50 mm以下的末原煤仍進(jìn)入主廠房洗選。原煤在50 mm篩分破碎車(chē)間經(jīng)50 mm分級(jí)，篩上物料(200～50 mm塊煤)落入新增塊煤轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)，經(jīng)轉(zhuǎn)載進(jìn)入重介淺槽分選機(jī)分選[7-8]，分選出精煤和矸石兩種產(chǎn)品，淺槽精煤經(jīng)破碎機(jī)破碎后落入精煤出廠皮帶，淺槽矸石經(jīng)新增轉(zhuǎn)載皮帶轉(zhuǎn)載至現(xiàn)有矸石出廠皮帶。大塊原煤篩分破碎車(chē)間原煤破碎機(jī)拆除，其中一臺(tái)移位至新建淺槽車(chē)間，精煤出廠皮帶后延至破碎機(jī)處。新建淺槽車(chē)間一層布置3個(gè)桶和3臺(tái)泵，脫介篩下合介自流回淺槽合介桶，稀介匯至稀介桶，經(jīng)泵打入磁選機(jī)，磁選精礦回到合介桶，尾礦進(jìn)入磁選尾礦桶，經(jīng)泵轉(zhuǎn)排后進(jìn)入主廠房原煤脫泥篩。

2.2 選煤工藝

原煤經(jīng)50 mm原煤分級(jí)篩分后，200～50 mm大塊原煤進(jìn)入重介淺槽分選機(jī)分選，50.0～1.0 mm末煤采用兩段重介兩產(chǎn)品旋流器主再選，1.00～0.25 mm粗煤泥采用TSS煤泥分選機(jī)分選，0.25～0 mm細(xì)煤泥采用加壓過(guò)濾機(jī)和板框壓濾機(jī)聯(lián)合脫水回收[9-12]。技術(shù)改造后同忻選煤廠二期大塊車(chē)間工藝流程如圖3所示。

圖3 技術(shù)改造后大塊車(chē)間工藝流程圖Fig.3 Process flow chart of large workshop aftercompletion of transformation

2.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

+50 mm大塊原煤經(jīng)重介淺槽分選機(jī)預(yù)排矸后，精煤發(fā)熱量可達(dá)到5 500 Kcal/kg以上，摻入精煤，產(chǎn)品發(fā)熱量滿足用戶需求。塊煤經(jīng)重介淺槽分選后的產(chǎn)品預(yù)測(cè)見(jiàn)表4，改造前同忻選煤廠二期產(chǎn)品平衡表見(jiàn)表5。

表4 塊煤產(chǎn)品預(yù)測(cè)表Table 4 Block coal product forecast table

表5 技術(shù)改造前二期產(chǎn)品平衡表Table 5 The balance sheet of phase II before transformation

淺槽產(chǎn)品與主廠房產(chǎn)品混合后，最終產(chǎn)品平衡表見(jiàn)表6。由表6可知，最終洗精煤發(fā)熱量可達(dá)5 206.49 Kcal/kg，水分8.51%，灰分20.45%，產(chǎn)品質(zhì)量滿足用戶要求。

表6 技術(shù)改造完成后最終產(chǎn)品平衡表Table 6 Table of final product balance after completion of the transformation

3 應(yīng)用效果

3.1 選煤廠生產(chǎn)能力提升

增加淺槽系統(tǒng)后，進(jìn)入重介旋流器系統(tǒng)的物料比例大幅度降低，同忻選煤廠二期生產(chǎn)能力進(jìn)一步提高，小時(shí)帶煤量由1 136 t提高至1 326 t，月處理能力平均由0.607 Mt提高至0.702 Mt。技術(shù)改造前后二期月度產(chǎn)量對(duì)比情況見(jiàn)表7。由表7可知，技術(shù)改造后同忻選煤廠二期洗選能力大幅提升，月入洗原煤量提高0.1 Mt左右。

表7 技術(shù)改造前后二期月度產(chǎn)量對(duì)比表Table 7 Comparison of monthly production of phase Ⅱbefore and after technical upgrading

3.2 設(shè)備開(kāi)機(jī)率大幅度提高

技術(shù)改造前，同忻選煤廠二期大塊車(chē)間破碎機(jī)和手選皮帶故障頻發(fā)，尤其是破碎機(jī)破碎大塊原煤，工作負(fù)荷過(guò)大，經(jīng)常出現(xiàn)齒輥松動(dòng)和斷裂的情況；技術(shù)改造后，進(jìn)入破碎機(jī)的物料由原煤變?yōu)榫?，破碎機(jī)的處理量及工作強(qiáng)度均大幅降低，事故率顯著降低。同時(shí)，進(jìn)入旋流器系統(tǒng)的物料量和矸石比例下降，降低了旋流器系統(tǒng)設(shè)備的磨損程度，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用周期，節(jié)省生產(chǎn)成本，選煤廠整體設(shè)備開(kāi)機(jī)率大幅度提高。

由表8和表9可知，技術(shù)改造前大塊處理車(chē)間的整體設(shè)備開(kāi)機(jī)率僅為94.46%，低于公司要求值，而原煤破碎機(jī)的開(kāi)機(jī)率更是不足90%，嚴(yán)重制約生產(chǎn)；技術(shù)改造完成后破碎機(jī)的開(kāi)機(jī)率提高至99.81%，整體設(shè)備開(kāi)機(jī)率提高至98.69%，保證了選煤廠的連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)。

表8 技術(shù)改造前大塊車(chē)間設(shè)備開(kāi)機(jī)率Table 8 Operating rate of large-scale workshop equipmentbefore technical transformation

表9 技術(shù)改造后淺槽車(chē)間設(shè)備開(kāi)機(jī)率Table 9 Equipment operating rate of shallow slot sorterworkshop after technical transformation

3.3 降低煤泥水系統(tǒng)運(yùn)行壓力

增加淺槽系統(tǒng)后，去除了原煤破碎環(huán)節(jié)，選煤廠次生煤泥量減少，細(xì)煤泥含量下降1個(gè)百分點(diǎn)，煤泥水系統(tǒng)工作壓力得到較大緩解[13-15]，正常生產(chǎn)時(shí)濃縮機(jī)耙架運(yùn)行壓力可控制在1.0 MPa以內(nèi)，壓濾車(chē)間設(shè)備工作負(fù)荷大幅度降低，壓濾系統(tǒng)故障影響生產(chǎn)的時(shí)間逐步降低。2018年9月下旬淺槽系統(tǒng)投入使用后，細(xì)煤泥含量情況如圖4所示。

圖4 細(xì)煤泥含量走勢(shì)圖Fig.4 Fine coal slurry content chart

3.4 減員提效，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度

原有大塊車(chē)間設(shè)有兩條大塊原煤手選皮帶，每條手選皮帶需安排16個(gè)崗位工，將大塊矸石撿出，人員需求量大，工作強(qiáng)度高，甚至?xí)l(fā)生溢煤傷人安全事故；技術(shù)改造后不再設(shè)置手選環(huán)節(jié)，可大幅度減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少崗位工人員數(shù)量，選煤廠勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。

3.5 分選效率得到提高

改造完成后，選煤廠采用塊末分級(jí)入洗工藝，塊煤采用重介質(zhì)淺槽分選機(jī)分選，末煤采用兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，充分發(fā)揮兩種分選設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，并提高了單一分選設(shè)備的分選精度，使商品煤回收率最大化，減少資源流失及浪費(fèi)，提高了分選效率，商品煤合格率達(dá)99.5%以上，數(shù)量效率提高5%以上，不低于95%。

3.6 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

技術(shù)改造完成后同忻選煤廠二期事故率顯著降低，產(chǎn)量穩(wěn)步提升，淺槽正式投用后相比技術(shù)改造前每年經(jīng)濟(jì)效益大幅提高。

1) 產(chǎn)能效益增加=①×②-③-④=1 062萬(wàn)元，其中：①年產(chǎn)量環(huán)比增加150萬(wàn)t；②噸煤洗選加工費(fèi)11.19元/t；③各項(xiàng)成本費(fèi)用增加430萬(wàn)元；④稅費(fèi)及其他費(fèi)用增加187萬(wàn)元。

2) 加工成本降低=①+②-③-④=126萬(wàn)元，其中：①人工工資降低96萬(wàn)元；②維修費(fèi)用降低480萬(wàn)元；③電費(fèi)增加180萬(wàn)元；④介質(zhì)系統(tǒng)消耗費(fèi)用和水系統(tǒng)消耗費(fèi)用增加270萬(wàn)元(增加了介質(zhì)系統(tǒng)和水系統(tǒng))。

綜上，同忻選煤廠每年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1 188萬(wàn)元。

新系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、技術(shù)先進(jìn)、可靠性強(qiáng)，對(duì)同煤集團(tuán)煤質(zhì)相仿的廠礦乃至全國(guó)各地其他選煤廠均有很好的借鑒意義，社會(huì)效益顯著。

4 結(jié) 論

1) 本次技術(shù)改造工程投資2 000萬(wàn)元，力度大、工期短、應(yīng)用效果好，技術(shù)改造完成后選煤廠洗選工藝更加完善，產(chǎn)能得到進(jìn)一步提升。

2) 新工藝采用塊末分級(jí)入洗，兩種重介質(zhì)選煤方法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，工藝調(diào)節(jié)更加靈活，煤質(zhì)控制更加穩(wěn)定。

3) 新進(jìn)設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、可靠性強(qiáng)，能最大限度地回收精煤，提高經(jīng)濟(jì)效益。