李文儒，劉國超

(西山煤電(集團)有限責任公司 東曲選煤廠， 山西 古交 030200)

東曲選煤廠屬于礦井型選煤廠，采用脫泥無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選+粗煤泥TBS分選+細煤泥浮選的聯(lián)合工藝流程。原煤選前準備系統(tǒng)采用常規(guī)的篩分+手選+破碎作業(yè)流程，即毛煤通過道條篩(分級粒度130 mm)分選大塊矸石，道條篩篩下物再經(jīng)振動篩(分級粒度50 mm)進行篩分，振動篩的篩上物經(jīng)手選揀除矸石及雜物后進入破碎機破碎,與振動篩篩下物混合進入原煤洗選系統(tǒng)。

1 排矸系統(tǒng)改造前存在的問題

1) 矸石帶煤量大，后期不易治理。

根據(jù)8#、9#毛煤篩分試驗報告結(jié)果，+50 mm物料中含煤率高(最高為14.01%). 該廠排矸系統(tǒng)無法有效分選+130 mm大塊煤，道條篩只針對物料的形狀尺寸進行簡單篩分，一方面矸石帶煤量大，帶來較大的經(jīng)濟損失。同時，大量的煤矸石堆積成矸石山，治理難度大并對環(huán)境有較多危害，如占用土地，影響生態(tài)；矸石山的淋溶水污染地下水源和江河，危害農(nóng)作物和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)；并且環(huán)境污染與礦區(qū)周邊村莊易發(fā)生經(jīng)濟糾紛,形成了煤礦地區(qū)安全和諧發(fā)展的一個不穩(wěn)定因素。

2) 矸石揀出率低、設(shè)備負荷大、后續(xù)加工費用高。

手選是靠人持續(xù)、機械式的勞動，揀出部分大塊矸石及雜物。但是，手選工受人為因素影響，經(jīng)常會出現(xiàn)疲憊和疏忽，矸石揀出率不能保證，大量矸石經(jīng)過破碎后進入主洗系統(tǒng)：a) 造成破碎機負荷大、故障率高。b) 三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器易堵塞、檢修工作量大。c) 增加設(shè)備磨損，且部分矸石容易泥化，也會影響浮選及煤泥水系統(tǒng)[1].

3) 手選工人勞動強度大、工作環(huán)境差。

手選作為選煤的傳統(tǒng)作業(yè)環(huán)節(jié),存在勞動強度高，工作環(huán)境差等問題，且在手選過程中大塊矸石容易砸落，對選矸工人存在較大的安全隱患。

4) 揀矸崗位人數(shù)多，生產(chǎn)效率低。

毛煤+50 mm大塊中雜物、矸石較多，選煤廠原煤準備車間每班生產(chǎn)共有4名揀矸工負責揀矸、揀雜，占用每班生產(chǎn)人數(shù)30%，導致原煤選前準備作業(yè)生產(chǎn)效率低(揀矸效率為85%～90%).

2 TDS智能干選機改造方案

對于矸石分選，國內(nèi)較為先進、有效的排矸方案有TDS智能干選和淺槽重介分選。通過調(diào)研及兩種方案對比分析，在分選精度基本相近的情況下，TDS智能干選相對于淺槽重介分選具有投資少、運行費用低、用人少、設(shè)備檢修維護量少、工程改造容易、便于生產(chǎn)管理等優(yōu)點[2-3]. 因此，東曲選煤廠于2020年進行了TDS智能干選機替代手選改造。

2.1 TDS智能干選機工作原理及技術(shù)參數(shù)

2.1.1 TDS智能干選機工作原理

TDS智能干選是一種干法高精度智能煤矸分選方法,選用天津美騰科技有限公司生產(chǎn)的TDS24-300型智能干選機，物料在布料器上均勻布料，由于煤與矸石所含元素不同，當煤與矸石通過X射線裝置時，其對輻射的吸收量不同，針對不同煤質(zhì)特征建立相適應的分析模型，通過大數(shù)據(jù)分析，對煤與矸石及其位置進行數(shù)字化識別，最終通過智能噴吹系統(tǒng)，對50～300 mm物料進行分選，選出塊煤，將矸石排出[4].

2.1.2 TDS智能干選機設(shè)備參數(shù)

TDS24-300-W2智能干選機設(shè)備參數(shù)見表1.

表1 TDS智能干選機設(shè)備參數(shù)表

2.2 改造后工藝流程

TDS干選系統(tǒng)的工藝流程：毛煤經(jīng)道條篩(分級粒度130 mm)分選大塊矸石，道條篩篩下物再經(jīng)原煤分級篩(d50 mm)分級處理，-50 mm的物料進入上倉皮帶，+50 mm的物料通過振動布料篩后均勻進入TDS智能干選機，在TDS智能干選機內(nèi)部通過X射線識別裝置利用高壓風噴吹分離矸石和塊煤。塊煤經(jīng)過破碎機后上倉，矸石通過限下篩后篩上物進入矸石皮帶，篩下物進入上倉皮帶，干選系統(tǒng)工藝流程圖見圖1.

圖1 TDS智能干選系統(tǒng)工藝流程圖

3 運行效果

TDS智能干選機投入運行后經(jīng)試驗檢測，處理量203 t/h，+50 mm的物料經(jīng)TDS智能干選機分選后，8#、9#煤矸石含煤(<1.8 kg/m3)率0.44%，選后煤中含矸率0.2%，數(shù)量效率99.24%，TDS智能干選機工藝指標達到了合同要求的矸石帶煤率<1.50%的目標(見表2，3).

表2 TDS智能干選機分選后矸中含煤率測定表

表3 TDS智能干選機數(shù)量效率計算表

表4中毛煤量通過205B皮帶秤計量，道條篩篩上物通過汽車排矸計量，入倉原煤通過223皮帶秤計量。其中：

1) 毛煤處理量=139 665/160=873(t/h).

2) TDS智能干選機處理量=(毛煤量-道條篩篩上物量-入倉原煤量)/運行時間=(139 665-11 185-96 005)/160=203(t/h).

3) TDS分選出的物料量(煤+矸石)：通過汽車排矸計量數(shù)25 236 t，計算為(毛煤量-道條篩篩上物量-入倉原煤量)×77.32%=(139 665-11 185-96 005)×77.32%=25 109(t). 因此，采用汽車計量數(shù)。

4) TDS分選后煤中含矸率=TDS分選后煤中矸石產(chǎn)率減去自然級的矸石產(chǎn)率，即32.34%-32.11%=0.23%(報0.2%).

5) 數(shù)量效率=TDS分選出的矸石量/入TDS的矸石量=25 125/25 317×100%=99.24%.

4 后續(xù)問題及處理措施

TDS智能干選機在近兩年的使用中，整體情況良好，設(shè)備運行穩(wěn)定，生產(chǎn)改為無人值守、 有人巡查模式，解決了職工工作環(huán)境差的問題，但存在其他問題:

1) TDS智能干選機在分選8#、9#煤時分選效果較好，矸中含煤率可達0.44%，而在分選極易泥化的2#、4#煤時，分選效果較差，矸中含煤率為0.86%，特別是煤矸一體的情況下無法實現(xiàn)有效分選，矸中含煤率高達1.0%及以上。通過改進圖像識別方案，優(yōu)化識別算法、執(zhí)行算法，安排專人收集數(shù)據(jù)信息并對矸石煤形態(tài)特征增加數(shù)據(jù)庫分析，提高矸石煤的識別率并從矸石中選出，進一步降低矸中含煤率。優(yōu)化算法后分選2#、4#煤，矸中含煤率能保證在0.8%以下。

2) 毛煤中含有部分木材、棉紗等雜物，這部分雜物TDS智能干選機無法識別，進入主洗系統(tǒng)后極易造成三產(chǎn)品重介旋流器二段入料口堵塞從而影響正常生產(chǎn)。通過在TDS智能干選機出料口、原煤倉入料口及脫泥篩篩前溜槽等處設(shè)置3道防護篦子，防止雜物進入主洗系統(tǒng)。

3) TDS智能干選機在運行過程中電磁閥大量損壞無法修復，分析原因，為原供風管路使用普通鐵管和普通電磁閥閥板，原鐵管極易銹蝕產(chǎn)生大量鐵屑與水氣混合，閥板容易受反吹風影響，將鐵銹、水汽等雜物吸入閥板內(nèi)，堵塞閥板。每年更換電磁閥130多個(原廠電磁閥6 000元/個)，更換電磁閥費用高達78萬元，其它材料配件費約40萬元，維修費用高。該廠于2021年3月更換了主體供風管路和電磁閥閥板，將普通鐵管改為鍍鋅管，原電磁閥閥板升級為過渡閥板，改善了用風環(huán)境和閥體使用壽命，每年維修費用可降低48萬元。

5 經(jīng)濟效益

東曲選煤廠每年排矸約45萬t，夾矸煤的含煤率為3.52%，TDS智能干選機分選效率99.0%，人工分選精度為30%，每年多回收原煤=45×3.52%×(99.0%-30%)=1.09萬t，供電廠原煤270元/t，則每年多回收原煤產(chǎn)生的經(jīng)濟收益294.3萬元。

改造后比改造前功率增加146 kW，每年毛煤拉運量約420萬t，單系統(tǒng)平均處理量800 t/h，年生產(chǎn)時間2 625 h，平均電價0.58元/kWh，電費增加22.2萬元。

通風管路改造后每年更換電磁閥費用30萬元，其他維護費用約40萬元。

年實際新增效益：294.3-22.2-70=202.1(萬元)。

6 結(jié) 論

TDS智能干選機在東曲選煤廠投入運行后，分選效果良好，產(chǎn)生了一定的社會經(jīng)濟效益，但在生產(chǎn)中存在矸石煤識別精度不高的現(xiàn)象，建議廠家進一步改進圖像識別、優(yōu)化算法，增大數(shù)據(jù)庫分析能力，以進一步提高TDS智能干選機分選精度。