王鐵剛，杜彥楠，閆治海，張 楊

(內蒙古大雁礦業(yè)集團有限責任公司，內蒙古 呼倫貝爾 021000)

近些年，智能干法選煤技術在我國煤炭分選行業(yè)得到了越來越廣泛的應用，該項技術結合智能化技術，不僅能夠代替人工完成部分選煤工作，同時能夠提高選煤作業(yè)效率，對于提高煤礦生產效率具有重要的作用。雁南煤礦是內蒙古自治區(qū)的重要煤礦，該煤礦在智能干法選煤技術方面的應用較為先進，通過該項技術的應用，使得其生產效率得到全面提升。

1 雁南煤礦基本情況介紹

雁南煤礦隸屬國家能源集團大雁公司，位于內蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市鄂溫克旗大雁鎮(zhèn)境內，建成于2005年，設計生產能力為 3.0 Mt/a。配套礦井型篩選廠，廠址位于雁南礦工業(yè)廣場內，設計入選能力與礦井相同。原煤篩分后混煤直接銷售，塊煤經人工揀矸后作為塊精煤銷售。受雁南煤礦井下煤層夾矸層多、斷層多、地質條件復雜等因素影響，導致毛煤含矸率較高且波動較大。人工揀矸工作量大、工作環(huán)境嘈雜，加之大雁公司實施內部退養(yǎng)政策，現(xiàn)人工揀矸人員日漸減少，難以保證手選效率，導致手選塊精煤含矸率超標，品質不穩(wěn)。當市場行情嚴峻時無法直接作為商品塊煤銷售，只能破碎后摻入混煤中，不僅損失塊煤溢價收益，而且影響混煤發(fā)熱量，目前的手選工藝環(huán)節(jié)亟待改造。

雁南煤礦開采煤種為褐煤，易泥化、易水解，傳統(tǒng)水洗工藝無法適用。需要研發(fā)一款適用于雁南煤礦褐煤(塊煤)的智能干選設備，替代傳統(tǒng)人工揀矸工藝，以此來改善選矸作業(yè)環(huán)境，降低工人勞動強度，提高塊煤產品質量。同步實現(xiàn)國家能源集團倡導的“機械化換人、自動化減人、智能化少人”綠色智慧礦山建設目標，提升雁南煤礦智能化建設水平。

2 雁南煤礦褐煤中智能干法選煤技術分析

智能干選技術已經在煙煤、無煙煤成熟工業(yè)應用，但對于褐煤還沒有工業(yè)應用的案例，褐煤具有變質程度低、煤質軟、易碎等特殊性質[1]。智能干法選煤技術在雁南煤礦中的應用難點包括：

(1)實現(xiàn)褐煤的識別與噴吹。雁南煤礦煤種為褐煤，褐煤屬低階煤，變質程度低，易泥化，煤質軟易碎，需研發(fā)適用于褐煤(塊煤)的識別算法與噴吹模式[2]。

(2)實現(xiàn)塊煤的高精度分選。針對雁南煤礦煤層夾矸厚度不均及放頂煤作業(yè)控制不佳，導致塊煤含矸率波動較大的問題，需解決分選矸石與精煤指標的穩(wěn)定性控制問題。本次研究需根據(jù)煤質變化開發(fā)多種識別及噴吹算法，并自動識別煤質變化進行分選參數(shù)自動切換，保證煤質波動時仍有較高的分選精度[3]。

(3)實現(xiàn)節(jié)能降耗。智能干選機采用壓縮空氣噴吹技術將煤與矸石進行分離，主要功耗即為高壓風。為實現(xiàn)節(jié)能降耗，該系統(tǒng)應具有噴吹煤與噴吹矸石靈活切換的功能，遵循塊原煤含矸率高則“打煤”、原煤含矸率低則“打矸”的原則，節(jié)省高壓風用風量，實現(xiàn)智能干選系統(tǒng)節(jié)能降耗[4]。

3 智能干法選煤技術試驗分析

智能干法選煤技術對于入料的粒度組成有一定要求(理想的粒度比是控制在6∶1以下)，如果入料中限下率超過10%，則會產生疊壓問題，從而影響系統(tǒng)識別效果。因為褐煤質地較軟，在運輸給料過程中容易發(fā)生破碎問題，所以塊原煤入料環(huán)節(jié)需要結合褐煤的特質進行特殊設計，防止運輸給料過程跌落破碎導致入料限下物過多而影響分選指標[5]。

3.1 試驗樣品

由于在運輸給料過程中易產生破碎，因此塊原煤入料環(huán)節(jié)需要結合褐煤的特質進行特殊設計，防止運輸給料過程跌落破碎導致入料限下物過多而影響分選指標[6]。

3.2 試驗平臺

試驗跌落平臺采用厚20 mm鋼板作撞擊板。

3.3 試驗內容

本次主要進行跌落撞擊試驗，共進行了3組試驗，每次采用雁南褐煤的大于50 mm精煤與大于50 mm矸石各50 kg進行試驗，試驗跌落高度為1 m、1.5 m、2 m，落料方式為自由落體跌落，依據(jù)自由落體公式計算跌落末速，跌落撞擊板為20 mm鋼板[7]。

3.4 應用結果

表1為本次智能干法選煤技術的具體應用統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

表1 原煤跌落具體應用統(tǒng)計

根據(jù)表1可以看出，精煤比矸石易碎，隨著跌落高度的增加，精煤的粉碎率明顯增加，矸石則相對緩和。根據(jù)應用結果，為保證最終入料限下率符合國標《煤的落下強度測定方法》(GB/T 15459-2006)規(guī)定，建議在塊原煤給料環(huán)節(jié)控制物料垂直跌落高度在1.0 m左右，超過1.5 m垂直落差的位置需設置緩沖臺[8]。

4 智能干法選煤技術優(yōu)化分析

在雁南煤礦褐煤的智能干法選煤技術應用中，基礎設備為TDS智能干選機，采用高壓風噴吹將煤與矸石分開，主要原理為通過電磁閥控制的噴嘴，將高壓氣體轉化為流速很高的空氣射流，從而獲得較大的沖力，并作用到物塊上，改變物體原有運動軌跡[7]。因為褐煤具有易碎性特點，在噴吹過程中如果出現(xiàn)擊碎問題，會導致匹配錯誤，從而降低分選精度，所以需要結合褐煤易碎的特點對噴吹式技術進行優(yōu)化[9]。TDS智能干選設備能夠有效識別煤炭和矸石，具有分選精度較高、矸石帶煤率較小、自動化技術成熟、工藝簡單以及成本較低等多項特點[10]，圖1為TDS智能干選機結構簡圖。

圖1 TDS智能干選機結構示意

4.1 噴吹壓力與粉碎率優(yōu)化

該試驗的目的是通過TDS智能干選機采用0.8 MPa壓縮空氣噴吹對目標物塊進行分選，壓縮空氣壓力越大噴吹力越大，分選效率越高，但由于雁南礦為褐煤，煤質與矸石均較軟，過高的噴吹壓力將導致物塊噴吹破碎，破后的小顆粒飛行軌跡凌亂不可控而導致錯配，降低分選效果，因此需進行不同的噴吹壓力測試與矸石的粉碎性測試，以選擇合適的壓縮空氣壓力[11]。

在應用過程中，采用某試驗中心的“工業(yè)試驗機”進行應用，分別采集粒度大于50 mm的煤與大于50 mm的矸石試驗物塊，調整系統(tǒng)減壓閥，進行0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa、0.8 MPa壓力的噴吹應用試驗，測試物塊的粉碎率。表2為第一次應用中產生的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

根據(jù)表2結果可知，當噴吹壓力為0.5 MPa與0.6 MPa時，小于50 mm產率相近；當噴吹壓力為0.7 MPa與0.8 MPa時，小于50 mm產率明顯上升，因此噴吹煤塊時選擇壓力為0.6 MPa，所需壓力最終通過空壓機設置供風壓力進行調整[12]。

表2 塊煤噴吹壓力與粉碎率應用統(tǒng)計

表3為第二次塊矸噴吹壓力與粉碎率應用統(tǒng)計。

表3 塊矸噴吹壓力與粉碎率應用統(tǒng)計

根據(jù)表3結果看出：當噴吹壓力為0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa時，小于50 mm產率均較低；當噴吹壓力為0.8 MPa時，小于50 mm產率略有上升，因此噴吹矸石時選擇壓力為0.7 MPa，所需壓力最終通過空壓機設置供風壓力[13]。

4.2 現(xiàn)場應用分選結果

將該智能干選技術應用在實際生產中，現(xiàn)場所采用原煤含矸率為30%。表4為具體分選結果。

表4 試驗分選結果

從表4分選結果可看出，與原有原煤人工手選排矸率60%相比，智能干選排矸率高達99.23%，高出39.23個百分點，分選效果非常顯著，提升了產品質量，并且分選效果穩(wěn)定，不受人工疲勞因素影響，共減少現(xiàn)場選矸人員50余人。

4.3 結 論

通過對雁南煤樣的分析，并從雁南煤礦褐煤硬度特性考慮，智能干選工藝設計方面采用“打矸”工藝，將矸石作為擊打物，同時保留“打煤”、“打矸”切換的功能[14]。當塊原煤含矸率為30%時，在“打煤”模式下，矸石帶煤率為1.27%，煤中含矸率為0.36%；在“打矸”模式下，矸石帶煤率為0.71%，煤中含矸率為0.09%；“打矸”模式優(yōu)于“打煤”模式。同時通過調整空壓機排氣壓力設置實現(xiàn)高壓風壓力控制，在擊打塊煤時采用0.6 MPa，擊打塊矸時采用0.7 MPa，使擊打物受到的瞬時沖擊力減小，降低擊打物被擊碎的概率。同時對于TDS智能干選機，在軟件及界面上設置“打煤”、“打矸”切換的兩種操作模式；在工程設計中，通過分叉溜槽實現(xiàn)“打煤”、“打矸”的系統(tǒng)切換[15]。

5 結 語

雁南煤礦開采煤種為褐煤，易泥化、易水解，傳統(tǒng)水洗工藝無法適用。針對雁南煤礦褐煤的特點，研發(fā)出一款適用于雁南煤礦褐煤(塊煤)的智能干選設備，替代傳統(tǒng)人工揀矸工藝，改善了選矸作業(yè)環(huán)境，降低工人勞動強度，提高了塊煤產品質量，提升了雁南煤礦智能化建設水平。