田 滔

(北京中煤煤炭洗選技術有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

南梁選煤廠是中煤西北能源南梁煤礦配套的礦井型動力煤選煤廠，設計生產(chǎn)能力為3.0 Mt/a，原煤處理能力為568 t/h，2012年12月投入生產(chǎn)。其主要生產(chǎn)工藝為：毛煤經(jīng)篩分、除雜、破碎后，200～13 mm塊煤經(jīng)脫泥后采用重介質淺槽分選機分選，13～1.5 mm末煤脫泥后采用有壓兩產(chǎn)品重介質旋流器分選，可實現(xiàn)全部入洗、部分入洗或不入洗；煤泥經(jīng)0.15 mm水力分級旋流器分級后，1.5～0.15 mm粗煤泥采用螺旋分選機分選，螺旋精煤采用煤泥離心機脫水，螺旋尾煤采用高頻篩脫水；小于0.15 mm細煤泥經(jīng)高效濃縮機濃縮沉降后采用板框壓濾機回收。2019年，南梁煤礦對主提升系統(tǒng)進行了擴能改造，提升能力達到1 200 t/h；選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)增加煤泥浮選車間，將小于0.15 mm細煤泥浮選工藝采用調漿機(表面改質機)+三段微泡浮選機(實際生產(chǎn)流程為一段粗選、二段掃選，第三段浮選始終未開)分選，并配套穿流式壓濾機對精煤泥進行深度脫水[1]，尾煤泥采用原板框壓濾機處理。

1 改造前存在問題

1.1 煤泥量大幅增加，煤泥水系統(tǒng)負荷增大

伴隨礦井產(chǎn)能釋放，原煤入洗量大幅度提高，使得生產(chǎn)系統(tǒng)處理能力趨于飽和，此外，由于井下機械化綜采技術、原煤性質發(fā)生變化、矸石泥化現(xiàn)象明顯增加等因素，造成煤泥產(chǎn)率大幅增加，從最初的4%提升至9%，煤泥量從38 t/h大幅增長到86 t/h。煤泥水系統(tǒng)負荷顯著增長，導致煤泥水處理設備能力不足的問題日益凸顯，嚴重制約了選煤廠原煤入洗能力的提升和生產(chǎn)正常運轉。

1.2 矸石泥化嚴重，煤泥水沉降澄清困難

南梁煤礦主采煤層為2-2、3-1煤，賦存較為復雜，煤層均值厚度1.5 m，而且頂?shù)装寮皧A矸巖性為炭質泥巖，遇水易泥化，次生煤泥過多，導致煤泥水性質復雜、沉降較困難、洗水濃度較高等各類問題，嚴重影響主洗、浮選等系統(tǒng)正常生產(chǎn)。矸石泥化試驗報告見表1，從表1看出，小于500 μm產(chǎn)率為15.14%，泥化比為53.62%，屬高泥化程度(HDW)。

表1 矸石泥化試驗報告沉降溫度：25.0 ℃；沉降時間：18’10”；Mt：1.06%

1.3 細煤泥主再浮選，尾煤泥處理低效

新增浮選系統(tǒng)后，進入濃縮機的煤泥量雖有所降低，但其粒度組成顯著改變，煤泥小篩分試驗結果見表2。尾煤泥中小于0.045 mm極細粒級占比66.8%，灰分高達78.21%，且尾煤水會夾帶殘留藥劑進入濃縮機，在液面形成泡沫層，使煤泥處理設備出現(xiàn)效率低、處理效果不理想和高灰細泥在生產(chǎn)體系中產(chǎn)生循環(huán)積聚等問題，導致實際處理能力不能滿足或達到設計要求，對生產(chǎn)產(chǎn)生了極為不利的影響。

表2 煤泥小篩分試驗結果

當前南梁選煤廠浮選尾煤處理主要采用5臺500 m2板框壓濾機進行脫水，其設計處理能力為125 t/h，但實際處理能力僅為25.9 t/h，煤泥處理能力遠遠無法滿足生產(chǎn)要求。

1.4 尾煤泥質量差，處置難度大

當前南梁選煤廠的浮選尾煤水分為33.5%、灰分為61.4%、發(fā)熱量僅為6.14 MJ/kg，有高水分、高灰分、低發(fā)熱量等明顯特征，造成煤泥只能與矸石一起堆存，出現(xiàn)占地規(guī)模大、污染環(huán)境的局面。面對日益嚴峻的環(huán)保問題，選煤廠亟需提升煤泥產(chǎn)品品質，由煤泥綜合利用電廠就地消化，有效應對各項問題，保障不限產(chǎn)或避免停產(chǎn)。

2 改造措施及方案

結合南梁選煤廠生產(chǎn)工藝特點，針對存在問題，從3個方面著手推進煤泥水系統(tǒng)的改造工作，實現(xiàn)更理想的優(yōu)化效果。

2.1 塊煤系統(tǒng)能力最大化運轉，降低次生煤泥量

塊煤重介淺槽具有分選時間短，次生煤泥量少等特征，尤其適合分選含易泥化矸石的原煤。因此，盡可能提升其入料量，有助于矸石更為迅速地排放。在整個系統(tǒng)的設計中，借助該方式控制矸石泥化，在一定程度上降低矸石泥化程度。

南梁選煤廠經(jīng)過技術改造，依靠引進聚氨酯自清潔篩板，大幅提高原煤分級效率，將分級粒度從13 mm調整到10 mm，塊煤處理能力增長到W18F54型重介淺槽的飽和通過量620 t/h。原煤粒度組成見表3。通過提高篩分效率，降低淺槽入料下限，從而提高淺槽處理能力，使得次生煤泥產(chǎn)率減少1.1%，煤泥量的降幅大約為10.4 t/h，通過這一改造，煤泥減量較為顯著。

表3 南梁選煤廠原煤粒度組成

通過技改提升塊煤系統(tǒng)處理能力，塊末煤系統(tǒng)處理能力分配更為合理，不僅有助于減少因矸石泥化和末煤洗選增加的煤泥，還有助于提升產(chǎn)品煤質量。

2.2 矸石細泥快速處置，控制泥化時間

在生產(chǎn)過程中，應當更高效地完成矸石細泥排出，縮短煤泥和水的接觸，控制煤泥循環(huán)，采取短處理流程，高效控制次生煤泥量。通過分析當前工藝流程，系統(tǒng)內循環(huán)的細粒矸石主要來自塊、末煤的矸石脫介篩和螺旋矸石高頻脫水篩篩下水，可從工藝上對這2個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化。

2.2.1 增加矸石脫介篩回收的綜合能力

南梁選煤廠塊末煤系統(tǒng)共用矸石脫介篩的篩下水，經(jīng)磁選后全部進入煤泥水系統(tǒng)。這部分煤泥水在后續(xù)處理過程中被多次泵送至旋流器分級濃縮，其中的細粒矸石更易粉碎、泥化，對后續(xù)的煤泥處理工作極為不利。

對該問題采取的改造方案，即將矸石脫介篩稀介段的篩縫從2.0 mm調到0.75 mm，避免0.75～2.0 mm細粒級矸石進入煤泥水系統(tǒng)，降低細泥含量，而且脫介篩的介質量較小，調整后并未造成介耗增加的問題。

2.2.2 高頻篩處理預排螺旋矸石

南梁選煤廠高頻篩主要用于處理螺旋矸石，篩上粗矸石直接排出系統(tǒng)，篩下細矸石經(jīng)轉排桶進入濃縮池。因其粒度偏小，煤泥水系統(tǒng)循環(huán)浸泡后更易泥化為難以沉降、難以脫水處理的高灰細泥，造成后續(xù)煤泥水處理難度大幅增加。

對該問題采取的改造方案，即將高頻篩篩縫從0.5 mm調整到0.35 mm，使螺旋矸石能夠更早、更多的排出系統(tǒng)，以控制次生煤泥量。

通過改造，矸石產(chǎn)率從19.5%提升至21.6%，矸石產(chǎn)率增長2.1%，矸石排出量增長大約20 t/h。

2.3 提升濃縮處理效率，優(yōu)化煤泥沉降

2.3.1 優(yōu)化加藥方式

(1) 凝聚劑加藥點前移。原加藥點在濃縮池入料保護箱中，濃縮池與保護箱的距離偏近，導致煤泥水和藥劑沒有充分接觸時間，從而藥劑效果差。為了實現(xiàn)更理想的處理效果，選擇將加藥點調整到浮選機尾礦桶中，能夠增加凝聚劑與絮凝劑加藥點的距離，還有助于凝聚劑與煤泥水間實現(xiàn)理想的混合效果，進而提升藥效。

(2)絮凝劑單點變多點加藥。絮凝劑添加的理想混合條件，即迅速、有力的攪拌，讓藥劑更充分的分散，失穩(wěn)后立即轉入比較穩(wěn)定的絮凝狀態(tài)。原加藥點在濃縮機穩(wěn)流筒內，煤泥水進入該位置后才開始絮凝沉降，藥劑效果發(fā)揮緩慢且明顯滯后。為有效解決該問題，在濃縮機入料管位置增加加藥點，利用管道迅速流動的液流產(chǎn)生極強攪拌，轉移到穩(wěn)流筒后，立即進入絮凝沉降階段；煤泥水進入到穩(wěn)流筒后，再度增添絮凝劑，對煤泥沉降進行強化，有助于煤泥進行更加理想的沉降。

對煤泥水系統(tǒng)的加藥工藝進行優(yōu)化后，可以更好地滿足不同原煤煤質對藥劑的需求。

2.3.2 追加濃縮機的消泡設備

尾煤濃縮時，由于浮選藥劑殘留其中，物料進入濃縮機后，液面上會產(chǎn)生較多泡沫并攜帶疏水性固體顆粒進入循環(huán)水，導致水質惡化，給分選系統(tǒng)產(chǎn)生較大的負面影響。

對該問題采取的改造方案，即在濃縮機橋架上環(huán)繞中心穩(wěn)流筒，安裝有泡沫富集效果的泡沫收集桶；同時在上方安裝噴水設施，等泡沫濃度提升到臨界點后，會再度破滅并融入煤泥水，還可以依靠噴水消除泡沫，通過此類處理可更好地排除液面泡沫，保障洗水不受污染。

2.4 提升壓濾系統(tǒng)的運行效率，增強煤泥處理能力

在煤泥減量基礎上，通過優(yōu)化當前設備的工作效果，大幅度提升煤泥綜合處理能力，進一步增強煤泥水系統(tǒng)的適用性與靈活性。

2.4.1 優(yōu)化入料粒度組成

壓濾機運行效果與入料煤泥的濃度、灰分、粒度組成等指標存在密切聯(lián)系，隨著小于200目細粒含量增大，特別是其中的高灰細泥含量高，導致壓濾機處理能力下降，濾餅水分增高[2]。而入料粒度均勻且均值較粗時，壓濾有所加速、可獲得較為理想的處理量和水分較低的濾餅。因此在生產(chǎn)實踐中，常從煤泥水處理工藝的其他環(huán)節(jié)分出一部分較粗顆粒進行“摻粗”，優(yōu)化煤泥粒度組成，改善煤泥因濾餅致密化、透氣性差造成過濾減緩的問題。

南梁選煤廠煤泥水處理工藝中，粗精煤弧形篩篩下煤泥水進入煤泥桶，部分粒度小于0.15 mm煤泥會產(chǎn)生死循環(huán)，造成煤泥泥化加重?；诖?，改造將部分篩下水直接引入濃縮池，另一部分按原設計返回煤泥桶。生產(chǎn)中依據(jù)原煤煤質的波動、矸石泥化等情況，通過閥門來調節(jié)引流量進行“摻粗”，調整入料粒度組成，提升壓濾機過濾效果，實現(xiàn)理想的壓濾效率與尾煤質量。

2.4.2 優(yōu)化壓濾入料方式

板框壓濾機單循環(huán)過程包括入料過濾和其它輔助操作2個階段，壓濾效率和產(chǎn)能的決定性環(huán)節(jié)是入料過濾階段。因此，優(yōu)化入料方式，采用分段式進料控制，使進料流量、壓力與壓濾機固液分離所需的流量、壓力相吻合，從而實現(xiàn)大流量、低壓力喂料與小流量、高壓力過濾，增強壓濾設備運行效率。

通過調研，引入了ZP-B120型高壓柱塞泵，其輸出流量壓力曲線與壓濾機最佳過濾曲線基本吻合，整個過程有較為理想的運行、節(jié)能效果，同時其為容積泵，依靠柱塞動作改變泵體容積，完成煤泥的吸入、排出過程，避免切割打散絮凝好的煤泥絮團，有較好的過濾效果。生產(chǎn)實踐表明，高壓柱塞泵對于難處理煤泥輸送能力較好，與原離心泵入料對比，產(chǎn)能有顯著提升，且濾餅水分更低。

2.4.3 增添助濾劑

助濾劑是指在過濾物料中添加的能提高過濾速度或者降低濾餅水分的化學藥劑[3]。使用助濾劑無需調整當前的壓濾機與工藝流程，即可達到強化煤泥脫水的目的，增添適合煤泥性質的助濾劑，是解決煤泥脫水問題行之有效的方案。

南梁選煤廠針對浮選尾煤的特殊性，即極細顆粒含量多、灰分高與黏性大等特點，引入一種有多羥基、多核絡合體的陽離子型表面活性劑類助濾劑(泥漿調節(jié)劑)，改變煤泥顆粒表面張力，呈現(xiàn)一種具有“荷葉效應”的膜[4]，顆粒表層疏水性顯著強化，從而提高過濾脫水效果。生產(chǎn)過程中，通過自制的助濾劑自動添加系統(tǒng)向壓濾入料攪拌桶內添加助濾劑，煤泥壓濾快速，濾餅水分顯著降低，大幅提升設備的運行效率。

2.4.4 使用新型濾布

南梁選煤廠浮選尾煤高灰細泥含量極高，壓濾后煤泥容易黏附于濾布表面，導致濾餅脫落困難，卸料時間延長，更易造成微細煤泥堵塞濾布表面，過濾速度降低、濾餅水分提高、成餅困難等問題，致使單循環(huán)處理能力降低。經(jīng)調研，采用具有表面光滑、質地薄、透水快與便捷清洗的新式錦綸單絲濾布，取代原無紡濾布，使用時濾布孔不易堵塞，濾餅自動脫落，從而提高壓濾機處理效率。

通過對濃縮、壓濾系統(tǒng)進行相關優(yōu)化工作，壓濾單循環(huán)時間從原來的110 min大幅縮減到60 min，小時產(chǎn)能由0.010 t/m2提升至0.019 t/m2，增幅達到90%，且濾餅水分降幅達7.5%。壓濾機生產(chǎn)效率大幅提升，整體處理能力大幅增長，提升了煤泥水系統(tǒng)的適應性和靈活性。改造前后壓濾機運行效果對比見表4。

表4 改造前后壓濾機運行效果對比

3 結 語

南梁選煤廠針對煤泥水系統(tǒng)嚴重制約原煤入洗能力提升的問題，從煤泥減量化處理、優(yōu)化煤泥沉降和脫水回收工藝、煤泥提質等方面提出綜合解決方案，從根本上解決了選煤廠煤泥水系統(tǒng)存在的問題，提升煤泥水系統(tǒng)的適應能力，保證其高效運行。

針對現(xiàn)場問題，結合工藝和煤質特點，提出了針對性的解決方案，降低次生煤泥量；提升濃縮設備運行效率；提高壓濾機工作效率。通過實施煤泥水系統(tǒng)的優(yōu)化改造，使生產(chǎn)中次生煤泥量減少了約3%；壓濾機單位產(chǎn)能增加約90%，濾餅水分降低7.5%；煤泥水系統(tǒng)事故率大為降低。煤泥水沉降與循環(huán)效率顯著增強，外排煤泥達到環(huán)保要求，對企業(yè)提質增效與環(huán)境保護具有重要意義。