梁增田

（開灤能源化工股份 范各莊礦業(yè)分公司，河北 唐山 063100）

1 概 況

范各莊礦業(yè)分公司始建于1958 年，1964 年正式建成投產(chǎn)，是新中國(guó)成立后第一座自行勘探、自行設(shè)計(jì)、自行建造的大型機(jī)械化礦井，被譽(yù)為“新中國(guó)第一礦”，礦主要產(chǎn)品為36 號(hào)肥煤，廣泛應(yīng)用于煉焦配煤。隨著礦井的深度開采，地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)致斷層影響越來越大，部分?jǐn)鄬映蔀閹r漿巖侵入通道，由于巖漿放出大量的熱液，使附近的煤層受熱干餾及巖漿運(yùn)移的推擠等作用影響而變成天然焦和熱變煤（本文將受巖漿巖影響的受熱煤總稱為變質(zhì)煤，變質(zhì)煤中與正常煤之間已經(jīng)受熱變質(zhì)但未形成天然焦的煤稱為熱變煤），變質(zhì)煤中天然焦占比較大，天然焦揮發(fā)分極低，一般5%～10%，粘結(jié)性和膠質(zhì)層缺失，且存在熱爆性，天然焦由于賦存不穩(wěn)定目前開發(fā)利用較少，一些發(fā)熱量較高的天然焦主要用于發(fā)電配煤、民用型煤、燒制水泥等燃料，這也是國(guó)內(nèi)天然焦的主要用途。受巖漿巖影響的變質(zhì)煤與煤炭生產(chǎn)有著緊密的關(guān)聯(lián)，范各莊礦2021年7 月至2022 年4 月開采的2227 工作面巖漿巖侵入范圍大，導(dǎo)致該工作面原煤受熱變質(zhì)影響較大，變質(zhì)煤由于密度區(qū)間分布大，在洗選過程中大部分會(huì)進(jìn)入矸石產(chǎn)品，小部分會(huì)混入精煤，一定程度影響煉焦煤精煤膠質(zhì)層和粘結(jié)性，如何降低變質(zhì)煤對(duì)煉焦精煤指標(biāo)的影響，同時(shí)將變質(zhì)煤最大化回收是維護(hù)精煤品牌和企業(yè)利益的關(guān)鍵。

2 巖漿巖的侵入范圍和煤炭變質(zhì)程度

2.1 侵入范圍

范各莊礦2227 工作面位于二水平南二采區(qū)，該工作面煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)中厚煤層，工作面于風(fēng)道110～ 201 m、運(yùn)道256～ 454 m、切眼0～ 24 m 均揭露有巖漿巖，巖漿巖主要以巖床形式侵入，局部以串珠狀形式侵入，厚度在0.1～3.0 m 變化，在傾向上貫穿整個(gè)工作面，局部煤層因巖漿巖侵入影響變質(zhì)為天然焦，厚度在0.5～3.0 m，在開采時(shí)運(yùn)道揭露巖漿巖后范圍逐漸向風(fēng)道延伸，影響范圍越來越大，具體如圖1 所示。

圖1 2227 工作面巖漿巖侵入范圍Fig.1 Magmatic rock intrusion range in No.2227 Face

2.2 巖漿巖導(dǎo)致煤層變質(zhì)程度分析

通過開采過程現(xiàn)場(chǎng)勘查，巖漿巖主要在煤層下部侵入，巖漿侵入煤層時(shí)，發(fā)生接觸變質(zhì)作用，根據(jù)取樣分析，其天然焦呈現(xiàn)出致密性，采割時(shí)其痕跡類似巖石性，光澤銀灰，熱變煤顏色發(fā)暗，表面無光澤，塊狀較大，塊狀凸顯，在采面較易確認(rèn)，天然焦的厚度與巖漿巖厚度直接相關(guān)，巖漿巖厚度越大相應(yīng)天然焦厚度越大，該工作面受巖漿巖影響區(qū)域天然焦厚度平均在1.5 m 左右，天然焦與正常煤之間的熱變煤，厚度平均0.3 m 左右，經(jīng)取2227采面熱變煤及天然焦做浮沉分析，其指標(biāo)見表1。

表1 2227 工作面變質(zhì)煤浮沉數(shù)據(jù)Table 1 Floating and sinking data of metamorphic coal in No.2227 Face

通過表1 分析，巖漿巖導(dǎo)致的變質(zhì)煤密度1.4～+1.8 g/cm3均存在，樣品最高密度1.92 g/cm3，最低密度1.38 g/cm3，距離巖漿巖越遠(yuǎn)受熱影響越小密度越低，越接近巖漿巖，焦化程度越高，密度越高，該礦變質(zhì)煤發(fā)熱量達(dá)到5 500 kcal，變質(zhì)煤由于高密度級(jí)含量占比明顯高，密度超過1.84 g/cm3的變質(zhì)煤在洗選過程中會(huì)進(jìn)入矸石產(chǎn)品中（選煤廠排矸比重1.84 g/cm3），造成資源浪費(fèi)，熱變煤由于存在熱變程度不均，其密度區(qū)間分布較廣，低于1.6 g/cm3的熱變煤在洗選過程中容易進(jìn)入精煤，變質(zhì)煤整體灰分高，揮發(fā)分明顯低于該工作面28.5%水平且沒有粘結(jié)性，在高比重洗煤過程中低密度熱變煤容易混入精煤，根據(jù)熱變煤及天然焦密度及在煤層的侵入厚度數(shù)據(jù)測(cè)算，巖漿巖導(dǎo)致的變質(zhì)煤中+1.80 g/cm3含量為79.60%，-1.60 g/cm3含量占3.45%，在選煤理論分選比重超過1.60 g/cm3時(shí)，3.45%變質(zhì)煤會(huì)進(jìn)入精煤產(chǎn)品，分析研究并實(shí)驗(yàn)，通過多煤層搭配入洗降低巖漿巖侵入煤層配洗比例，可有效降低變質(zhì)煤對(duì)煉焦煤指標(biāo)的影響，但考慮不合理煤層搭配理論分選比重偏高因素，仍需通過配洗措施進(jìn)行去除并回收，同時(shí)由于+1.80 g/cm3含量達(dá)到79.60%，如不進(jìn)行調(diào)控，大量高熱值變質(zhì)煤會(huì)進(jìn)入矸石產(chǎn)品，造成資源浪費(fèi)。

3 降低變質(zhì)煤對(duì)精煤污染及變質(zhì)煤回收方法

范各莊礦選煤廠為礦井型配套選煤廠，主要洗選工藝為80～ 13 mm 采用立輪洗選，13～ 0.5 mm采用三產(chǎn)品重介旋流器分選工藝，0.5～0 mm 采用浮選工藝。

3.1 適量配洗降低變質(zhì)煤入洗比例

范各莊選煤廠原煤入洗能力1 000 t/h，該礦2021 年井下4 個(gè)工作面生產(chǎn)，可以充分發(fā)揮多煤層搭配入洗優(yōu)勢(shì)，避免受巖漿巖影響煤層單獨(dú)入洗或入洗比例過高，導(dǎo)致變質(zhì)煤進(jìn)入精煤比例增加。按照測(cè)算每小時(shí)配洗量不超過300 t 時(shí)，對(duì)精煤指標(biāo)影響較小，因此在煤層配洗方面，2227 工作面單獨(dú)裝倉，嚴(yán)格控制入洗量不超300 t/h。

3.2 降低變質(zhì)煤污染精煤措施

根據(jù)表1 采樣數(shù)據(jù)，該礦變質(zhì)煤存在隨密度降低，含量明顯降低的趨勢(shì)，通過煤層搭配降低入洗原煤理論分選比重可有效控制熱變煤進(jìn)入精煤比例，范各莊礦2021 年井下開采5、7、12、12.5 煤層，7 槽煤與12.5 煤層分選比重最低且分選比重接近，可以混合裝入原煤1 倉，5 槽煤中間產(chǎn)物少，為極易選煤，分選比重最高，單裝原煤2 倉，12槽煤?jiǎn)窝b原煤3 倉，洗12 級(jí)煉焦精煤時(shí)，為防止變質(zhì)煤污染精煤，通過調(diào)控井下各煤層出煤量，適量增加7 槽煤與12.5 槽煤占比，減少5 槽煤占比，可有效降低分選比重，結(jié)合各槽煤篩分浮沉數(shù)據(jù)及入洗比例，利用可選性曲線查找相關(guān)分選比重，按照原煤1 倉500 t/h，2 倉200 t/h，3 倉300 t/h 配洗，配洗后原煤浮沉數(shù)據(jù)見表2，該配洗可以將精煤理論分選比重控制在不高于1.51 g/cm3，從而將變質(zhì)煤從旋流器精煤及塊煤重介精煤中分選出來，降低污染精煤。

表2 配洗后入洗原煤浮沉數(shù)據(jù)Table 2 Float and sink data of rawcoal after washing

3.3 天然焦和熱變煤回收措施

根據(jù)天然焦和熱變煤特性，其質(zhì)地較硬，不易破碎，通過取樣分析，其+13 mm 粒度級(jí)達(dá)到60%，13～0.5 mm 粒度級(jí)含量為38.20%，小于0.5 mm 粒度級(jí)含量?jī)H為1.80%，進(jìn)入浮選量極少，因此考慮通過提高塊煤重介系統(tǒng)用于排矸的一段分選比重，可最大化回收變質(zhì)煤進(jìn)入中煤。由于變質(zhì)煤中+1.80 g/cm3占比達(dá)到79.60%，選煤廠重介立輪一段分選比重原設(shè)定為1.84 g/cm3，而該礦熱變煤樣品最大比重1.92 g/cm3，考慮樣品代表性因素，通過提升重介系統(tǒng)一段1.95 g/cm3，可確保了該礦大于1.84 g/cm3密度級(jí)天然焦和熱變煤的回收，避免進(jìn)入矸石廢棄。

3.4 效 果

目前2227 工作面已開采完畢，通過前期對(duì)天然焦和熱變煤取樣分析并精準(zhǔn)調(diào)控配洗比例，2227工作面變質(zhì)煤混入精煤比例由3.45%減少至1.02%，再通過嚴(yán)格控制每小時(shí)2227 工作面配洗不超過300 t，變質(zhì)煤進(jìn)入總精煤可以控制在0.4%以下，開采期間通過持續(xù)取樣化驗(yàn)，精煤各項(xiàng)指標(biāo)維持正常水平，維護(hù)了精煤品牌，提高了用戶滿意度。

將重介一段比重提升至1.95 g/cm3，可回收該礦2227 工作面絕大部分天然焦和熱變煤，2227 工作面2017 年7 月至2022 年4 月累計(jì)出煤50.71 萬t，按照變質(zhì)煤含量按12%，進(jìn)入塊煤重介系統(tǒng)占比60%計(jì)算，考慮選煤廠二次破碎因素，調(diào)整重介1 段比重，此工作面累計(jì)增加回收+1.84 g/cm3密度級(jí)變質(zhì)煤15 503 t 進(jìn)入塊中煤，塊中煤按照售價(jià)800 元/t 計(jì)算，回收天然焦和熱變煤共計(jì)創(chuàng)效1 240.24 萬元。

4 結(jié) 語

巖漿巖侵入煤層不可避免，對(duì)于稀缺煉焦煤礦井，有效分選出天然焦及伴生熱變煤可以避免污染精煤，確保稀缺煉焦精煤各項(xiàng)指標(biāo)，同時(shí)將天然焦和熱變煤分選進(jìn)入中煤產(chǎn)品，充分利用其發(fā)熱量?jī)r(jià)值，達(dá)到資源充分利用目的。