周成龍,史培寧

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司,陜西 西安 710054)

0 引言

錦界煤礦為錦界煤電一體化項(xiàng)目的配套煤礦,規(guī)模為18.0 Mt/a。目前煤炭生產(chǎn)加工系統(tǒng)已建成工程有2個(gè)煤流入口和7個(gè)煤流出口。井下原煤通過雙系統(tǒng)帶式輸送機(jī)運(yùn)至地面3個(gè)原煤倉(單倉直徑22 m,設(shè)計(jì)儲量為1萬t)儲存,之后向錦界電廠、亞華電廠、神木化工、北元化工、火車裝車以及2座地銷倉汽車售煤等7個(gè)出煤口供煤。煤流系統(tǒng)較為復(fù)雜,煤礦檢修時(shí)間內(nèi)所有外銷煤只能通過原煤倉或產(chǎn)品倉的儲煤來完成,原煤倉有效緩沖時(shí)間只有約8 h,緩沖能力不足導(dǎo)致井上和井下之間生產(chǎn)組織協(xié)作矛盾較為突出。

1 存在問題

經(jīng)過實(shí)地調(diào)研,目前生產(chǎn)系統(tǒng)的原煤緩沖能力主要存在以下三方面的問題。

1.1 供需不平衡

井下采煤和地面銷售接續(xù)困難,供需矛盾突出,影響煤礦井下設(shè)備檢修和搬家倒面,增加了井下生產(chǎn)成本[1-3]。煤礦白天時(shí)段(8:00～16:00)檢修基本不生產(chǎn),但電廠基本在同一時(shí)段(8:00～20:00)因用電負(fù)荷大而耗煤量大,汽車地銷也是白天銷量大,而鐵路外銷來車時(shí)間不規(guī)律、不確定。這種供需矛盾體現(xiàn)在夜間時(shí)段采煤時(shí)供煤能力大但需煤量小,白天煤礦檢修井下不生產(chǎn)但地面原煤需求量大,都需要由原煤倉中儲緩沖調(diào)節(jié)。但是原煤倉有效緩沖時(shí)間只有約8 h,導(dǎo)致井下和地面的生產(chǎn)協(xié)作非常緊張,原煤倉“頂倉”“空倉”影響生產(chǎn)與檢修的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,煤炭供需矛盾難以徹底解決。

煤礦井下預(yù)防性檢修時(shí)間一般都在10 h以上,搬家倒面一般都在10～15 d,神東公司規(guī)定煤礦井下每天正常檢修時(shí)間不小于4 h。按照井下生產(chǎn)安排一般在每年5、6、10月分別搬家倒面,在搬家倒面期間只有2個(gè)工作面生產(chǎn),由于原煤緩沖能力不足,煤礦供煤量小于電廠、火車及化工廠等用戶的需求,火車和汽車銷售供需矛盾突出,經(jīng)常導(dǎo)致無法按計(jì)劃兌現(xiàn)銷售計(jì)劃,影響客戶的滿意度和銷售接續(xù),進(jìn)而影響錦界煤炭銷售市場和價(jià)格。為保證上述各用戶的供煤安全及用量,只能通過壓縮搬家倒面工作時(shí)間和計(jì)劃檢修時(shí)間,甚至臨時(shí)被迫終止設(shè)備檢修等手段來滿足各用戶需求,對煤礦設(shè)備造成較大安全隱患,同時(shí)也給電廠、化工廠的用煤安全造成較大影響。

1.2 塊煤產(chǎn)率低

為了減少對井下生產(chǎn)影響,原煤倉保持在低料位運(yùn)行狀態(tài),導(dǎo)致原煤入倉落差偏大、塊煤破損率高、出塊率降低,影響洗塊煤銷售效益[2]。原煤倉每天料位變化幅度大,造成原煤入倉落差偏大、塊原煤破損率高、出塊率降低,影響洗大塊銷售效益。據(jù)調(diào)研,煤礦生產(chǎn)要求原煤倉預(yù)留至少1 500 t的倉底煤,防止“空倉”砸傷倉下漏斗結(jié)構(gòu),造成實(shí)際單倉有效緩沖能力只有7 000 t左右。采集4月29日、30日原煤倉料位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖1、圖2所示。從圖中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出,3個(gè)原煤倉每天平均倉位均在3 000 t以下,其中4月29日有4 h倉位不足2 000 t,4月30日有6 h倉位不足2 000 t。據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì),每天原煤倉位變化幅度平均約45 m,原煤倉長時(shí)間處于低倉位狀態(tài),造成原煤落差高,塊煤破損率大,出塊率有所降低。

圖1 4月29日原煤倉倉位統(tǒng)計(jì)Fig.1 Position statistics of original coal bunker on April 29

圖2 4月30日原煤倉倉位統(tǒng)計(jì)Fig.2 Position statistics of original coal bunker on April 30

選煤廠設(shè)備檢修時(shí)間和產(chǎn)品細(xì)分銷售效益。受到原煤倉只能緩沖1個(gè)班的時(shí)長限制,一旦“頂倉”選煤廠就必須開機(jī)生產(chǎn)或者井下工作面停產(chǎn),一旦“空倉”選煤廠只能停機(jī)檢修或者井下工作面中斷檢修恢復(fù)生產(chǎn)。受到鐵路專用線跨線火車售煤倉容和地銷倉容限制,目前火車售煤、塊煤地銷時(shí)選煤廠的篩分車間和主廠房都必須同時(shí)開機(jī)生產(chǎn),才能滿足生產(chǎn)需求,這樣只能通過壓縮選煤廠設(shè)備的檢修時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。此外,冬季經(jīng)常遇到雪天汽車運(yùn)輸不暢帶來的塊煤倉短時(shí)間“頂倉”,而原煤倉中儲能力小又無法發(fā)揮緩沖作用,選煤廠只能將塊煤破碎當(dāng)作末煤供電廠或鐵路銷售,影響產(chǎn)品細(xì)分銷售效益。

1.3 塊煤供應(yīng)“高質(zhì)低價(jià)”

目前3號原煤倉下通過2臺給煤機(jī)分別向神木化工和北元化工供應(yīng)-200 mm粒級原煤,但實(shí)際上-40 mm末煤已經(jīng)滿足其用煤粒度和質(zhì)量需求。因此,目前的生產(chǎn)方式會造成塊煤資源浪費(fèi)。

2 實(shí)施方案

2.1 3號原煤倉上增加分級設(shè)備

在3號原煤倉上增加分級設(shè)備,篩下末煤進(jìn)入3號原煤倉后供化工單位,塊煤通過現(xiàn)有的104刮板向1號原煤倉和2號原煤倉配倉儲存,之后通過選煤廠加工為塊精煤銷售。

為降低倉上動荷載,實(shí)地考察后決定采用滾軸篩作為分級設(shè)備[3-5]。滾軸篩是利用多個(gè)并排排列并旋轉(zhuǎn)的軸組成的篩分設(shè)備,大于軸間隙的物料從篩面上部通過,小于軸間隙的物料從篩面下方通過,技術(shù)成熟、通過能力大、故障率低。滾軸篩采用滾軸滾動篩分,篩體高度小,運(yùn)行時(shí)動載荷小,而且軸徑耐沖擊,堅(jiān)固耐用可靠性高,非常適合本次±40 mm的分級作業(yè)。

針對倉上篩分改造的布置方案共有2個(gè)。方案一是將滾軸篩布置在3號原煤倉上+48.0 m平面配倉刮板機(jī)機(jī)尾的上方,同時(shí)把104刮板機(jī)尾延長7 m。方案二則是將滾軸篩布置在3號原煤倉上+55.0 m平面(即配倉刮板層的上層樓層)的現(xiàn)有空地樓面上。

經(jīng)過方案比較,認(rèn)為方案二利用+55.0 m平面的空地布置滾軸篩更為有利。雖然需要改造主斜井帶式輸送機(jī)機(jī)頭溜槽、加固樓板梁結(jié)構(gòu),但是此方案改造對生產(chǎn)運(yùn)行影響更小,而且不占用既有的檢修場地,方便生產(chǎn)維檢管理。因此推薦采用方案二,如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 方案一+48.0 m平面布置Fig.3 Scheme 1 +48.0 m plan layout

圖4 方案二+55.0 m平面布置Fig.4 Scheme 2 +55.0 m plan layout

圖5 方案二2-1剖面布置Fig.5 Scheme 2-1 profile layout

改造后主井來煤進(jìn)入機(jī)頭溜槽下方的四通分岔溜槽后。3個(gè)出口分別采用平板閘門控制開關(guān),其中一個(gè)出口進(jìn)入新增的滾軸篩,原煤篩分后-40 mm末煤直接經(jīng)篩下溜槽進(jìn)入3號原煤倉可以供2個(gè)化工廠或者去選煤廠,+40 mm塊原煤經(jīng)篩前溜槽給入104配篩刮板輸送機(jī),通過1號和2號原煤倉去選煤廠,不再供化工廠。3號原煤倉滿倉或者滾軸篩檢修時(shí),主井來煤可經(jīng)過分叉溜槽的另一出口直接給入104/105刮板機(jī),入1號和2號原煤倉儲存,也可以打開刮板機(jī)閘門進(jìn)入3號原煤倉。分叉溜槽的另一出口預(yù)留給入規(guī)劃的4號原煤倉。單個(gè)溜槽口通過量約為2 500～3 000 t/h,可以保證任意2個(gè)溜槽口通過量之和不小于4 500 t/h,滿足2號主斜井來煤186帶式輸送機(jī)的峰值來煤量。所有閘門采用自動控制,能夠按照生產(chǎn)需要進(jìn)行切換。

2.2 新增4號原煤倉

目前原煤儲存設(shè)施有筒倉、儲煤場等方式,筒倉具有占地面積小、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)[6-9]。儲煤場具有儲量大、投資較低等優(yōu)點(diǎn),但是占地面積較大。受場地空間限制,本次儲煤設(shè)施選擇筒倉方式。并且現(xiàn)場在既有3號原煤倉和篩分車間內(nèi)均預(yù)留了帶式輸送機(jī)設(shè)備埋件以及棧橋牛腿,所以改造盡量利用預(yù)留設(shè)施。在現(xiàn)有原煤倉南側(cè)預(yù)留場地增加一座φ30 m圓筒倉,利用現(xiàn)有3號原煤倉上+55.00 m平面預(yù)留轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)埋件,新增原煤轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)將原煤運(yùn)至新建4號原煤倉,為增加倉容,轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)爬行角度10°(不破壞預(yù)留洞孔),出倉口后起弧增加爬行角度為14°。同時(shí)為了提高倉容利用率,倉上設(shè)置2條配倉刮板輸送機(jī),可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)卸料[10],倉下設(shè)置10臺帶式給煤機(jī),其中4臺長度2.4 m,6臺長度8.8 m,全部給入新增4號原煤倉至篩分車間的帶式輸送機(jī),實(shí)現(xiàn)原煤倉至篩分車間的雙系統(tǒng)供煤,提高系統(tǒng)的可靠性,圖6為改造圖。

圖6 新增4號原煤倉剖面布置Fig.6 Profile layout of newly added No.4 original bunker

3 效益分析

3.1 提高原煤出塊產(chǎn)率

擴(kuò)大原煤倉儲能力,減少原煤破損率,提高原煤出塊產(chǎn)率,增加銷售收益。表1為錦界煤礦原煤篩分表,原煤中+25 mm粒級產(chǎn)率為26.26%。而臨近的涼水井煤礦與錦界煤礦采煤工藝和原煤破碎環(huán)節(jié)相同,原煤+30 mm粒級產(chǎn)率為34.54%,二者相差8.28%,詳見表2。主要原因是涼水井原煤倉緩沖能力約1 d,錦界原煤倉緩沖能力約8 h,導(dǎo)致兩礦生產(chǎn)時(shí)原煤倉倉位變化幅度有較大不同。錦界新增4號原煤倉后原煤緩沖時(shí)間達(dá)到1 d,經(jīng)測算可將原煤入倉時(shí)平均落差高度由45 m降低為30 m以內(nèi),參照涼水井原煤倉塊煤損失產(chǎn)率(8.28%)的變化,結(jié)合經(jīng)驗(yàn)測算,錦界煤礦至少可提高+25 mm塊煤產(chǎn)率約3%,每年為54萬t,按照塊煤每噸價(jià)格比末煤高50元計(jì)算,共計(jì)2 700萬元。因此,新建原煤倉后可以增加原煤中儲能力,盡量保持原煤倉內(nèi)高料位運(yùn)行,有利于提高原煤出塊率,增加銷售收益。

表2 涼水井煤礦原煤篩分表Table 2 Raw coal screening data of Liangshuijing Coal Mine

3.2 開展產(chǎn)品細(xì)分

擴(kuò)大原煤倉儲能力,有利于開展產(chǎn)品細(xì)分,增加洗小塊產(chǎn)品,進(jìn)一步提升煤炭銷售價(jià)值。目前由于原煤倉中儲能力小,緩沖調(diào)節(jié)作用有限,導(dǎo)致不能及時(shí)組織煤炭洗選加工,外銷煤目前僅有+25 mm以上洗塊煤和-25 mm以下混末煤2種產(chǎn)品,不能生產(chǎn)25 mm以下的洗小塊產(chǎn)品。根據(jù)表2可知,粒徑13～25 mm原煤占18.13%,每年產(chǎn)量為262萬t。按照錦界選煤廠設(shè)計(jì)規(guī)模估算,選煤廠在現(xiàn)有基礎(chǔ)上可以再入洗此粒級原煤的數(shù)量約為130萬t/年,生產(chǎn)洗小塊產(chǎn)品100萬t/a。按照洗小塊扣除洗選成本后每噸價(jià)格比末煤高20元計(jì)算為2 000萬元。

3.3 滿足生產(chǎn)接續(xù)

原煤倉中儲緩沖調(diào)節(jié)能力擴(kuò)大至1 d后,能夠解決夜間時(shí)段采煤時(shí)供煤能力大但需煤量小、白天煤礦檢修井下不生產(chǎn)但地面原煤需求量大的供需矛盾,可以杜絕原煤倉“頂倉”、“空倉”現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)了井上井下均衡生產(chǎn),可減少井下配采工作面的設(shè)備開機(jī)時(shí)間約6 h。擴(kuò)大原煤倉中儲能力,達(dá)到《煤炭洗選設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50359—2016)的要求,能夠滿足井下生產(chǎn)接續(xù)和地面生產(chǎn)、洗選及銷售的需要,可有效縮短井下配采工作面開機(jī)時(shí)間,降低采煤生產(chǎn)成本[11]。

3.4 增加塊煤銷售收益

在3號原煤倉上增加篩分設(shè)備進(jìn)行±40 mm分級,其中-40 mm末煤進(jìn)入3號原煤倉供應(yīng)神木化工和北元化工,+40 mm塊煤進(jìn)入選煤廠加工后作為塊煤銷售,按照塊、末煤價(jià)差50元/t、+40 mm塊煤平均產(chǎn)率15%測算,改造后每年可增加銷售收益2 600萬元。

4 結(jié)語

原煤倉作為調(diào)節(jié)井下和地面生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),緩沖容量對于井下和地面的生產(chǎn)接續(xù)以及后續(xù)產(chǎn)品銷售協(xié)調(diào)起著至關(guān)重要的作用。在3號原煤倉上增加分級設(shè)備后,將供給北元化工和神木化工的原煤控制在40 mm以下,提高了選煤廠塊煤回收率。新增4號原煤倉后原煤的緩沖能力由8 h增加為1 d,可解決井下采煤和地面生產(chǎn)銷售的供需矛盾,降低采煤成本,提高原煤的塊煤產(chǎn)率。項(xiàng)目實(shí)施后能夠顯著提升煤炭銷售價(jià)值,每年可提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益約7 300萬元。