古敘礦區(qū)選煤廠細(xì)粒級分級入洗工藝的探討和分析

楊澤偉 王 川

（1.四川省古敘煤田開發(fā)股份有限公司，四川省瀘州市，646000；2.川南煤業(yè)瀘州古敘煤電公司，四川省瀘州市，646522）

煤泥水處理是選煤廠生產(chǎn)管理和選煤科學(xué)研究的重點(diǎn)，煤泥水處理的效果將決定產(chǎn)品質(zhì)量的好壞和穩(wěn)定性，同時(shí)對選煤廠內(nèi)相關(guān)設(shè)備的正常使用起到至關(guān)重要的作用。相關(guān)專家從藥劑的選擇和藥劑的配合方面進(jìn)行了研究，但是遇到高度泥化的煤質(zhì)卻始終沒有徹底解決的方案。本文結(jié)合古敘礦區(qū)C19煤本身的煤質(zhì)特征和產(chǎn)品方向，以石屏煤礦選煤廠為例就采用細(xì)粒級分級入洗的工藝進(jìn)行研究和探討。

1 古敘礦區(qū)概況

石屏煤礦選煤廠位于古敘礦區(qū)古藺礦段中部，服務(wù)于古敘礦區(qū)第一對大型礦井——石屏一礦，開采規(guī)模為1.2 Mt／a，采用不脫泥全粒級入洗，末煤采用無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，粗煤泥采用小直徑重介旋流器分選，精煤主要分為化工用煤和高爐噴吹煤，化工用煤主要供應(yīng)于四川納溪化工基地，高爐噴吹煤主要供應(yīng)于重鋼、武鋼和南鋼等長江中下游沿江用戶。

2 煤層賦存狀況和煤質(zhì)分析

石屏井田含煤巖系為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，屬海陸交互相沉積，厚度為78.10～111.20 m，平均厚度為89.45 m。煤層夾矸以泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖和粘土巖為主，頂部夾0～3層薄層狀泥灰?guī)r，底部為硫鐵礦層。含煤地層平均厚度為89.45 m，含煤層為9～18層，煤層總厚度為11.20 m，含煤系數(shù)為12.8%，可采和局部可采煤層有8層，主采煤層為C19和C25。

區(qū)內(nèi)可采和局部可采煤層有8層，即C13、C14、C15、C19、C19、C23、C24和 C25煤層，其中C19和C25煤層全區(qū)可采，屬于煤層結(jié)構(gòu)簡單、厚度變化較小和較穩(wěn)定煤層；其余煤層為大部或局部可采，厚度變化較大，屬于較穩(wěn)定和極不穩(wěn)定煤層，石屏礦區(qū)可采煤層特征分析見表1。

表1 石屏礦區(qū)可采煤層特征分析表

2.1 從煤層賦存情況分析原煤泥化情況

根據(jù)石屏一礦的地質(zhì)報(bào)告來看，石屏一礦的主采煤層C19在二采區(qū)出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，分為C19上和C19這2個(gè)煤層，頂、底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖或粘土頁巖，由于煤層本身較薄且構(gòu)造較多，采煤方法采用走向長壁綜采，導(dǎo)致破頂?shù)装迩闆r不可避免，致使夾矸和頂?shù)装寤烊朐海虼嗽谙催x過程中遇水后極易泥化，煤泥水處理的壓力大。

2.2 從泥化試驗(yàn)結(jié)果分析泥化情況

結(jié)合下一步原煤的開采情況，對12219工作面原煤在運(yùn)輸巷進(jìn)行了取樣，樣品編號為C19，做了0.5 mm級篩分試驗(yàn)和小于0.5 mm級的煤粉篩分試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，小于0.5 mm的自然級產(chǎn)物占全樣產(chǎn)率為15.062%，灰分為31.23%，并取小于0.5 mm自然級產(chǎn)物200.0 g做煤粉篩分試驗(yàn)，煤粉篩分試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 煤粉篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，在0.5～0.25 mm、0.25～0.125 mm和0.125～0.075 mm粒級內(nèi)，隨著粒度差異的變化，產(chǎn)品灰分差異基本不變，保持在29.5%左右；在0.075～0.045 mm粒級范圍內(nèi)，灰分大幅增加至33.6%；在小于0.045 mm級灰分竟高達(dá)40.48%，高于樣品灰分近10%。也就是說在小于0.075 mm粒級范圍內(nèi)，粒度越小產(chǎn)品灰分越高，從而可以斷定在煤粉中0.075～0.045 mm及小于0.045 mm粒級內(nèi)高灰細(xì)泥含量大，泥化試驗(yàn)報(bào)告匯總見表3。

表3 泥化試驗(yàn)報(bào)告匯總表

從表3可以看出，C19煤層其泥化程度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國家高度泥化比（20%）的劃分標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)樣品質(zhì)量的測定，原煤灰分在30%左右，在古敘礦區(qū)其原煤品質(zhì)已經(jīng)較好，不存在頂?shù)装鍑?yán)重影響泥化的可能，高灰細(xì)泥只可能來自煤層中的夾矸，由于現(xiàn)代化的開采方式，煤層中夾矸對煤質(zhì)的影響是不可避免的，那么在洗選的時(shí)候?qū)⒉坏貌幻媾R煤泥水處理的難題。

2.3 結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)分析泥化情況

根據(jù)周邊選煤廠加工C19原煤的情況來看，循環(huán)水固體物含量達(dá)到了208 g／L，嚴(yán)重影響了跳汰機(jī)的分層效果，導(dǎo)致精煤產(chǎn)品達(dá)不到低灰的要求。同時(shí)由于高灰細(xì)泥的帶入，精煤產(chǎn)品的灰分始終在20%左右，精煤篩脫水效果極差，經(jīng)精煤篩脫水后的精煤水分仍然高達(dá)18%以上，時(shí)常出現(xiàn)跑水現(xiàn)象，現(xiàn)場不得不采用高壓清水噴洗精煤從而脫除精煤表面的高灰細(xì)泥。當(dāng)采取清水噴洗精煤后，精煤灰分降低了近4%，達(dá)到16%，可見高灰細(xì)泥成分對產(chǎn)品質(zhì)量影響非常大。

由于煤泥導(dǎo)致小于5μm的細(xì)粒級大大增加，嚴(yán)重制約了煤泥水處理的效果和能力。以周邊的太平選煤廠為例，分別處理C25和C19煤泥，壓濾機(jī)的生產(chǎn)效率相差極大，單板壓濾時(shí)間由原20 min升高為90 min，時(shí)間增加了70 min，效率降低了3.5倍，同時(shí)煤泥量也在大大增加，由之前的10%升高到25%，從而導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)嚴(yán)重紊亂，生產(chǎn)時(shí)間大大縮短，處理能力嚴(yán)重不足。

經(jīng)分析，導(dǎo)致壓濾機(jī)處理效率大大降低的主要原因是由于夾矸和矸石泥化后極細(xì)微粒堵塞濾布所致。

通過現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況可以表明，C19原煤呈高度泥化特征，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和壓濾機(jī)處理效率。

3 采用細(xì)粒級分級入洗的情況分析

3.1 采用3 mm分級入洗對煤泥水處理的影響分析

針對石屏一礦的C19煤層而言，其采用長壁式綜采工藝對煤層的破碎程度高，加之井下皮帶轉(zhuǎn)載和煤倉跌落等因素的影響，煤的破碎程度很高，出井原煤塊煤率極低，由于煤和矸石的抗碎強(qiáng)度具有很大差異，從而使煤和矸石在粒度組成上不均衡，C19原煤煤質(zhì)分析見表4。

表4 C19原煤煤質(zhì)分析表

通過表4可以看出，原煤總樣灰分為29.75%，小于0.5 mm 粒級灰分為16.51%，小于0.5 mm粒級占全樣產(chǎn)率為14.152%，小于3 mm粒級灰分為19.52%，小于3 mm粒級占全樣產(chǎn)率為42.3%。

采用3 mm細(xì)粒級分級入洗后，按照85%的篩分效率計(jì)算，入洗原煤的原生煤泥量將會(huì)減少85%，而作為次生煤泥量而言，由于細(xì)粒級產(chǎn)品的大幅降低，水與固體表面的接觸面積成對數(shù)級降低，從而泥化現(xiàn)象也必將成對數(shù)級降低，次生煤泥含量也就大大減少。也就是說入洗原煤的原生煤泥含量將會(huì)減少至占總樣的2%，次生煤泥含量減少至占總樣約3.5%，由此煤泥水處理系統(tǒng)的壓力將會(huì)大大降低。

采用3 mm細(xì)粒級分級入洗從源頭減少了原生煤泥量和次生煤泥量，為煤泥水處理留足了空間。原樣中大于50 mm粒級占全樣產(chǎn)率為8.840%，破碎至小于50 mm，與自然級合并進(jìn)行試驗(yàn)，原煤總樣灰分為29.75%，硫分為0.20%；小于0.5 mm粒級的灰分為16.51%，全硫?yàn)?.26%；小于3 mm的粒級占全樣產(chǎn)率達(dá)42.3%，灰分為19.52%，全硫?yàn)?.18%。

3.2 采用3 mm分級入洗的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

石屏一礦的煤種屬于3＃無煙煤，其主要產(chǎn)品方向是化工用煤、高爐噴吹煤和電煤。

由表4可以看出，通過3 mm分級后，篩下產(chǎn)物固定碳已達(dá)71左右，已可滿足化工用煤的要求。也就是說，通過3 mm分級不會(huì)影響企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。針對全粒級入洗和3 mm分級的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析統(tǒng)計(jì)如表5。

表5 全粒級和分級入洗的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)表5的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，采用3 mm分級后原煤比采用全粒級入洗的原煤價(jià)值高48元／t。按照石屏一礦年產(chǎn)120萬t計(jì)算，可以增加收入達(dá)5760萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

同時(shí)，由于采用了分級入洗，篩下物直接作為化工用煤或電煤進(jìn)行銷售，導(dǎo)致實(shí)際入洗的總量減少，將會(huì)大大降低選煤廠每噸原煤的加工成本。按照原煤加工成本40元／t計(jì)算，每噸原煤的加工成本將會(huì)降低30%，節(jié)約12元／t的加工費(fèi)用。另外，由于大大降低了選煤廠的煤泥含量，將大大節(jié)約每噸原煤水處理的藥劑成本、電力消耗以及設(shè)備購置和土建設(shè)施費(fèi)用，使選煤廠的工藝更加簡化，管理更加方便，成本更加便宜。

4 采用細(xì)粒級分級入洗工藝的條件和優(yōu)勢

4.1 采用細(xì)粒級分級入洗工藝的條件

具有以下煤質(zhì)特征的煤可以考慮采用細(xì)粒級分級入洗：

（1）高度泥化的原煤，采用細(xì)粒級篩分減少煤泥含量。

（2）易碎的煤種，采用細(xì)粒級分級往往即可達(dá)到用戶產(chǎn)品質(zhì)量的原煤。

（3）當(dāng)原煤品質(zhì)較好時(shí)，通過3 mm或6 mm篩分即可達(dá)到用戶產(chǎn)品質(zhì)量要求的情況。

（4）動(dòng)力煤選煤廠可通過3 mm或6 mm分級達(dá)到大幅提高發(fā)熱量。

（5）采用細(xì)粒級分級后，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成的差異不會(huì)導(dǎo)致企業(yè)效益受損。

4.2 采用細(xì)粒級分級入洗的優(yōu)點(diǎn)

在具備細(xì)粒級分級入洗的條件下，采用細(xì)粒級分級入洗具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）大大降低煤泥的總量，減少和簡化煤泥水處理系統(tǒng)，包括壓濾機(jī)、濃縮機(jī)和水泵等設(shè)備購置的費(fèi)用將大大降低。

（2）煤泥水能夠有效處理后，更加方便控制介質(zhì)懸浮液的煤泥含量，從而能夠?yàn)樾髌魈峁┮粋€(gè)相對穩(wěn)定的分選環(huán)境，保證了分選效果，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

（3）高度泥化的煤質(zhì)采用細(xì)粒級分級實(shí)現(xiàn)煤泥水有效處理后，能大大降低重介選煤廠分流量，減少由于磁選機(jī)的效率損失導(dǎo)致的介質(zhì)損耗，從源頭為實(shí)現(xiàn)降低介耗的目標(biāo)提供了條件。

（4）可大幅降低同等規(guī)模選煤廠的原煤能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

5 細(xì)粒級分級設(shè)備的選擇

當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)粒級（3 mm或6 mm）分級的設(shè)備有博后篩、琴弦篩和弛張篩等，其中弛張篩具有結(jié)構(gòu)簡單、篩分效率高、處理能力大、適應(yīng)能力強(qiáng)和檢修維護(hù)方便等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)細(xì)粒級分級特別是易泥化煤質(zhì)的細(xì)粒級分級的理想設(shè)備。

6 結(jié)論

通過以上分析，細(xì)粒級分級入洗的選煤工藝將會(huì)在選煤廠工藝選擇過程中越來越得到重視，甚至?xí)蔀橐环N典型工藝流程得到廣泛地推廣應(yīng)用。

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