俄霍布拉克煤礦高效潔凈中塊煤分選系統(tǒng)技術(shù)改造研究

陳國強

【摘 要】針對俄霍布拉克煤礦中塊煤分選采用人工分揀方式，造成用人多效率低，矸石選不盡煤質(zhì)差，產(chǎn)量低不能滿足市場需求的問題，在調(diào)研國內(nèi)眾多分選工藝設(shè)備基礎(chǔ)上，提出采用ZM礦物高效分離機進行干法選煤代替人工選煤的工藝方案，方案經(jīng)實施后，該技術(shù)工藝可明顯提升煤質(zhì)，提高產(chǎn)量，提高工效，而且潔凈環(huán)保，企業(yè)取得了較好的經(jīng)濟、環(huán)境效益，值得大力推廣應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】中塊煤；高效；潔凈；分選；研究

0 概述

俄霍布拉克煤礦是徐礦集團早期援疆企業(yè)，坐落在庫車縣北山礦區(qū)，2004年投入生產(chǎn)，原設(shè)計生產(chǎn)能力90萬t/a，經(jīng)過多次改擴建，目前產(chǎn)能核定400萬t/a，實際生產(chǎn)能力600萬t/a；礦井選煤系統(tǒng)設(shè)計為機械分級，人工選煤的方式，井下原煤上井后首先進入固定棒條篩對+150mm以上超大塊煤矸預(yù)選，以防止篩分系統(tǒng)卡堵，保證設(shè)備安全可靠運行，-150mm以下篩下物進入主香蕉振動篩進行篩選，生產(chǎn)三個商品煤種，即大塊（粒度≥80mm，），中塊（粒度25～80mm），沫煤（粒度≤25mm）。預(yù)選出的超大塊和主香蕉篩篩選出的大塊進行混合采用人工選矸后入堆場。中塊進入緩沖倉后由另行建立的獨立人工選矸系統(tǒng)選矸后入堆場，沫煤直接進入沫煤倉，由火車快裝站和汽車分別裝車發(fā)運。其設(shè)備工藝流程，見圖1。

1 問題提出

由于礦井煤種為低灰、低硫、高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)動力煤，屬于不沾煤，礦井在設(shè)計時未考慮原煤洗選問題，只考慮原煤分級后，大中塊手選，沫煤直接裝車外賣。因礦井采用綜采放頂煤和一次采全高生產(chǎn)工藝，原煤中混入矸石較多，大塊矸石在預(yù)選后混入大塊煤系統(tǒng)，因數(shù)量少、塊度大，由人工分揀尚可行；而中塊矸石混入中塊煤系統(tǒng)，由于數(shù)量較大（礦井中塊煤日產(chǎn)約3000t/d，其中矸石和低熱值塊煤占40%），塊度較小，由人工分揀則難度較大，表現(xiàn)為用人多、選不盡、產(chǎn)量低、效率低，嚴重影響煤質(zhì)，影響銷售。為保證煤質(zhì)，礦井采取了井下放頂煤時“見矸關(guān)門”和采全高時撇頂炭留偽頂措施，控制矸石量，一定程度上保證了煤質(zhì)但犧牲了資源回收，嚴重影響礦井產(chǎn)量。因中塊煤在南疆用于日常生活和烤火取暖，市場需求旺盛，價格較高，是企業(yè)主要利潤貢獻源，為此進行中塊煤機械化選煤系統(tǒng)改造，提質(zhì)提量勢在必行。

2 改造方案

2.1 方案選擇

由于礦井處于新疆戈壁荒灘內(nèi)，夏季高熱、冬季高寒，地表缺水不適宜建立洗煤廠，在考察國內(nèi)相關(guān)廠家企業(yè)后，我們決定改上目前國內(nèi)較為成熟的中塊干法選煤工藝，國內(nèi)干法選煤工藝設(shè)備較先進的有FGX復(fù)合干法選煤系統(tǒng)和賽博瑞特（北京）技術(shù)發(fā)展有限公司近年引進美國最新干法分離技術(shù)開發(fā)的ZM礦物高效分離機系統(tǒng)。ZM礦物高效分離機系統(tǒng)是專門針對高低密度混合物的干選分離設(shè)備，比FGX復(fù)合干選設(shè)備更為先進，可在0～100mm粒度范圍內(nèi)用于煤炭分選，對0～80mm粒度尤為適宜，在排矸、降硫同時去除一定水分，大幅提高煤質(zhì)和發(fā)熱量，是一站式解決煤炭干式分離的集成模塊式小型選煤廠，其缺點是價格較為昂貴。廠家為消除客戶對產(chǎn)品性能的疑慮和降低客戶的初次投入，承諾可以進行設(shè)備租賃，分期付款，也可以代為進行礦物分離加工服務(wù)，以檢驗設(shè)備性能和分選效果。據(jù)此，故決定ZM礦物高效分離機系統(tǒng)作為俄霍布拉克煤礦中塊選煤系統(tǒng)改造的首選。

2.2 ZM高效礦物分離機系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)主要構(gòu)成

ZM系列礦物高效分離機系統(tǒng)主要包括：上料系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和產(chǎn)品輸送系統(tǒng)等，另可增加原煤準備系統(tǒng)。

（1）上料系統(tǒng)。主要包括緩沖倉、給煤機、振動篩和入煤皮帶，緩沖倉的作用是儲存原料，保證入料的均勻性。給煤機主要控制給煤量，可根據(jù)入料煤的特性進行靈活調(diào)整，也可根據(jù)需要增加振動篩，篩出粒度符合要求的煤塊后通過上煤皮帶給入設(shè)備進行分選。

（2）分選系統(tǒng)。主要包括分選機、布風裝置、吊掛裝置、激振電機等，根據(jù)入煤特性，其各個參數(shù)可進行靈活調(diào)整，在分選機的分選床面上實現(xiàn)煤與矸石的有效分離。

（3）除塵系統(tǒng)。主要包括集塵罩、布袋除塵器、旋風除塵器、噴霧除塵和引風機等，集塵罩布置在分選床面的上部，在引風機的作用下，集塵罩內(nèi)形成負壓空間，粉塵不外溢。旋風除塵器除去顆粒較大的粉塵，布袋除塵器是除塵系統(tǒng)的核心部件，可有效清除循環(huán)風中的粒級較細煤粉，同時保證外排空氣中的粉塵濃度低于國家標準。在轉(zhuǎn)載點或易揚塵部位，增加采用噴霧除塵可有效提高整個分選系統(tǒng)的除塵效果。

（4）控制系統(tǒng)。具有完善的聯(lián)鎖和各種電氣保護功能。主機軟啟動功能，可手動或自動控制，核心元件進口，采用MNS柜體。

（5）成品輸送系統(tǒng)。主要包括精煤皮帶、矸石皮帶和中煤皮帶（根據(jù)需要配置，如需回旋，則還要增加一條中煤轉(zhuǎn)載皮帶），如果受距離、場地或其他條件的限制，還可增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)載皮帶。

（6）原煤準備系統(tǒng)。主要是指大塊物料的篩分（或破碎）作業(yè)，使粒度控制在80mm以下，為礦物高效分離機提供合適的原料。

工藝流程簡圖，見圖2。

2.2.2 ZM礦物高效分離機核心——分選機

ZM礦物高效分離機系統(tǒng)其核心部分是分選部的分選機，如圖3所示。分選機由分選床、振動電機、布風室、接料槽、機架、吊掛裝置組成，分選床由床面、背板、格條、排料擋板、矸石門組成，分選床面是鐵板與橡膠板的復(fù)合體，床板鉆有風孔，床面上裝有格條，床面下有控制風量的風室，由離心式通風機供風，氣流通過床面上的風孔作用于分選物料。吊掛裝置將分選床、振動電機用鋼絲繩吊掛在機架上，通過角度調(diào)節(jié)裝置可任意調(diào)節(jié)分選床的縱向、橫向角度，床面一側(cè)有高度可調(diào)節(jié)的排料擋板，控制床面礦物層厚度，擋板外側(cè)設(shè)有接料槽，承接成品煤和矸石，槽內(nèi)有排料翻板，適應(yīng)不同煤種截取區(qū)域。物料在分選床面上受風力和振動雙重作用實現(xiàn)階梯旋轉(zhuǎn)運動重復(fù)分離。

2.3 ZM400分離機主要技術(shù)特征

ZM400高效礦物分離機系統(tǒng)，采用雙主選機對稱布置聯(lián)合設(shè)計，可單機運行也可雙機聯(lián)合運行。其技術(shù)特征見表1。

2.4 ZM高效礦物分離機的分選原理

高效礦物分離機分選原理：設(shè)備采用階梯分選原理，物料在分離選床上受振動和風力的共同作用，進行階梯式旋轉(zhuǎn)運動，在階梯區(qū)間進行重復(fù)分離，各階梯區(qū)間根據(jù)物料的組成不同和風力的分布差異化，形成具有密度差異的流態(tài)化自生分離介質(zhì)層，擊振力加強了物料按密度分層效果，流態(tài)化分離介質(zhì)層的厚度及風力不同造成的物料介質(zhì)沸騰程度不同，導(dǎo)致被分離物料在各階梯區(qū)間介質(zhì)層中的埋沒深度存在差異，低密度物料最先越過溢流堰被排出，剩余物料進入下一個階梯區(qū)間再次進行分選，直至分選完畢，排出重礦物，從而在各階梯區(qū)間不同密度物料實現(xiàn)最終分離。

物料在振動作用下在某一階梯內(nèi)的旋轉(zhuǎn)剖面，見圖4；物料在風力和振動綜合作用下在沸騰介質(zhì)內(nèi)按密度分層示意圖，見圖5。

2.5 ZM分離機的控制系統(tǒng)

ZM400高效礦物分離機系統(tǒng)設(shè)計采用雙分選機聯(lián)合對稱布置成一體機的方式，兩單機機既可各自獨立運行也可聯(lián)合運行，分選能力大。其控制系統(tǒng)采用集成設(shè)計，由PLC控制，可以實現(xiàn)分選機任一單機運行或雙機組合運行，對分離機給料部分、分選部分、供風除塵部分、出料部分設(shè)備既可以在操作臺進行遠程操作自動控制運行，也可手動控制進行調(diào)試檢修；無論手動還是自動方式，均按照逆煤流啟車、順煤流停車的工藝順序作業(yè)。設(shè)備發(fā)生原煤斷流時可以按下暫停按鈕，主機停止節(jié)省能耗，恢復(fù)原煤供給后，按下暫停按鈕，系統(tǒng)恢復(fù)運行。其設(shè)備分布及其控制系統(tǒng)示意，見圖6。

系統(tǒng)設(shè)有完善的保護，在主界面可以按授權(quán)進行參數(shù)設(shè)定。任意一臺設(shè)備的開停狀態(tài)、啟停信號、保護狀態(tài)在界面均可顯示，任意一臺設(shè)備出現(xiàn)故障時，操作臺聲光報警，在PLC控制系統(tǒng)的界面上都能反映故障性質(zhì)，可查詢記憶內(nèi)容，便于維修處理。

2.6 ZM礦物分離機與FGX復(fù)合干選機相比創(chuàng)新點

ZM礦物高效分離機在對分選床面形狀、振動形式、物料運動軌跡、床層厚度控制、風力分布、風量控制、分選床角度調(diào)節(jié)和供風除塵工藝配套進行了創(chuàng)新設(shè)計，與傳統(tǒng)FGX復(fù)合干選機相比較有如下創(chuàng)新點：①采用階梯分級干選技術(shù)，床面和分布風結(jié)構(gòu)優(yōu)化，數(shù)量分選效率和分選精度可選范圍大幅提高；②設(shè)備進行集裝箱式模塊化設(shè)計，安裝拆除方便，節(jié)省工期；③具有移動性，可直接放在原煤堆存場或露天坑口進行分選，就地排矸，有效減少短倒和鏟裝費用；④全布袋除塵設(shè)計環(huán)保性能優(yōu)良；⑤自動化程度高，分選床處理能力大，超過10t/h·m2以上，人員工效高；⑥單位能耗低。故設(shè)備選型時應(yīng)該優(yōu)先選用。

3 俄礦中塊煤分選系統(tǒng)的改造與新系統(tǒng)建立

3.1 籌建準備

為穩(wěn)妥起見，在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，礦方與廠家協(xié)商，在礦方儲煤場空曠地帶，由廠家負責先行免費安裝一套產(chǎn)能150t/h的ZM小型礦物高效分離機系統(tǒng)，廠家負責運行，根據(jù)選煤量和煤質(zhì)提取報酬。同時設(shè)備廠家針對俄霍布拉克煤礦中塊煤實際進行選煤試驗，對煤種可選性和設(shè)備適應(yīng)性研究，以獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)，作為建設(shè)正規(guī)大型干選系統(tǒng)的依據(jù)。2014年底，廠家通過近一個月調(diào)試，ZM150系統(tǒng)設(shè)備投入運行，通過2015年近8個月時間運行摸索，該設(shè)備可以對俄霍布拉克煤礦中塊煤可靠分選，平均日產(chǎn)800～1000t/d，分離效率較高，所選煤質(zhì)良好，符合市場需求，達到預(yù)期目的，可以產(chǎn)生較好經(jīng)濟效益。

3.2 方案實施

在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，2015年礦方重新租賃廠家一套ZM400礦物高效分離機系統(tǒng)設(shè)備，安裝在原中塊煤手選樓中，并對系統(tǒng)的廠房、煤倉、皮帶廊、返煤坑相關(guān)環(huán)節(jié)進行改造，以適應(yīng)高效分離機系統(tǒng)的安裝要求，對外圍運輸、篩選設(shè)備和供電系統(tǒng)進行重新配套改造，以適應(yīng)高效分離機系統(tǒng)的運行要求。具體改造工程如下：

（1）原煤準備系統(tǒng)。中塊緩沖倉增加K1給煤機一臺，實現(xiàn)勻速給煤，給煤機下增加1842振動篩一部，將不符合分選要求的大塊煤矸先行分離，同時配套增加一部大塊煤矸手選皮帶，實現(xiàn)大塊外運同時煤矸分離；增加DSJ800型返煤皮帶一部和配套的上煤料坑系統(tǒng)，用以在篩分主系統(tǒng)停運時對中塊系統(tǒng)返煤，保持中塊系統(tǒng)不受井下生產(chǎn)影響?yīng)毩⑦B續(xù)運行，或者對系統(tǒng)的濕煤進行干配、煤場臟雜煤的二次回籠處理。

（2）分選系統(tǒng)。將原先手選樓內(nèi)的平臺、架構(gòu)和三部手選皮帶拆除，增加5t起吊行車，澆筑室外布袋除塵器的基礎(chǔ)，開鑿引風管洞口，挖掘矸石、精煤皮帶機尾下沉廊道，適應(yīng)新分選系統(tǒng)安裝運行要求。

（3）產(chǎn)品儲裝運系統(tǒng)。原中塊入選皮帶縮機頭二次構(gòu)建鋼構(gòu)平臺、精煤和矸石二部皮帶機尾延長改造，以適應(yīng)分選機安裝需求；精煤皮帶的卸載點安裝1845振動篩一部，配套導(dǎo)槽和漏煤口，用以對分選出的精煤二次篩選，分離出精煤塊和精煤沫，使得煤種細化，煤質(zhì)進一步提高。

（4）供電系統(tǒng)。原配套變電所供電系統(tǒng)擴容改造，以適應(yīng)分選設(shè)備的運行需求，ZM400高效分離機系統(tǒng)外圍配套設(shè)備供電，并實現(xiàn)遠控和分離機的聯(lián)控聯(lián)動。

（5）其它：配套建設(shè)供暖、撒水防塵、照明信號、監(jiān)控系統(tǒng)。

系統(tǒng)設(shè)備于2015年10月底安裝調(diào)試結(jié)束，投入運營，至今運行正常，ZM400高效分離機整體平面布置，見圖7。

3.3 中塊煤分選改造后設(shè)備流程

俄礦中塊煤分選系統(tǒng)，由外圍原煤準備系統(tǒng)（給煤機、振動篩、大塊皮帶、入篩皮帶、返煤皮帶），分選系統(tǒng)（給料皮帶、高效分離機、供風除塵部分、電氣控制部分），產(chǎn)品儲裝運系統(tǒng)（精煤皮帶、矸石皮帶、精煤篩）構(gòu)成的組合型干選系統(tǒng)。其設(shè)備流程見圖8，從運行情況看，設(shè)備能力配套，銜接良好，工藝流程合理，整體運行較為順暢。

3.4 分選系統(tǒng)運行情況及效果

3.4.1 運行關(guān)鍵

通過試運行情況來看，要注意以下幾點：

（1）ZM400高效分離機入煤量、風選床的角度、振幅、供風量、排料擋板高度、接料槽翻板角度等要適應(yīng)煤種粒度、水分、含矸情況，調(diào)整精準合理，管理人員要加強出煤品質(zhì)觀察，及時取樣化驗了解入選原煤、成品煤質(zhì)狀況，必要時及時調(diào)整參數(shù)，否則產(chǎn)品煤品質(zhì)容易出現(xiàn)偏差。

（2）高效分離機系統(tǒng)設(shè)備對入選原煤種粒度、外在水分有嚴格要求。原煤粒度必須與分選機要求范圍相適應(yīng)，塊度太大后造成壓分選床，床層松散度無法保證篩選；原煤的外在含水量必須控制，否則粒度小的煤矸粘連無法分離，造成分選床的風孔堵塞影響工作。

（3）原煤中必須含有一定的沫煤作為介質(zhì)，在風力作用下，形成氣固混合介質(zhì)，產(chǎn)生具有一定密度流態(tài)化分離介質(zhì)層，使得分離物料在介質(zhì)層中的埋沒深度因密度產(chǎn)生差異才能順利分離。

（4）系統(tǒng)設(shè)備有嚴格的開停車順序，運行人員要進行嚴格的操作培訓(xùn)，必須嚴格按設(shè)備操作順序和系統(tǒng)運行程序進行；設(shè)備參數(shù)調(diào)整相對專業(yè)要求較高，操作人員應(yīng)熟練掌握設(shè)備性能原理、操作要領(lǐng)，保證參數(shù)調(diào)試精準，選煤合格；系統(tǒng)設(shè)備分散多雜，運行人員要加強巡回檢查，了解機器整體運行情況，強化維護保養(yǎng)，安全設(shè)施必須齊全可靠。

3.4.2 裝備運行情況

因系統(tǒng)設(shè)備較多，礦方落實包機責任，每天強制檢修，及時清除篩面滯炭、床面堵孔和風筒、除塵器內(nèi)的積塵；檢查軟風管連接、各個風閥的動作情況；風機、除塵器振動噪聲情況；電氣完好情況；參數(shù)設(shè)置情況；設(shè)備定期加換油保持潤滑。保證了設(shè)備完好，系統(tǒng)具有較高開機率。

通過運行表明：ZM400高效分離機系統(tǒng)采用干法階梯旋轉(zhuǎn)分離技術(shù)，對于混煤中高密度較難分離的煤矸有顯著分離效果。具有如下突出優(yōu)點：①采用模塊化設(shè)計，按美國標準制造，核心部件均為美國原裝進口，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡單，投產(chǎn)迅速；②系統(tǒng)工藝簡單，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可靈活調(diào)整，市場適應(yīng)能力強；③系統(tǒng)集成智能控制，操作便捷，自動化控制水平高；④全封閉運行，潔凈環(huán)保；⑤分選不用水，能降低原煤外在水分，提質(zhì)效果好，冬季不凍車、不凍倉。裝備整體能夠適應(yīng)俄礦高寒缺水地區(qū)使用條件，效率較高。

3.4.3 系統(tǒng)運行效果

通過近2個月的運行表明，ZM400高效分離機系統(tǒng)設(shè)備運行可靠，效果良好，新建中塊煤分選系統(tǒng)既可以并入礦井原煤篩分生產(chǎn)系統(tǒng)，與之同步運行，也可以通過回煤系統(tǒng)，獨立出來運行，也可兩者配煤，聯(lián)合運行，方式靈活，達到高產(chǎn)高效。

（1）產(chǎn)量：系統(tǒng)每日可產(chǎn)精煤2000t/d，與礦井原煤篩分生產(chǎn)系統(tǒng)同步運行時，入選中塊不再入地倉儲存而占用場地。早班原煤篩分系統(tǒng)檢修時，可以通過回煤系統(tǒng)對煤場內(nèi)的存煤進行處理，也可以對雜質(zhì)煤進行篩選過濾，只要原煤有保證系統(tǒng)運行效率就有保證，可促進礦井從容生產(chǎn)。

（2）煤質(zhì)：通過多次對選成品的采樣分析，煤質(zhì)狀況有顯著提高，滿足市場需求，見表2。

4 結(jié)論

俄霍布拉克煤礦采用該裝備對中塊煤分選系統(tǒng)改造，實現(xiàn)中塊煤排矸、降水、脫硫三重功能，分選效率高，達到設(shè)計要求；系統(tǒng)可并入篩分生產(chǎn)主系統(tǒng)運行，也可獨立通過返煤系統(tǒng)運行，方式靈活，克服了手選工作的被動局面，節(jié)約了人員，顯著的提高了煤質(zhì)，提升了中塊產(chǎn)量，收到良好的經(jīng)濟效益，值得高寒缺水地區(qū)煤礦借鑒推廣應(yīng)用。

[責任編輯：王楠]