雙柳選煤廠重介淺槽排矸可行性分析

吳文波

(1.太原理工大學，山西　太原　030024； 2.煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院，山西　太原　030001)

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雙柳選煤廠重介淺槽排矸可行性分析

吳文波1，2

(1.太原理工大學，山西太原030024； 2.煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院，山西太原030001)

針對雙柳選煤廠現(xiàn)有塊煤排矸工藝在生產(chǎn)中存在的問題以及動篩排矸帶煤嚴重，在分析入選原煤特性及可選性基礎(chǔ)上，提出了重介淺槽分選上下限分別為200 mm和25 mm的技術(shù)改造方案，并對其進行可行性分析，降低了矸石入選比例，社會經(jīng)濟效益顯著。

塊煤；重介淺槽；矸石；分選粒度；上、下限

雙柳選煤廠地處山西柳林，是一座1.50 Mt/a的礦井型選煤廠，于2003年投產(chǎn)運行，經(jīng)2008年技術(shù)改造后，目前的洗選工藝為動篩跳汰預選排矸后，采用無壓三產(chǎn)品重介旋流器+煤泥重介旋流器+微泡浮選床聯(lián)合工藝。目前主要入選雙柳礦3#、4#合并煤層，該原煤為中灰(Ad=20.09%)、特低硫(St=0.40%)、中等揮發(fā)分(Vdaf=27.54%)、強黏結(jié)性(G=92.00；Y=20.00 mm)的主焦煤，是我國的稀缺煤種。

1　技術(shù)改造的必要性

隨著礦井開采深度的增加，原煤中含矸量增大，尤其9#煤層煤質(zhì)極差，現(xiàn)有的工藝已不適應礦井發(fā)展的需要，雙柳選煤廠由于動篩跳汰系統(tǒng)設(shè)備性能等原因，洗選后的矸石帶煤高達7%，造成粗精煤損失嚴重；另外50～30 mm粒級的矸石進入重介車間，增加了設(shè)備運行負荷，造成設(shè)備運行故障多，日常維護量大，嚴重制約礦井的生產(chǎn)。因此，需要對原有的排矸系統(tǒng)進行升級改造，以實現(xiàn)選煤廠的“減員增效”和生產(chǎn)自動化。

2　可行性分析

2.1煤質(zhì)特性

根據(jù)現(xiàn)場提供的煤質(zhì)資料，分析得出：1) 3#、4#入選原煤灰分為31.90%，屬中高灰分煤，矸石較硬不易破碎，煤較軟。自然級+25 mm粒級含量占31.44%，灰分為40.82%，+50 mm粒級中矸石產(chǎn)率為34.00%，灰分為81.86%，矸石純度較高。2) +25 mm浮沉綜合中主導密度級為+2.0 kg/L，產(chǎn)率達34.17%，灰分為74.36%，說明該粒度級矸石含量大且成分很純，通過原煤準備的排矸工藝會有效降低原煤灰分；1.5～1.8 kg/L中間密度物含量低，有利于精煤回收；浮沉煤泥產(chǎn)率為2.02%，灰分為22.52%，較原生煤泥灰分低，說明矸石不存在泥化現(xiàn)象。3) 經(jīng)計算，當分選密度為1.80 kg/L時，浮物累計產(chǎn)率59.33%，灰分為19.11%，±0.1含量15.11%，可選性為中等可選，200～25 mm綜合級的可選性曲線見圖1.

圖1　200～25 mm綜合級的可選性曲線圖

隨著雙柳礦礦井開采機械化程度的不斷提高和采煤工藝的變化，3#、4#原煤可供開采的儲量已大為減少，接下來將對8#、9#煤層進行開采。8#、9#煤層的原煤大篩分實驗結(jié)果見表1.

表1　8#、9#煤層的原煤大篩分實驗結(jié)果表

由表1可以看出：1) 8#原煤灰分為27.27%，屬中等灰分煤，50～0 mm粒級含量較高，為91.22%；矸石與煤的抗碎強度差異較大，+100 mm粒級為純矸石，所以，在洗選之前應盡可能將矸石排出，避免矸石進入洗選系統(tǒng)，造成設(shè)備大量磨損，以及過多的無效分選；自然級+50 mm粒級含量占8.78%，灰分為52.57%，原煤-13 mm粒級產(chǎn)率73.63%，粉末煤含量高。2) 9#原煤灰分為51.97%，屬高灰分煤，矸石較硬而煤較軟；+100 mm粒級為純矸石，自然級+50 mm粒級含量占11.62%，灰分為75.76%；自然級中50～25 mm、25～13 mm粒級灰分分別為68.26%、66.65%，可以看出這兩級灰分仍非常高，如將該粒級中的矸石預先排出，對后續(xù)的洗選作業(yè)非常有利。原煤-13 mm粒級產(chǎn)率61.72%，粉末煤含量大。綜上所述，后續(xù)入選的8#、9#原煤中矸石含量較大，且多集中在50 mm以上的粒度級，因此，需要進行預先排矸以提高洗選效率。8#、9#原煤200～25 mm綜合級浮沉試驗結(jié)果見表2.

由表2可以看出：1) 8#煤中200～25 mm粒度級主導密度級為+1.8 kg/L，產(chǎn)率達56.77%，灰分為69.68%，該粒度級矸石含量較大；9#煤中200～25 mm粒度級中主導密度級為+1.8 kg/L，產(chǎn)率達91.90%，灰分為76.28%. 通過預先排矸能有效降低原煤灰分，避免大量無效分選。2) 8#煤的中間密度物(1.5～1.8 kg/L)含量為6.66%，灰分為30.21%；9#煤的中間密度物含量低，有利于精煤回收；-1.50 kg/L含量為5.06%，灰分為9.47%，有利于回收精煤。3) 8#煤浮沉煤泥灰分31.99%，灰分較原生煤泥灰分高10.58%，9#煤中浮沉煤泥產(chǎn)率為1.93%，灰分較原生煤泥灰分高9.47%，兩個煤樣中矸石均存在泥化現(xiàn)象，應當盡量避免煤泥進入分選系統(tǒng)。8#、9#煤200～25 mm綜合級的可選性曲線圖見圖2，圖3.

表2　8#、9#原煤200～25 mm綜合級浮沉試驗結(jié)果表

圖2　8#煤200～25 mm綜合級的可選性曲線圖

圖3　9#煤200～25 mm綜合級的可選性曲線圖

由圖2，圖3可以看出：當分選密度為1.80 kg/L時，8#煤浮物累計產(chǎn)率43.23%，灰分11.19%，±0.1含量為2.32%，可選性等級為易選；9#煤的浮物累計產(chǎn)率8.10%，灰分18.37%，±0.1含量為2.53%，可選性等級為易選。

2.2淺槽排矸分析

重介淺槽分選機是根據(jù)不同比重的物料在重介懸浮液中的沉浮原理來工作的槽式分選設(shè)備。原煤從入料端給入充滿重介懸浮液的槽體內(nèi)，其中 80%～90%的懸浮液從給料端的水平流管給入，以形成縱向水平流；10%～20%的懸浮液通過槽底數(shù)排孔給入，形成上升流，使精煤上浮。浮起的塊煤在水平流的作用下，從另一側(cè)溢流至塊煤脫介篩，矸石沉至淺槽的底部，由鏈條帶動刮板把矸石抬起一定傾斜度，經(jīng)矸石溜槽排至塊矸脫介篩，見圖4.

采用重介淺槽分選機預排矸，預先排除原煤中的大塊矸石，可以改善三產(chǎn)品旋流器的入料組成，減少三產(chǎn)品旋流器入料中的矸石量，降低一段旋流器的排矸負荷，提高了旋流器的處理能力，達到增加選煤廠生產(chǎn)能力的效果；采用淺槽分選預先排矸，進入三產(chǎn)品旋流器煤泥量減少，降低了介質(zhì)分流量，進入磁選機的稀介質(zhì)量減少，增加了介質(zhì)系統(tǒng)的穩(wěn)定，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

圖4　淺槽排矸結(jié)構(gòu)及原理圖

2.3分選粒度上、下限分析

3#+4#原煤的篩分資料表明：50～0 mm自然級的原煤灰分為27.80%、灰分較低。說明50～0 mm級原煤中矸石含量低，不需要預先排矸；根據(jù)確定的塊煤分選設(shè)備，淺槽分選機的有效分選粒度范圍為200～13 mm. 因此，分選3#+4#煤時，分選上限確定為200 mm、下限為50 mm.

由8#、9#煤質(zhì)資料可以看出，+100 mm粒級為純矸石，通過反手選直接排棄即可。根據(jù)礦井開拓方案，在3#+4#煤開采后期，3#+4#、8#煤兩個工作面交替出煤，3#+4#、8#煤輪換入洗。為避免交替更換預先分級篩篩板，造成頻繁停產(chǎn)，考慮將預先分級篩篩孔(分選上限)定為200 mm. 由于8#煤50～25 mm，9#煤50～13 mm粒級原煤中矸石產(chǎn)率仍然較高，將排矸粒度下限確定為13 mm后可多排22.31%矸石，減少后續(xù)三產(chǎn)品重介旋流器的排矸負荷。依據(jù)煤質(zhì)資料計算：13 mm分級所需篩面為900÷25=36 m2，最少選用2臺3661型香蕉篩。選用淺槽槽寬大于4 m；精煤、矸石脫介篩均為2460型，所需廠房體積大，投資高。同時，9#煤儲量小，開采年限短，當洗選3#+4#煤及8#煤時存在大馬拉小車的情況，造成了設(shè)備能力的浪費。如將分選下限定為25 m，洗選8#煤時可多排3.68%矸石，洗選9#煤時可多排9.29%矸石。3#+4#煤25～1 mm自然級產(chǎn)率高達52.11%，主選系統(tǒng)選用的旋流器規(guī)格為2臺d1200/900型，一段排矸能力將達到240～480 t/h. 9#煤25～1 mm自然級+1.8 kg/L重產(chǎn)物產(chǎn)率為34.39%，最大矸石量為309.54 t/h，旋流器一段能夠輕松將該部分矸石排出，不會對旋流器處理能力及分選效果造成影響。由此，將分選下限定為25 mm.

綜合上述分析，推薦塊煤排矸上限為200 mm，下限為25 mm.

2.4改造方案

綜上所述，提出的改造思路為：新增加的淺槽分選機取代現(xiàn)有的動篩跳汰機。利用淺槽分選機對200～25 mm塊原煤進行預先排矸,分選的矸石進入矸石倉；分選的精煤破碎至-50 mm以后摻入25～0 mm原煤進入主廠房洗選，介質(zhì)獨立回收；產(chǎn)生的煤泥水采用濃縮+壓濾工藝回收。

2.5社會經(jīng)濟效益分析

該礦主要為焦煤和肥煤，屬于稀缺寶貴資源，改造后回收的粗精煤進入后續(xù)系統(tǒng)洗選，回收更多煉焦精煤，最大限度地提高稀缺煤類資源的利用率。同時改造可有效避免洗后矸石帶大量煤排入周邊環(huán)境，污染地表水及地下水環(huán)境，以及由于自燃造成大氣污染。

此次改造預計投資5 074.01萬元，回收的粗精煤按330元/t計算，銷售收入增加1 584萬元/年。洗選成本增加459萬元/年，增加效益1 125萬元/年，投資回收期為4.5年。

3　結(jié)　論

雙柳選煤廠排矸系統(tǒng)經(jīng)過充分論證,能夠適應雙柳原煤特性,且工藝穩(wěn)定可靠,分選效率高，確保了雙柳選煤廠的洗選處理能力以及節(jié)能環(huán)評等各項指標處于同行業(yè)先進水平，選煤廠更能適應目前煤炭市場和深加工發(fā)展的需要，多出高質(zhì)量煉焦精煤，潔凈生產(chǎn)，有力地促進了經(jīng)濟的發(fā)展。

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2016-03-22

吳文波(1987—)，男，四川德陽人，2010年畢業(yè)于太原理工大學，太原理工大學在讀工程碩士研究生，助理工程師，主要從事選煤設(shè)計工作，(E-mail)wenbowd@163.com

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