TDS智能干選機(jī)在煤礦中的研究與應(yīng)用

高嵩

鄂托克前旗長城五號礦業(yè)有限公司，中國·內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016200

1 TDS 智能矸選系統(tǒng)的應(yīng)用意義

內(nèi)蒙能源某礦位于中國寧夏回族自治區(qū)銀川市東南35km，行政區(qū)劃分隸屬內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克前旗上海廟鎮(zhèn)管轄。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力180 萬t/a。未配套建設(shè)選煤廠，礦井原煤主要運(yùn)輸至中心選煤廠進(jìn)行集中洗選加工，對于中心選煤廠來說，原煤來料粒度要求小于50mm，在內(nèi)蒙能源某礦設(shè)置地面生產(chǎn)系統(tǒng)，將原煤粒度控制在50mm 以內(nèi)，以滿足中心選煤廠入料及產(chǎn)品地銷的粒度要求。另外，5 號煤層質(zhì)量較好，塊原煤可以通過篩分后直接銷售。但是開采9 號煤層時(shí)由于硫分較高，而且矸石含量較高，特別是+50mm 塊煤中矸石含量更高，通過設(shè)置TDS 智能排矸系統(tǒng)，可以穩(wěn)定原煤煤質(zhì)，改善后續(xù)選煤廠主洗系統(tǒng)分選效果，提高精煤產(chǎn)率以及產(chǎn)品銷售價(jià)格；可以降低塊煤破碎機(jī)的處理負(fù)荷，降低設(shè)備故障率。對于穩(wěn)定生產(chǎn)、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，意義重大，可以減少長距離皮帶運(yùn)輸?shù)呢?fù)荷，降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。采用手選工藝，可以大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境，同時(shí)可以做到減人提效的目的[1]。

2 技術(shù)報(bào)告

2.1 項(xiàng)目概述

內(nèi)蒙能源某礦毛煤經(jīng)過主斜井皮帶運(yùn)至井口房，在井口房的主井皮帶機(jī)頭分叉溜槽給至新增的TDS 矸選系統(tǒng)處理。當(dāng)?shù)V井提升掘進(jìn)矸石時(shí)，掘進(jìn)矸石直接進(jìn)入矸石皮帶運(yùn)至矸石倉存儲。

礦井毛煤在井口房經(jīng)過50mm 分級篩分級后，+50mm塊煤通過振動(dòng)布料器，均布后的+50mm 大塊直接進(jìn)入TDS智能矸選系統(tǒng)，經(jīng)過矸選機(jī)分選出塊精煤和矸石產(chǎn)品。雖然大塊煤中矸石含量大，但是如果選擇采用“打煤”，難免有漏網(wǎng)之魚進(jìn)入矸石中。由于后續(xù)還有洗選作業(yè)，因此選擇“打矸”方案，即使部分矸石進(jìn)入塊煤中，還有后續(xù)洗選作業(yè)把關(guān)。另外還可以盡量減少塊精煤損失。塊精煤（+50mm）進(jìn)入精煤破碎機(jī)破碎至-50mm，摻入篩下-50mm 原煤中，經(jīng)皮帶一起運(yùn)至原煤倉儲存；塊矸石經(jīng)過皮帶運(yùn)至矸石倉儲存。

2.2 課題提出

（1）內(nèi)蒙能源某礦9 號煤中+50mm 可見矸占本級的59.52%；因此有必要進(jìn)行單獨(dú)機(jī)械化排矸。

（2）為了提高原煤的質(zhì)量和穩(wěn)定性，改善后續(xù)選煤廠主洗系統(tǒng)分選效果，提高精煤產(chǎn)率，有必要機(jī)械化預(yù)先排除大塊矸石。

（3）為貫徹節(jié)能減排精神，減少無效運(yùn)輸，將大塊矸石就地排除是必要的。

（4）內(nèi)蒙能源某礦原煤存在一定的矸石泥化現(xiàn)象，大塊矸石預(yù)先排除出來，既可以減少矸石對后續(xù)煤泥水系統(tǒng)的污染，也可以減少主選系統(tǒng)的入選量，從而提高設(shè)備的利用率。

（5）機(jī)械化排除大塊矸石，可減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、減員增效、提高經(jīng)濟(jì)效益，做到文明生產(chǎn)。

（6）預(yù)先排除大塊矸石，對含矸量高的煤可加大開采強(qiáng)度，可提高礦井回采率，延長礦井服務(wù)年限，提高資源利用率。

（7）大塊排矸后的原煤可以直接作為動(dòng)力煤銷售，用作電廠的燃料煤。

2.3 技術(shù)方案

內(nèi)蒙能源某礦在現(xiàn)有主井井口房西側(cè)建設(shè)TDS 矸選車間，原井口房分級篩拆除，在拆除后的位置布置兩臺滾軸篩。篩上進(jìn)入TDS 分選，篩篩下物直接由皮帶運(yùn)至中心洗煤廠進(jìn)行洗選。

改造完成后，主井井口房形成了如下的三種工作模式：

（1）當(dāng)開采5 號煤層時(shí)，塊煤含量較少，則主井皮帶的物料進(jìn)入新增的旁路系統(tǒng)，即進(jìn)入新增的50mm 分級篩（滾軸篩）進(jìn)行分級，篩上進(jìn)入新增破碎機(jī)，破碎至50mm 以下并與篩下物一起運(yùn)至中心洗煤廠進(jìn)行洗選。

（2）當(dāng)開采9 號煤層時(shí)，由于塊煤中矸石含量較大，需要進(jìn)入TDS 矸選車間進(jìn)行分選，即主井皮帶的物料進(jìn)入本方案新增的兩臺50mm 分級篩（滾軸篩）進(jìn)行分級，篩上物進(jìn)入TDS 矸選車間，分選后的塊精煤由皮帶轉(zhuǎn)載后返回至井口房現(xiàn)有破碎機(jī)，破碎至50mm 以下進(jìn)入至中心洗煤廠長距離皮帶；分選后的矸石直接由皮帶收集轉(zhuǎn)載至現(xiàn)有矸石上倉皮帶運(yùn)至矸石倉進(jìn)行排棄。

（3）當(dāng)井下開采掘進(jìn)矸石時(shí)，則主井皮帶物料則按目前旁路溜槽進(jìn)入801 矸石皮帶，并運(yùn)至矸石倉進(jìn)行排棄。

圖1 矸選系統(tǒng)

2.4 技術(shù)特征

2.4.1 系統(tǒng)簡單

TDS 智能干選機(jī)與傳統(tǒng)濕法選煤系統(tǒng)的最大區(qū)別在于不用水，沒有傳統(tǒng)濕法分選系統(tǒng)復(fù)雜的煤泥水濃縮機(jī)壓濾系統(tǒng)，沒有生產(chǎn)管道；而且設(shè)備數(shù)量少，關(guān)聯(lián)銜接點(diǎn)少，系統(tǒng)簡單。

2.4.2 處理粒度范圍寬

TDS 智能干選機(jī)可分別處理 300～50mm、100～25mm 的塊原煤，實(shí)現(xiàn)塊煤的有效分選。

2.4.3 精度高

TDS 智能干選機(jī)采用大數(shù)據(jù)及智能分析技術(shù)，準(zhǔn)確辨別煤與矸石，并實(shí)時(shí)跟蹤物料的動(dòng)態(tài)變化，鎖定執(zhí)行目標(biāo)，尋找最佳執(zhí)行時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)精確分選。其分選精度優(yōu)于動(dòng)篩及跳汰分選。

2.4.4 安全的輻射防護(hù)

TDS 智能干選機(jī)以 X 射線作為識別手段，并通過鉛殼屏蔽，設(shè)備生產(chǎn)時(shí)外殼四周輻射強(qiáng)度一般均低于 1μSv/h，輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)低于國際標(biāo)準(zhǔn)值。設(shè)備發(fā)出的 X 射線與普通放射源不同，只有在設(shè)備開機(jī)時(shí)才會產(chǎn)生輻射，而且 TDS 智能矸選機(jī)為智能化設(shè)備，生產(chǎn)時(shí)不需人工時(shí)刻值守，因此更為安全。

2.4.5 不產(chǎn)生煤泥

TDS 智能干選機(jī)采用先進(jìn)的檢測及執(zhí)行技術(shù)，分選過程不需水，不產(chǎn)生煤泥，無需煤泥水濃縮回收裝置，可大大提高企業(yè)的效益。

2.4.6 降低消耗

TDS 智能干選機(jī)以 X 射線作為識別手段，高壓空氣作為分選執(zhí)行介質(zhì)，主要能耗設(shè)備為空壓機(jī)。與傳統(tǒng)水洗相比，不需要大量的水和介質(zhì)的循環(huán)，省去了合介泵、煤泥水泵等大功耗設(shè)備，不用水、不用介、不加藥，生產(chǎn)消費(fèi)大大降低。

2.4.7 減少維護(hù)

TDS 智能干選機(jī)系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量少，各設(shè)備及部件均結(jié)實(shí)耐用，維護(hù)周期長，維護(hù)量小。

2.4.8 減少人工

TDS 智能干選機(jī)采用前沿科學(xué)技術(shù)，系統(tǒng)高度自動(dòng)化，正常生產(chǎn)時(shí)僅需 1 人監(jiān)控即可，實(shí)現(xiàn)無人值守。

2.5 與其他選煤技術(shù)的比較

目前中國用于大塊煤排矸的主要設(shè)備為塊煤跳汰機(jī)、動(dòng)篩跳汰機(jī)、重介淺槽及TDS 智能矸選機(jī)[2]。

2.5.1 塊煤跳汰機(jī)

跳汰選是一種較為傳統(tǒng)的選煤方法，目前中國有塊煤跳汰、混煤跳汰和末煤跳汰。跳汰選存在系統(tǒng)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在以下缺點(diǎn)：

（1）分選精度稍低于淺槽分選機(jī)，系統(tǒng)自動(dòng)化水平較重介工藝低，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

（2）跳汰作業(yè)煤和水接觸時(shí)間及分選過程長，會產(chǎn)生大量的次生煤泥。

（3）必須配有煤泥水回收系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜。

2.5.2 動(dòng)篩跳汰機(jī)

動(dòng)篩跳汰機(jī)是以水為介質(zhì)進(jìn)行分選，最早開發(fā)的目的是用于大塊煤的排矸作業(yè)，以機(jī)械方式替代人工手選，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，或用于臟雜煤的分選。動(dòng)篩跳汰機(jī)具有工藝簡單、運(yùn)營費(fèi)用低及用水量少等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在以下缺點(diǎn)：

（1）有效分選深度和精度都不如重介淺槽及塊煤跳汰機(jī)。

（2）設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)量較大，造價(jià)高。

（3）必須配有煤泥水回收系統(tǒng)，系統(tǒng)稍顯復(fù)雜。

從上海廟地區(qū)實(shí)際應(yīng)用情況來看，跳汰機(jī)的分選精度低，矸中帶煤量大，已經(jīng)被新礦集團(tuán)列入淘汰類產(chǎn)品。

2.5.3 重介淺槽分選機(jī)

重介淺槽分選機(jī)是專用于處理塊煤的高效分選設(shè)備，近年廣泛應(yīng)用于各類選煤廠塊煤分選作業(yè)[3]。

淺槽的分選原理是利用煤和矸石密度的不同在相對靜止（非脈動(dòng)水流）的重介懸浮液中自然分層。由于淺槽分選機(jī)的分選長度一般只有 1.6～1.8m，煤和矸石在懸浮液中的停留時(shí)間很短，大約是普通跳汰機(jī)的 1/5～1/8，是動(dòng)篩跳汰機(jī)的1/2～1/3，同時(shí)煤和矸石在淺槽內(nèi)的運(yùn)動(dòng)十分平穩(wěn)，可以認(rèn)為是相對靜態(tài)分選，煤和矸石在懸浮液中很少相互擠壓摩擦，因此可以最大限度地提高設(shè)備的分選精度，減輕分選作業(yè)產(chǎn)生的次生煤泥量。

淺槽分選機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）分選精度高，產(chǎn)品回收率高，對煤質(zhì)波動(dòng)有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

（2）自動(dòng)化程度高，懸浮液密度可自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（3）單臺設(shè)備處理能力大。

淺槽分選機(jī)的缺點(diǎn)：

（1）淺槽處理能力主要受限于排矸刮板的運(yùn)量，當(dāng)入料中矸石含量大時(shí)，淺槽處理能力將會大大降低。

（2）淺槽分許必須配有水、介處理回收系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜。

（3）耗水耗介等生產(chǎn)成本高。

經(jīng)過上述分析，隨著選煤技術(shù)的發(fā)展，塊煤排矸工藝也在逐漸變革，從最早的人工揀矸到動(dòng)篩排矸，再到高精度的重介淺槽排矸。新礦集團(tuán)作為中國煤炭行業(yè)的領(lǐng)航者，也一直見證著選煤技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。從目前中國最新的塊煤排矸技術(shù)來說，智能干法分選技術(shù)已趨于成熟，相比而言，以上三種排矸設(shè)備并不是最佳的排矸方案。

2.5.4 TDS 智能干選機(jī)的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)排矸設(shè)備相比，TDS 智能干選機(jī)具有以下優(yōu)勢：

（1）不用水、不用介，系統(tǒng)簡單，施工工程量小。

（2）分選精度優(yōu)于跳汰機(jī)，等同于重介淺槽。

（3）不產(chǎn)生煤泥，無后期煤泥處理費(fèi)用。

（4）生產(chǎn)成本較低。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

內(nèi)蒙能源某礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)180 萬t 商品煤，原煤含矸量約30%，年產(chǎn)矸石80 萬t。TDS 智能矸選系統(tǒng)智能干選+50mm大塊矸石，占矸石總量的50%約40 萬t。原設(shè)計(jì)選用重介淺槽分選60 元/t，利用TDS 智能矸選年節(jié)約洗選費(fèi)用：40*60=2400 萬元。

減少801、803 兩部皮帶運(yùn)行時(shí)間，年節(jié)約用電317182.5kwh年節(jié)電費(fèi)317182.5*0.53=16.8 萬元。

預(yù)計(jì)每年可創(chuàng)效：2400+16.8=2416.8 萬元。

3.2 社會效益分析

一是可以穩(wěn)定原煤煤質(zhì)，改善后續(xù)選煤廠主洗系統(tǒng)分選效果，提高精煤產(chǎn)率以及產(chǎn)品銷售價(jià)格；二是可以降低塊煤破碎機(jī)的處理負(fù)荷，降低設(shè)備故障率，對于穩(wěn)定生產(chǎn)、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益意義重大；三是可以減少長距離皮帶運(yùn)輸?shù)呢?fù)荷，降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；四是采用手選工藝，可以大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境，同時(shí)可以做到減人提效的目的[4]。

4 結(jié)語

本地面生產(chǎn)系統(tǒng)（TDS 智能矸選），采用選煤技術(shù)發(fā)展的塊煤射線識別最新成果，具有生產(chǎn)成本低、工期短、改造對現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)影響小、投資回收期短等優(yōu)點(diǎn)。