選煤工程設(shè)計中多煤層煤質(zhì)分析方法應用研究

郭大林，王 洋，衛(wèi)中寬，吳鵬飛

(中煤天津設(shè)計工程有限責任公司，天津 300131)

煤質(zhì)分析是選煤廠設(shè)計最基礎(chǔ)、最重要的環(huán)節(jié)[4]。在選煤廠設(shè)計過程中，正確分析煤炭和煤質(zhì)的用途，對確定合理的選煤方法和工藝流程很重要，同時也能為出資方進一步落實目標市場、項目決策提供可靠的依據(jù)[5]。東歡坨礦井可采煤層眾多，依據(jù)東歡坨礦井2017—2030年回采銜接表，礦井主采煤層共5層，包括8號、9號、11號、12-1號和12-2號。多個主采煤層同時開采，開采煤層、煤層配比不固定，且變化范圍及頻率非常大。東歡坨礦復雜的原煤條件提高了煤質(zhì)分析的難度。

1 傳統(tǒng)煤質(zhì)分析方法

為準確分析不同時期出井原煤的煤質(zhì)情況，傳統(tǒng)煤質(zhì)分析方法需依賴準確的礦井開采接續(xù)表[6]。首先，依據(jù)礦井開采接續(xù)表確定不同時期的開采煤層數(shù)量及其開采比例[7]。之后依據(jù)各開采煤層煤質(zhì)數(shù)據(jù)及開采比例加權(quán)平均得到出井原煤的煤質(zhì)數(shù)據(jù)，進而進行原煤煤質(zhì)分析[8]。按以上分析步驟對不同時期的處境原煤煤質(zhì)進行分析后，最終將得到符合礦井開采接續(xù)安排的各時期出井原煤煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)[9]。

根據(jù)東歡坨礦井2017—2030回采銜接表分析發(fā)現(xiàn)東歡坨礦井開采煤層及開采比例變化十分頻繁且沒有明顯的規(guī)律，2020年的礦井開采接續(xù)數(shù)據(jù)見表1。

表1 2020年礦井開采接續(xù)表 萬t

如采用傳統(tǒng)煤質(zhì)分析方法，則需逐年逐月進行出井原煤煤質(zhì)的綜合及分析，分析結(jié)果的準確度雖然很高，但也存在很多的不足：①工作量大、周期長。初步估算，需整理出井原煤煤質(zhì)數(shù)據(jù)128組，并進行相應的煤質(zhì)分析；②分析結(jié)果為隨機數(shù)據(jù)，規(guī)律性不強；③分析過程嚴重依賴于礦井開采接續(xù)表的準確性，開采接續(xù)表發(fā)生變化則分析結(jié)果變得毫無意義。

影響礦井生產(chǎn)的因素很多，其生產(chǎn)情況也在不斷變化，礦井開采接續(xù)表需相應進行動態(tài)調(diào)整[10]。這一問題是傳統(tǒng)煤質(zhì)分析方法所不能解決的，其分析結(jié)果對實際生產(chǎn)的指導意義不大。因此，傳統(tǒng)的煤質(zhì)分析方法僅適用于開采煤層單一或開采比例較為確定的開采多煤層礦井。

2 新煤質(zhì)分析方法

統(tǒng)計分析各層原煤的煤質(zhì)資料后，發(fā)現(xiàn)8煤和9煤較為相似，11煤、12-1煤和12-2煤較為相似。如果能夠?qū)?煤和9煤歸為一組(簡稱為“上煤”)，11煤、12-1煤和12-2煤歸為另一組(簡稱為“下煤”)，就可以將5煤層配采問題簡化為2煤層配采問題，原煤的配采情況可簡化為上煤與下煤的0∶10～10∶0共11種，從而大大簡化分析計算工作。更為重要的是，簡化后，可以煤層配比為變量繪制出生產(chǎn)動力煤和煉焦配煤時的利潤變化曲線(如圖1所示)，并依據(jù)兩條曲線的相互關(guān)系，確定生產(chǎn)動力煤和煉焦配煤的煤層配比范圍，規(guī)律性更強，對實際生產(chǎn)更具指導意義。

圖1 不同產(chǎn)品利潤變化曲線

為驗證煤層簡化合并的可行性，本文從工業(yè)分析指標、粒度組成特性和浮沉組成特性三個方面進行論證。

雖然濕地類型多種多樣，大都適合旅游開發(fā)利用，但并不是所有的濕地都可以納入旅游資源的范圍。濕地旅游資源是指具有一定可進入性和觀賞性，具有現(xiàn)存或潛在的客源市場，并能為旅游業(yè)所利用的濕地。濕地利用是嚴格的保護性利用，即進行濕地生態(tài)恢復和濕地生態(tài)建設(shè)，目前安徽沿淮地區(qū)已經(jīng)開發(fā)利用的濕地旅游資源主要有濕地保護區(qū)、濕地公園、水利風景區(qū)三大類。

2.1 工業(yè)分析指標

各層原煤主要工業(yè)分析指標見表2。分析表2可知，各煤層原煤的煤種均為45號氣煤。8煤和9煤的工業(yè)分析指標更為接近，11煤和12-1煤的工業(yè)分析指標更為接近。8煤和9煤的共同特點是灰分高、硫分低、發(fā)熱量低、粘結(jié)指數(shù)低；11號煤和12-1號煤的共同特點是灰分低、硫分高、發(fā)熱量高、粘結(jié)指數(shù)高。

2.2 粒度組成特性

煤層賦存條件和開采方法是決定出井原煤粒度的重要因素[11]。各層原煤煤層賦存條件及開采方法統(tǒng)計見表3。

分析表3可知，8煤和9煤的賦存條件相似，煤層均較厚，采煤方法都是輕型放頂；11煤、12-1煤和12-2煤的賦存條件相似，煤層均較薄，采煤方法都是輕型綜采。8煤和9煤的煤層賦存條件相似、開采方法相同，其出井原煤粒度組成應具有很大的相似性[12]。同理，11煤、12-1煤和12-2煤的出井原煤粒度組成也應具有很大的相似性。

2.3 浮沉組成特性

浮沉組成是原煤煤質(zhì)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)[13]。本文主要從基元灰分和浮物累計特性兩個方面來分析原煤浮沉組成特性。

2.3.1 基元灰分

設(shè)計統(tǒng)計了各層原煤150～0.5mm粒級的各密度基元灰分，統(tǒng)計結(jié)果見表4—6。

分析表4可知，8煤和9煤的各密度級基元灰分較為相似，且低密度級基元灰分較高；11煤、12-1煤和12-2煤的各密度級基元灰分較為相似，且低密度級基元灰分較低。

表2 原煤工業(yè)分析指標統(tǒng)計表

表3 煤層賦存條件統(tǒng)計表

表4 原煤基元灰分統(tǒng)計表

表5 8煤和9煤原煤基元灰分比較表

分析表5可知，當灰分小于20%時，8煤和9煤的基元灰分與平均基元灰分的相對差均不高于10%；當灰分大于20%時，8煤和9煤的基元灰分與平均基元灰分的絕對差均不高于2%。

表6 11煤、12-1煤和12-2煤原煤基元灰分比較表

分析表6可知，當灰分小于20%時，11煤、12-1煤和12-2煤的基元灰分與平均基元灰分的相對差均不高于10%；當灰分大于20%時，除12-1煤的1.5～1.6kg/L和1.6～1.7kg/L密度級外，11煤、12-1煤和12-2煤的基元灰分與平均基元灰分的絕對差均不高于2%。

《煤炭浮沉試驗方法》(GB/T 478—2008)中規(guī)定了浮沉試驗過程中的允許試驗誤差，當煤樣中最大粒度大于或等于25mm時，煤樣灰分小于20%時，灰分相對差值不大于10%；煤樣灰分大于20%時，灰分絕對差值不大于2%[14]。將表5和表6的分析結(jié)果與《煤炭浮沉試驗方法》中規(guī)定的允許試驗誤差相比，8煤和9煤的各密度級基元灰分差在允許試驗誤差范圍內(nèi)，11煤、12-1煤和12-2煤的各密度級基元灰分差也基本處于允許試驗誤差范圍內(nèi)。因此，可以認為8煤和9煤的浮沉試驗結(jié)果是同一煤樣的平行樣，11煤、12-1煤和12-2煤的浮沉結(jié)果也是同一煤樣的平行樣。

2.3.2 浮物累計特性

本文統(tǒng)計了各層原煤150～0.5mm粒級的浮物組成情況，統(tǒng)計結(jié)果見表7。

表7 原煤浮物累計統(tǒng)計表

分析表7可知，8煤和9煤的-1.4kg/L浮物累計灰分均在12%左右，產(chǎn)率卻存在較大差別；11煤、12-1煤和12-2煤的-1.4kg/L浮物累計灰分均在7%左右，產(chǎn)率也存在較大差別。究其原因，本文認為是原煤的灰分不同造成的。因此，本文將8煤和9煤校正至同一灰分，11煤、12-1煤和12-2煤校正至同一灰分，校正后的結(jié)果見表8。

表8 原煤浮物累計統(tǒng)計表(校正后)

分析表8可知，當8煤和9煤的原煤灰分均校正至39.44%時，兩煤層原煤的-1.4kg/L浮選累計灰分和產(chǎn)率均非常接近，累計灰分分別為12.14%和12.26%，產(chǎn)率分別為45.08%和48.63%。當11煤、12-1煤和12-2煤的原煤灰分均校正至42.47%時，三煤層原煤的-1.4kg/L浮選累計灰分和產(chǎn)率均非常接近，累計灰分分別為7.08%、7.92%和7.88%，產(chǎn)率分別為43.04%、41.62%和42.86%。這說明8煤和9煤的浮沉組成相似，浮物累計產(chǎn)率上的差別是原煤開采過程中混入的矸石量不同造成的，與浮沉特性無關(guān)與開采區(qū)段相關(guān)。11煤、12-1煤和12-2煤的情況也是如此。各層原煤的浮物累計灰分曲線，結(jié)果如圖2所示。分析圖2可知，8煤和9煤的浮沉特性相似，11煤、12-1煤和12-2煤的浮沉特性相似。

圖2 原煤浮物累計灰分曲線

綜合以上原煤工業(yè)分析指標、粒度組成特性和浮沉組成特性三個方面的論證，本文認為8煤和9煤的原煤煤質(zhì)相似，可共用1套煤質(zhì)資料，簡稱為“上煤”；11煤、12-1煤和12-2煤的原煤煤質(zhì)相似，可共用1套煤質(zhì)資料，簡稱為“下煤”。

確定5個煤層可簡化為“上煤”和“下煤”兩組煤層后，可分別選用各自的代表煤層資料進行煤質(zhì)分析及后續(xù)的分選工藝比選工作。相似煤層可進行合并分析的前提條件如下：

1)各煤層的工業(yè)分析指標高度相似。具體應包括煤種、灰分、硫分、水分、發(fā)熱量等影響產(chǎn)品使用的關(guān)鍵指標。

2)各煤層的粒度組成高度相似。如無粒度組成資料，則需煤層賦存條件及開采方式相似。

3)各煤層的密度組成高度相似。各煤層的各密度級基元灰分差值應不高于《煤炭浮沉試驗方法》中規(guī)定的浮沉試驗過程允許試驗誤差。同時，各煤層的浮物累計灰分也應具有高度相似性。

3 結(jié) 語

采用新煤質(zhì)分析方法，東歡坨礦復雜的5煤層同時開采問題簡化為2煤層同時開采問題，分析過程更簡單，可脫離開采接續(xù)表確定生產(chǎn)煉焦配煤和動力煤的生產(chǎn)區(qū)段，對實際生產(chǎn)更具指導意義。面對復雜原煤條件，新煤質(zhì)分析方法通過工業(yè)分析指標、粒度組成特性及浮沉組成特性三個方面的分析論述，將相似煤層進行簡化合并，利用減少變量簡化分析過程，分析結(jié)果規(guī)律性更強，對選煤廠設(shè)計更具指導意義。