X射線智能選矸技術(shù)在姚橋選煤廠的應(yīng)用分析

黃 松 王 敏 張 靜

（上海大屯能源股份有限公司選煤中心，江蘇 徐州 221611）

1 現(xiàn)狀

姚橋選煤廠是上世紀(jì)90年代后期建設(shè)投產(chǎn)的礦井選煤廠，設(shè)計(jì)能力為300萬(wàn)t/a，生產(chǎn)工藝為：＜50mm原煤無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器分選+煤泥直接浮選，精煤產(chǎn)品為五級(jí)至八級(jí)煉焦精煤。選煤廠配合姚橋煤礦兩套（新、老井）原煤提升系統(tǒng)配套建設(shè)有兩套原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力分別為300萬(wàn)t/a、150萬(wàn)t/a。生產(chǎn)工藝流程全部為：礦井提升原煤（＜300mm）50mm分級(jí)，篩上進(jìn)入手選皮帶，人工選出矸石與雜物，選后原煤經(jīng)過(guò)破碎至50mm以下，與分級(jí)篩下物料作為主洗原煤進(jìn)入原煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)（工藝流程見(jiàn)圖1）。

隨著礦井采掘深度和地質(zhì)條件變化，原煤中矸石含量變化幅度和頻度增加，特別是新井系統(tǒng)，礦井生產(chǎn)原煤＞50mm物料中矸石含量在30%～80%范圍內(nèi)頻繁波動(dòng)。人工手選矸石，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，造成后續(xù)破碎系統(tǒng)和主洗生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)施磨損，維護(hù)成本升高，生產(chǎn)系統(tǒng)能力和效率受到制約，進(jìn)而影響到選煤成本和效益。

圖1 原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)工藝流程圖

2 預(yù)排矸技術(shù)研究

隨著選煤工藝和設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)先進(jìn)的自動(dòng)化程度較高的機(jī)械預(yù)排矸工藝、設(shè)備普遍使用的有動(dòng)篩跳汰、淺槽重介和X射線智能（簡(jiǎn)稱(chēng)TDS）預(yù)選矸。20年前，姚橋煤礦原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)采用動(dòng)篩跳汰預(yù)排矸，由于夾矸煤影響矸石帶煤量大、分選效率低而沒(méi)有得到持續(xù)應(yīng)用。

2.1 重介淺槽預(yù)排矸技術(shù)

該技術(shù)廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、化工用煤選煤廠的塊煤分選，其分選原理（見(jiàn)圖2）是利用煤和矸石密度的不同在相對(duì)靜止（非脈動(dòng)水流）的重介懸浮液中自然分層，下沉的矸石由刮板帶出分選槽排出，上浮煤由水平介質(zhì)流帶出分選槽，實(shí)現(xiàn)煤與矸石分選。

圖2 重介淺槽分選原理圖

重介淺槽分選精度達(dá)到97%以上，處理物料粒度上限200mm，單臺(tái)處理能力大，占地面積小，無(wú)大型運(yùn)動(dòng)部件，對(duì)煤質(zhì)和煤量的波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)。重介淺槽預(yù)排矸工藝環(huán)節(jié)包括分選、脫介、介質(zhì)回收、煤泥水處理等環(huán)節(jié)。

2.2 X射線智能預(yù)排矸技術(shù)

該技術(shù)分選原理[1]（見(jiàn)圖3）是利用矸石與煤吸收X射線能量不同的物理特性，X射線穿透矸石或煤剩余的能量反饋至智能判斷系統(tǒng)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，完成矸石或煤的判斷、區(qū)分并輸出不同的電信號(hào)，結(jié)合人工設(shè)置高壓風(fēng)吹打矸石或煤信號(hào)，開(kāi)啟高壓風(fēng)控制閥門(mén)，把矸石或煤吹打出，完成煤與矸石的分離。

TDS預(yù)排矸技術(shù)采用智能識(shí)別方法，針對(duì)不同的煤質(zhì)特征建立與之相適應(yīng)的分析模型，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，對(duì)煤與矸石進(jìn)行智能識(shí)別，控制高壓風(fēng)系統(tǒng)吹打出設(shè)定吹打?qū)ο螅肥蛎海?。主要分選工藝系統(tǒng)包括布料、智能識(shí)別、分選執(zhí)行等環(huán)節(jié)，還有供風(fēng)、除塵輔助系統(tǒng)等。該工藝分選效率達(dá)到93%，分選粒級(jí)在25～100mm和50～300mm，處理能力達(dá)到380t/h。

圖3 X射線智能分選工作原理圖

2.3 技術(shù)對(duì)比

采用重介淺槽和TDS預(yù)排矸兩種技術(shù)對(duì)新井原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造方案設(shè)計(jì)，從分選粒級(jí)、矸石帶煤、技術(shù)先進(jìn)性、流程復(fù)雜性、智能化水平、技術(shù)指標(biāo)和投資等方面進(jìn)行方案比較（見(jiàn)表1）。結(jié)果得出，采用TDS預(yù)排矸技術(shù)替代人工選矸優(yōu)化原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)，分選粒度滿(mǎn)足，工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單，智能化水平高，初期投資低，生產(chǎn)運(yùn)行成本低。

表1 預(yù)排矸方案對(duì)比

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 分級(jí)粒度

為了與原準(zhǔn)備系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施處理物料粒度匹配，不使主洗系統(tǒng)入洗原煤粒度產(chǎn)生過(guò)粉碎，選取TDS分選下限為50mm，分選上限與礦井生產(chǎn)原煤粒度上限（300mm）一致。

3.2 處理能力

依據(jù)姚橋選煤廠新井生產(chǎn)原煤＞50mm數(shù)質(zhì)量資料（見(jiàn)表2），進(jìn)入手選系統(tǒng)物料占新井提升原煤量的35.21%。新井原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)小時(shí)生產(chǎn)量為455t/h，最大小時(shí)生產(chǎn)量為550t/h，設(shè)計(jì)TDS分選系統(tǒng)處理能力為200t/h[2]。

表2 新井原煤＞50mm數(shù)質(zhì)量

3.3 工藝流程

在手選后原煤皮帶中部增加分流裝置，原手選皮帶上物料不再手選＞50mm矸石，只選出鐵器、雜物和＞300mm特大塊矸石。選后物料進(jìn)入TDS分級(jí)布料篩，篩上物料經(jīng)過(guò)分級(jí)、布料，由入料輸送皮帶均勻送入X射線識(shí)別區(qū)。皮帶下部射線接收裝置反饋射線接收量到智能識(shí)別系統(tǒng)，識(shí)別出矸石或煤，按照人工輸入“打煤”或“打矸”指令信號(hào)（根據(jù)煤質(zhì)情況靈活調(diào)整“打煤”還是“打矸”），智能系統(tǒng)開(kāi)啟布置在輸送皮帶機(jī)頭處相應(yīng)的高壓風(fēng)閥，高壓風(fēng)吹打出煤或矸石。分選后煤與分級(jí)布料篩下物料一起進(jìn)入原煤破碎機(jī)，破碎后物料進(jìn)入原煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)。選后矸石進(jìn)入矸石轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（優(yōu)化后原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖4）。

圖4 優(yōu)化后原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)工藝流程圖

3.4 主要設(shè)備選型

主要設(shè)備選型見(jiàn)表3[3]。

表3 主要設(shè)備選型

4 應(yīng)用實(shí)施與效果

4.1 應(yīng)用實(shí)施

對(duì)姚橋選煤廠新井原動(dòng)篩車(chē)間進(jìn)行改造：利用原有動(dòng)篩排矸車(chē)間、皮帶廊等基礎(chǔ)設(shè)施，新增轉(zhuǎn)載皮帶、TDS預(yù)排矸設(shè)備設(shè)施，改造原煤破碎環(huán)節(jié)和矸石轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)設(shè)備設(shè)施，TDS分選系統(tǒng)遠(yuǎn)程人機(jī)界面操作控制合并入原準(zhǔn)備系統(tǒng)集控操作室。

4.2 生產(chǎn)運(yùn)行與效果

礦井提升原煤經(jīng)過(guò)50mm分級(jí)篩分級(jí)后，＞50mm物料進(jìn)入手選皮帶，人工選出鐵器、雜物和＞300mm矸石后，物料進(jìn)入TDS分選系統(tǒng)。TDS遠(yuǎn)程操作人員定性判斷大塊矸石比例多少，在控制系統(tǒng)設(shè)定“打矸”或“打煤”，系統(tǒng)自動(dòng)切換至設(shè)定模式，物料進(jìn)入TDS分選系統(tǒng)后，自動(dòng)完成矸石與煤的分選。

經(jīng)過(guò)TDS系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行后進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示，矸石中帶煤率為1.83%，選后原煤中矸石含量為3.37%，排矸效率93.1%。原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)減少手選用工30人，節(jié)約用工費(fèi)0.50元/噸原煤，減少了選矸后塊煤破碎機(jī)齒輥的磨損量，提高了洗煤生產(chǎn)效率，減少了矸石對(duì)后序工藝設(shè)備的影響，增加了小時(shí)處理量。姚橋廠小時(shí)處理量由TDS投產(chǎn)前的550t/h提高到575t/h,每天可縮短洗煤生產(chǎn)時(shí)間50min。入廠原煤中矸石量越大，效果越明顯。

5 結(jié)論

采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)TDS選矸技術(shù)進(jìn)行選煤廠技術(shù)革新，充分體現(xiàn)選煤新技術(shù)、新工藝對(duì)選煤生產(chǎn)的環(huán)境改善、勞動(dòng)強(qiáng)度降低、智能化水平提高做出的貢獻(xiàn)。X射線辨識(shí)夾矸煤的參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)矸中帶煤和煤中帶矸技術(shù)指標(biāo)有不同程度的影響，物料在TDS工藝系統(tǒng)分選過(guò)程產(chǎn)生的＜50mm物料進(jìn)入破碎機(jī)，造成原煤過(guò)粉碎，分選技術(shù)和工藝流程設(shè)計(jì)還有待進(jìn)一步創(chuàng)新、優(yōu)化。