萬家莊礦原煤洗選工藝的研究

楊海紅， 李利軍， 程國鋒

(1.山煤國際能源集團(tuán)股份有限公司， 山西 太原 030006； 2.太原市明仕達(dá)煤炭設(shè)計有限公司， 山西 太原 030001)

1 前言

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)蒲縣萬家莊煤業(yè)有限公司為2009年兼并重組整合礦井，由原蒲縣王峪煤礦有限公司、原蒲縣青樹溝煤礦有限公司、原蒲縣萬家莊煤業(yè)有限公司及新增空白區(qū)兼并重組整合而成，生產(chǎn)能力120萬t/a。井田面積13.895 2km2，保有儲量7 506萬t，批準(zhǔn)開采2～11號煤層，煤種主要為低硫肥煤、中高硫焦煤。煤芯煤質(zhì)占比見表1。

表1 煤芯煤質(zhì)占比情況

據(jù)地質(zhì)勘察及井下生產(chǎn)揭露情況，2號煤層厚度1.10～2.84m，平均厚度1.54m，為一中厚煤層,井田內(nèi)厚度及煤質(zhì)變化不大,含一層不穩(wěn)定夾矸,煤層結(jié)構(gòu)簡單，全區(qū)可采，為穩(wěn)定煤層。2020年萬家莊煤業(yè)原煤產(chǎn)量計劃為40萬t，開采煤層為2#煤層，煤種為低硫肥煤?；夭擅毫恐饕獊碜跃C采工作面及掘進(jìn)巷道。

由于煤層厚度1.5m，采煤厚度1.7m，帶入頂?shù)装?.2m，導(dǎo)致混入純矸石含量高達(dá)23.64%。具體情況見表2。掘進(jìn)物料中純矸石含量高達(dá)83.88%，具體情況見表3。井下原煤包括掘進(jìn)煤與綜采煤，精煤產(chǎn)率41%，其中跳汰精煤31%，浮選精煤10%；中煤產(chǎn)率18%；尾煤+矸石產(chǎn)率41%，具體情況見表4。

表2 綜采面純矸占比情況

表3 掘進(jìn)巷道矸煤占比情況

表4 實際生產(chǎn)中各產(chǎn)品占比情況

本礦原煤存在矸石中等泥化現(xiàn)象，造成煤炭洗選過程中煤泥水變混濁、分選效率差、精煤質(zhì)量不穩(wěn)定，部分精煤錯配到中煤產(chǎn)品中。為了最大限度回收精煤，提高經(jīng)濟(jì)效益，對原煤的泥化程度進(jìn)行試驗分析，并通過洗煤廠約15 000t煤量試驗，提出應(yīng)對泥化的幾點技術(shù)措施。

2 煤質(zhì)特點及分選工藝研究

通過對萬家莊原煤在洗煤廠洗選結(jié)果進(jìn)行分析得到煤質(zhì)特點有以下幾點。

重產(chǎn)物就是原煤中的矸石和尾煤，其中矸石含量29.5%，尾煤含量10.97%，兩者總和為40.47%。這兩種產(chǎn)品無售賣價值，不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，矸石排棄需要付費(fèi)，尾煤也可以免費(fèi)拉走。

矸石占+0.5mm重選物料的比例為37.44%，這個比例稍高于正常值，但是中煤占+0.5mm重選物料的比例為23.33%。中煤+矸石的總比例為60.77%。由于中煤+矸石的占比高達(dá)60.77%，所以該煤種不適合三產(chǎn)品重介旋流器或者兩產(chǎn)品旋流器主再洗工藝分選。因為三產(chǎn)品重介旋流器的設(shè)計重產(chǎn)物排放比例不得超過35%，如此大的重產(chǎn)物需要在選擇旋流器的時候進(jìn)行“大馬拉小車”的配置。

如果正常煤質(zhì)情況下，采用φ1 150～1 200mm(介質(zhì)循環(huán)量1 300m3)的旋流器就可以滿足120萬t/a的生產(chǎn)能力。但是由于重產(chǎn)物太多，需要把旋流器的直徑增大到φ1 550～1 600mm(介質(zhì)循環(huán)量2 400m3)才能達(dá)到120萬t/a的生產(chǎn)能力。

如果是新建重介選煤廠，可以考慮采用定制旋流器，使得排矸量滿足本礦煤質(zhì)特點。如果尋求代加工，如不是為本礦煤質(zhì)專門配套定制的旋流器，則需要入料能力達(dá)到210萬t/a才能消化掉本礦120萬t/a的原煤。

單獨使用重介旋流器分選的話，由于重介分選電耗高，磨損大，加工成本高，所以采用全重介分選并不是最理想選擇。

如果單獨使用跳汰分選的話，由于跳汰的分選精度問題，會造成跳汰中煤含有大量精煤錯配物進(jìn)去，導(dǎo)致精煤損失嚴(yán)重的問題。中煤占+0.5mm重選入料的24.82%，占全級的19.55%。中煤含量大，導(dǎo)致煤炭可選性變差，中煤混入的精煤和矸石(錯配物)量加大。這部分精煤不進(jìn)行回收而作為中煤銷售，會帶來比較大的經(jīng)濟(jì)損失。

在選煤廠試驗的結(jié)果顯示，中煤的帶精率為6%左右。中煤經(jīng)過破碎后采用重介旋流器再選，可再回收1.17%的精煤。即采用中煤再洗工藝每年多回收精煤1.404萬t。所以單獨使用跳汰分選的話，由于本礦原煤可選性為極難選，精煤損失大，會造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，只采用跳汰分選也不是理想的辦法。

最理想的辦法是完美結(jié)合二者的優(yōu)點，巧妙避開它們的缺點利用“跳汰排矸能力大”的優(yōu)點，在主洗中排除大量矸石。但是，跳汰分選精度低，會造成部分精煤錯排到中煤之中。利用“重介分選精度高”的優(yōu)點，對跳汰中煤再次精選。使得跳汰工藝中被錯排到中煤之中的精煤在高精度重介分選下得到全部回收。

針對這個“中煤+矸石量大”的特點，建議采用“跳汰主選+中煤重介再選”的分選工藝更為合理。在再洗工藝中需要將中煤破碎到8mm左右更為合理。

根據(jù)6月29日山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院《安氏泥化程度試驗報告表》顯示，泥化程度達(dá)到6.79，屬于中等泥化程度[1]。

洗煤現(xiàn)場高灰細(xì)泥漂浮在跳汰精煤溜槽、濃縮池上方，隨著洗選量的增加，煤泥水會慢慢變稠，最終導(dǎo)致高灰細(xì)泥(灰分37%)沾染在精煤產(chǎn)品上，造成產(chǎn)品灰分增加而影響經(jīng)濟(jì)效益。

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測，泥化造成的高灰細(xì)泥對粗精煤篩上物灰分影響0.7%。由于矸石泥化嚴(yán)重，在選擇全重介分選時不能使用有壓給料方式。中煤再洗工藝由于矸石含量已經(jīng)很低，可以采用有壓給料。針對這種“矸石泥化”的煤質(zhì)特點，建議選煤工藝中提高濃縮機(jī)、尾煤壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力，通過試驗研究使用合理的藥劑類型和加藥濃度。另外需要對粗精煤進(jìn)行高灰細(xì)泥的脫除后再進(jìn)行脫水回收，能大大降低泥化影響，增加精煤回收率。

3 洗選過程高灰細(xì)泥及中煤粒度對精煤回收的影響情況

3.1 高灰細(xì)泥對精煤回收的影響情況

高灰細(xì)泥對篩精煤(也就是高頻篩回收的粗精煤)的灰分影響很大。從表5和圖1可以看出，如果篩精煤直接采用高頻篩脫水回收，其灰分值為7.31%～12.38%，在對其進(jìn)行脫泥處理之后灰份值為6.58%～11.39%，脫泥處理前后的產(chǎn)品灰分差值達(dá)到0.54%～1.14%,平均差值約為0.91%。按照本礦原煤特性估算，1%的灰分差值能影響本級2.5%的精煤產(chǎn)率。所以采用脫泥技術(shù)之后可以使篩精煤的產(chǎn)率增加2%。

表5 1.5萬t原煤洗選過程高灰細(xì)泥對篩精煤的影響

圖1 1.5萬t混煤單洗高灰細(xì)泥對篩精煤影響情況

3.2 中煤粒度對精煤回收的影響

選煤廠采用的中煤再洗工藝將中煤破碎至13mm，在研究中將中煤破碎粒度下調(diào)至8mm。通過表6和圖2可以看出：選煤廠將中煤破碎至13mm后進(jìn)行重介分選，再選精煤回收率為2.64%～8.50%；中煤破碎粒度下調(diào)至8mm后進(jìn)行浮沉分離，得到的精煤差率為6.29%～20.05%；把中煤破碎至8mm后精煤回收率增加了3.65%～11.55%，平均精煤回收率增加6.66%。

表6 1.5萬t混煤單洗中煤粒度對精煤回收的影響情況

圖2 1.5萬t混煤單洗中煤粒度對精煤回收的影響情況

4 針對煤質(zhì)特點提出的應(yīng)對措施

根據(jù)本礦煤質(zhì)重產(chǎn)物含量大、中煤含量大、矸石泥化嚴(yán)重等特點，提出了相對應(yīng)本礦原煤分選工藝的研究結(jié)論具體工藝及設(shè)備選型見表7。

表7 合理的分選工藝及設(shè)備選型建議

由表7可以看出，本礦原煤存在重產(chǎn)物含量高、中煤極難選、矸石中泥化等特點。本次工藝研究中為保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高精煤產(chǎn)品回收率，創(chuàng)造最大經(jīng)濟(jì)效益，針對這三大特點提出來相應(yīng)措施。

(1)跳汰主洗+中煤重介再洗(再洗入料上限不高于8mm)。

(2)有粗煤泥分選工藝(TBS或者螺旋分選)。

(3)粗精煤應(yīng)該先脫除高灰細(xì)泥后再脫水回收。

(4)細(xì)煤泥采用浮選工藝。

(5)浮選精煤采用壓濾脫水或加壓過濾脫水[2]。

(6)浮選尾煤濃縮機(jī)應(yīng)該按照難沉降煤泥選型，滿足單位面積負(fù)荷不高于0.8m3/m2·h。

(7)浮選尾煤壓濾機(jī)應(yīng)該按照難脫水細(xì)泥選型，滿足單位面積負(fù)荷不高于0.015t/m2·h。

5 采用合理的分選工藝所帶來的精煤產(chǎn)率增收預(yù)估

按照2021、2022年分別入洗原煤100萬t、120萬t計算泥化改造后的精煤增收情況。

由于本次研究的工藝都是在試驗室內(nèi)通過試驗得到的結(jié)論，把這些工藝轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)過程中，需要考慮試驗數(shù)據(jù)的實際應(yīng)用效率，按照重力分選效率90%考慮比較合理。所以在計算實際應(yīng)用中的增收百分點的時候?qū)⒃囼炛械玫降脑鍪瞻俜贮c乘以90%計算。

從表8可以看出：采用中煤破碎再洗工藝可增收精煤產(chǎn)率1.053%；采用粗精煤脫泥工藝后，可增收精煤產(chǎn)率0.062%；采用煤泥水系統(tǒng)改善工藝后，可增收精煤差率0.278%；總計精煤產(chǎn)率增收點為1.387%。

表8 合理的分選工藝增加的精煤回收點預(yù)估

2021年按照100萬t原煤產(chǎn)量計算，可增收精煤產(chǎn)品1.387萬t；2022年按照120萬t原煤產(chǎn)量計算，可增收精煤產(chǎn)品1.664萬t。

6 結(jié)論

萬家莊礦原煤由于賦存條件和開采的實際情況的限制，具有重產(chǎn)物含量高、中煤極難選、矸石中等泥化等特點。應(yīng)該采用“跳汰主選+中煤重介再選+粗精煤脫泥回收+浮選”的分選工藝最為合理。在濃縮機(jī)和壓濾機(jī)選型的時候要綜合考慮煤泥的難沉降特性和難脫水特性，適當(dāng)提高沉降和壓濾脫水能力，在煤泥水沉降過程中要輔助合理的用藥制度。

注：1.煤泥水系統(tǒng)改善包含煤泥水處理設(shè)備能力提高，合理的用藥制度。2.中煤破碎是已有中煤破碎至13mm重介分選工藝前提下，再破碎至8mm所增加的精煤回收率。