煤礦選礦技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

＊劉澤祺

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)忻州公司 山西 034000）

我國的煤礦選礦技術(shù)研究開始于二十世紀(jì)四十年代，由于國內(nèi)各煤礦區(qū)出產(chǎn)的煤炭質(zhì)量參差不齊，選礦的技術(shù)和具體的流程也有較大的差異。十余年后，我國的煤礦選礦技術(shù)逐漸隨著科技的發(fā)展而改善，最終形成較為穩(wěn)定的機(jī)械選礦技術(shù)。進(jìn)入六七十年代后，自動選礦、檢測設(shè)備開始在煤礦選礦過程中進(jìn)行應(yīng)用，有效提高了選礦的質(zhì)量和效率。

1.選礦技術(shù)概述

選礦技術(shù)顧名思義是一種優(yōu)選礦石的技術(shù)。這種技術(shù)的原理是根據(jù)礦石有用組分的特定、狀態(tài)來區(qū)分有用礦物和脈石礦物，將有用礦物盡可能分離，不止分離雜質(zhì)，還要將高品位和低品位的礦石區(qū)分開，提高礦石的利用率。經(jīng)過選礦后，礦產(chǎn)中的有用組分得到有效富集，能夠大幅度減少需要運(yùn)輸?shù)牡V石體量，減少冶煉、加工礦石過程中消耗的燃料數(shù)量，從而有效降低礦石開采的成本投入，提高礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。選礦技術(shù)主要可分為揀選、電選、浮選、重選、化選五個種類，煤礦選礦多采用浮選或重選技術(shù)。浮選技術(shù)主要借助不同礦物表面對水的親疏程度不同來進(jìn)行篩選，浮選過程中通常會用到起泡劑。在浮選技術(shù)操作過程中，選礦技術(shù)人員可以加入起泡劑和調(diào)整劑，前者負(fù)責(zé)產(chǎn)生氣泡，讓疏水的礦物顆粒附著在氣泡上，隨著氣泡上浮而分離；后者負(fù)責(zé)提高氣泡的選擇性，提高浮選的選礦質(zhì)量和效率。浮選技術(shù)是普適性最高的一種選礦技術(shù)，在各種采礦領(lǐng)域中都有應(yīng)用的空間。重選技術(shù)主要借助礦物在流體介質(zhì)中的不同比重來進(jìn)行篩選，也是煤礦選礦過程中的常用技術(shù)。重選技術(shù)設(shè)備常見搖床、溜槽等單一運(yùn)動設(shè)備，也有離心機(jī)、搖動翻床、振擺溜槽等復(fù)合型運(yùn)動設(shè)備，能夠有效提高重選技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量和效率。

2.煤礦選礦技術(shù)現(xiàn)狀

(1)選礦工藝的發(fā)展和進(jìn)步

我國由于煤礦種類齊全、品質(zhì)跨度大，所以各種煤礦選礦技術(shù)在我國的煤礦開采場地中都有應(yīng)用。目前，我國的煤礦選礦技術(shù)主要有跳汰、重介選、浮選等，其中跳汰技術(shù)成熟、流程簡單、成本低，雖然所占比例有所下降但仍然是我國煤礦選礦主要技術(shù)；重介選是國內(nèi)大型選煤廠多用的主導(dǎo)技術(shù)，國內(nèi)應(yīng)用占比超半數(shù)；浮選技術(shù)隨著井下機(jī)械化開采技術(shù)不斷成熟而大量應(yīng)用，成為井下選煤的常用技術(shù)之一。除此外，我國干法煤礦選礦技術(shù)得到長足的發(fā)展和進(jìn)步，這與我國西部煤礦開發(fā)范圍的加大有很大關(guān)系。畢竟西部地區(qū)水資源珍貴，干旱缺水地區(qū)煤礦選礦更需要干法的輔助。

(2)選礦設(shè)備大型化、低成本、安全趨勢明顯

在發(fā)展煤礦選礦技術(shù)的同時(shí)，我國的選礦設(shè)備也在不斷發(fā)展與成熟。目前，我國的煤礦選礦成套設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，并且開始自主研發(fā)大型全自動成套設(shè)備，不僅可應(yīng)用于國內(nèi)煤礦開采領(lǐng)域，還可以出口到國外。我國自主研發(fā)的選礦設(shè)備大型化趨勢明顯，能夠有效滿足我國煤礦開采量大、需求量大的現(xiàn)狀。跳汰機(jī)、離心脫水機(jī)、分級破碎機(jī)、浮選機(jī)等設(shè)備在大型化的同時(shí)還能夠達(dá)到國際領(lǐng)先技術(shù)水平。這些選礦設(shè)備國產(chǎn)化的過程中，不僅能夠滿足國內(nèi)煤礦開采的應(yīng)用需求，還反向迫使進(jìn)口同類設(shè)備降低價(jià)格，降低我國煤礦開采的總成本。

(3)選礦流程向自動化方向發(fā)展

目前，澳大利亞、美國等國家的煤炭開采領(lǐng)域基本實(shí)現(xiàn)了流程自動化，這也是我國煤礦選礦流程及其系統(tǒng)研究的主要方向。近些年，我國在感知元件、檢測儀表、傳感器、控制器、微處理器等方面的研究有了長足的進(jìn)步，這些研究成果應(yīng)用在煤礦選礦領(lǐng)域中促進(jìn)了其自動化發(fā)展。比如能夠在線監(jiān)測煤礦灰分、水分、料液位的裝置，應(yīng)用到煤礦選礦流程中能夠有效實(shí)現(xiàn)選煤自動控制，從而提高煤礦開采的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

3.煤礦選礦領(lǐng)域中應(yīng)用的設(shè)備

(1)重介質(zhì)旋流器

在煤礦選礦技術(shù)中，重介質(zhì)技術(shù)設(shè)計(jì)的核心是重介質(zhì)旋流器。重介質(zhì)旋流器是控制重介質(zhì)選煤質(zhì)量和效率的關(guān)鍵，其各項(xiàng)參數(shù)、性能一直是技術(shù)人員研發(fā)的重點(diǎn)課題，比如耐磨材質(zhì)選用、介質(zhì)和煤的入料方式等。目前，我國已研制成功了直徑1.5m的、世界上尺寸最大的重介質(zhì)旋流器，處理能力范圍在520～780t/h，能夠分選原煤的尺寸范圍為0～120mm。其中，重介質(zhì)旋流器有不同的型號分類，各自有不同的特點(diǎn)和優(yōu)勢。比如3SNWX1500/1100－Ⅳ型重介質(zhì)旋流器，這是一種四給介無壓三產(chǎn)品的型號，處理能力為550～650t/h，原煤分選下限為0.5mm。這種型號的重介質(zhì)旋流器的重點(diǎn)優(yōu)勢在于相較于單給介旋流器的能耗大幅度降低，根據(jù)已投入使用的四給介型號旋流器使用成果來看，能耗降幅在20%左右，是一個非常亮眼的成績。又比如3DMC1500/1100AP型重介質(zhì)旋流器，這是一種有壓三產(chǎn)品的型號，處理能力為580～620t/h，原煤分選范圍為0～30mm。這種型號的重介質(zhì)旋流器的重點(diǎn)優(yōu)勢在于，實(shí)際應(yīng)用過程中的分選下限可以探到0.25mm，是目前重介質(zhì)旋流器眾多型號中下限最低的。除此外，還有FZJ1500型重介質(zhì)旋流器，這是一種入料結(jié)構(gòu)為蝸殼、兩產(chǎn)品的型號，也是我國眾多重介質(zhì)旋流器中直徑最大的。這種旋流器的處理能力最高可達(dá)到780t/h，原煤分選范圍為1.5～120mm，是最適合應(yīng)用在動力煤分選的旋流器。

(2)跳汰機(jī)

跳汰機(jī)屬于煤礦選礦領(lǐng)域中應(yīng)用歷史最長的設(shè)備，具備單機(jī)處理量大的優(yōu)勢，也是比較適合進(jìn)行大型化發(fā)展的煤礦選礦設(shè)備之一。目前，我國主要應(yīng)用和研究的跳汰機(jī)品類是SKT型篩下空氣室跳汰機(jī)，這是一種最大面積已經(jīng)達(dá)到36m2的處理設(shè)備，處理能力最高可達(dá)650t/h。SKT型篩下空氣室跳汰機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括風(fēng)閥、空氣室、機(jī)體、入料、排料等數(shù)個部分，具體應(yīng)用中可根據(jù)需求進(jìn)行兩段配置或三段配置。所以，跳汰機(jī)的工作面積并不固定，需要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行選擇和調(diào)整。常規(guī)跳汰機(jī)存在指標(biāo)難以穩(wěn)定的問題，是跳汰機(jī)研發(fā)的難題之一，也是影響跳汰機(jī)分選范圍下限的關(guān)鍵因素。我國研發(fā)的SKT型篩下空氣室跳汰機(jī)在主振的基礎(chǔ)上增加了輔助振動，形成復(fù)振的效果，這樣SKT型篩下空氣室跳汰機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程就呈現(xiàn)了分選時(shí)間延長的結(jié)果，提高了處理質(zhì)量和效率。SKT型篩下空氣室跳汰機(jī)的分選范圍上限擴(kuò)大至200mm，下限擴(kuò)大至30mm，處理后矸石的帶煤量不超過4%，有效提高了分選質(zhì)量和效果。

(3)浮選設(shè)備

在世界范圍內(nèi)，浮選設(shè)備都是一種使用比例較高的選煤技術(shù)設(shè)備，其中機(jī)械攪拌式浮選設(shè)備占比最高，比例約為八成，浮選柱和噴射式浮選設(shè)備占據(jù)剩下的二成。我國國內(nèi)的選煤廠設(shè)備使用情況也基本如此，比例比較相近。國內(nèi)常見的機(jī)械攪拌式浮選設(shè)備為自吸空氣機(jī)械攪拌式，這是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的浮選設(shè)備，能夠滿足我國煤礦種類全、品質(zhì)跨度大的選煤現(xiàn)狀。這種浮選設(shè)備設(shè)計(jì)了“假底下吸、周邊串流”的入料渠道，滿足煤礦選礦處理需求量大的現(xiàn)狀；配合葉輪、穩(wěn)流板形成了設(shè)備內(nèi)立體循環(huán)模式，能夠有效提高浮選質(zhì)量和效率；還能夠根據(jù)入料的可浮性來選擇一次浮選還是二次浮選，適應(yīng)性強(qiáng)，適合在煤礦品質(zhì)復(fù)雜的情況下應(yīng)用。除了機(jī)械攪拌式浮選設(shè)備外，浮選柱設(shè)備占據(jù)剩下浮選設(shè)備的75%，噴射式浮選設(shè)備只占據(jù)25%，是浮選領(lǐng)域中最少的一種。FCSMC系列是一種浮選柱設(shè)備，利用的是逆流碰撞礦化原理，能夠在相對靜態(tài)的環(huán)境中完成煤炭細(xì)顆粒的分選，實(shí)現(xiàn)灰分的有效降低，降低幅度為0.5%～1%。FJCA系列是一種噴射式浮選設(shè)備，利用的是噴射過程中形成的空氣微泡，用空氣微泡來帶動三相混合物中的煤炭顆粒析出。噴射式浮選設(shè)備所需要的占地面積比較小，礦化器設(shè)備規(guī)格通常不超過6m，單槽容積不超過44m3。

4.煤礦選礦技術(shù)的發(fā)展趨勢

(1)選煤工藝流程自動化、智能化

隨著煤礦選礦技術(shù)的不斷成熟，設(shè)備的不斷精研，控制設(shè)備、傳感元件、監(jiān)測儀表的不斷精進(jìn)，我國選煤工藝流程必將逐漸呈現(xiàn)自動化、智能化的趨勢。我國目前針對煤礦選礦設(shè)備、技術(shù)的研究也主要朝向這方面，開發(fā)適合用于千萬噸產(chǎn)量的塊煤、末煤、細(xì)顆粒分選成套設(shè)備，和適合用于選煤系統(tǒng)監(jiān)測、控制的配套設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)千萬噸級別自動化、智能化選煤提供技術(shù)支持。

(2)井下完成選礦過程

煤礦作為深埋地下的資源，開采過程中伴隨著對地質(zhì)結(jié)構(gòu)的必然影響，在井下完成分選，一方面可以實(shí)現(xiàn)對矸石的就地回填，減少因采煤產(chǎn)生的巖層沉降和地表環(huán)境破壞，而且矸石不在地表產(chǎn)生還能夠有效避免矸石長期堆放產(chǎn)生的粉塵污染和自然隱患；另一方面還可以實(shí)現(xiàn)對升井能源利用率的提高，減少升井運(yùn)輸中為矸石做功的部分能耗，降低升井設(shè)備的磨損程度，延長使用壽命，降低煤礦開采企業(yè)的運(yùn)行成本。除此外，井下選礦還能夠降低噪音，對生產(chǎn)工作人員的身心健康更加友好。井下空間不比井上地表空間大，需要小型化、一體化、緊湊型的選礦設(shè)備。

5.結(jié)束語

我國煤礦選礦技術(shù)及其設(shè)備正在朝著大型化、自動化方向發(fā)展，未來隨著技術(shù)的成熟，還會逐漸實(shí)現(xiàn)智能化。井下選煤更適合我國的生產(chǎn)和環(huán)境需求，未來井下選礦技術(shù)及設(shè)備的小型化、緊湊化發(fā)展也會是重點(diǎn)內(nèi)容。這些都是煤礦選礦領(lǐng)域追求經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、環(huán)境效益最大化的必然結(jié)果。