智能干法選煤技術(shù)在雁南煤礦褐煤中的應(yīng)用

王鐵剛，杜彥楠，閆治海，張 楊

(內(nèi)蒙古大雁礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000)

近些年，智能干法選煤技術(shù)在我國(guó)煤炭分選行業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)結(jié)合智能化技術(shù)，不僅能夠代替人工完成部分選煤工作，同時(shí)能夠提高選煤作業(yè)效率，對(duì)于提高煤礦生產(chǎn)效率具有重要的作用。雁南煤礦是內(nèi)蒙古自治區(qū)的重要煤礦，該煤礦在智能干法選煤技術(shù)方面的應(yīng)用較為先進(jìn)，通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，使得其生產(chǎn)效率得到全面提升。

1 雁南煤礦基本情況介紹

雁南煤礦隸屬?lài)?guó)家能源集團(tuán)大雁公司，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市鄂溫克旗大雁鎮(zhèn)境內(nèi)，建成于2005年，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 3.0 Mt/a。配套礦井型篩選廠，廠址位于雁南礦工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)，設(shè)計(jì)入選能力與礦井相同。原煤篩分后混煤直接銷(xiāo)售，塊煤經(jīng)人工揀矸后作為塊精煤銷(xiāo)售。受雁南煤礦井下煤層夾矸層多、斷層多、地質(zhì)條件復(fù)雜等因素影響，導(dǎo)致毛煤含矸率較高且波動(dòng)較大。人工揀矸工作量大、工作環(huán)境嘈雜，加之大雁公司實(shí)施內(nèi)部退養(yǎng)政策，現(xiàn)人工揀矸人員日漸減少，難以保證手選效率，導(dǎo)致手選塊精煤含矸率超標(biāo)，品質(zhì)不穩(wěn)。當(dāng)市場(chǎng)行情嚴(yán)峻時(shí)無(wú)法直接作為商品塊煤銷(xiāo)售，只能破碎后摻入混煤中，不僅損失塊煤溢價(jià)收益，而且影響混煤發(fā)熱量，目前的手選工藝環(huán)節(jié)亟待改造。

雁南煤礦開(kāi)采煤種為褐煤，易泥化、易水解，傳統(tǒng)水洗工藝無(wú)法適用。需要研發(fā)一款適用于雁南煤礦褐煤(塊煤)的智能干選設(shè)備，替代傳統(tǒng)人工揀矸工藝，以此來(lái)改善選矸作業(yè)環(huán)境，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高塊煤產(chǎn)品質(zhì)量。同步實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源集團(tuán)倡導(dǎo)的“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化少人”綠色智慧礦山建設(shè)目標(biāo)，提升雁南煤礦智能化建設(shè)水平。

2 雁南煤礦褐煤中智能干法選煤技術(shù)分析

智能干選技術(shù)已經(jīng)在煙煤、無(wú)煙煤成熟工業(yè)應(yīng)用，但對(duì)于褐煤還沒(méi)有工業(yè)應(yīng)用的案例，褐煤具有變質(zhì)程度低、煤質(zhì)軟、易碎等特殊性質(zhì)[1]。智能干法選煤技術(shù)在雁南煤礦中的應(yīng)用難點(diǎn)包括：

(1)實(shí)現(xiàn)褐煤的識(shí)別與噴吹。雁南煤礦煤種為褐煤，褐煤屬低階煤，變質(zhì)程度低，易泥化，煤質(zhì)軟易碎，需研發(fā)適用于褐煤(塊煤)的識(shí)別算法與噴吹模式[2]。

(2)實(shí)現(xiàn)塊煤的高精度分選。針對(duì)雁南煤礦煤層夾矸厚度不均及放頂煤作業(yè)控制不佳，導(dǎo)致塊煤含矸率波動(dòng)較大的問(wèn)題，需解決分選矸石與精煤指標(biāo)的穩(wěn)定性控制問(wèn)題。本次研究需根據(jù)煤質(zhì)變化開(kāi)發(fā)多種識(shí)別及噴吹算法，并自動(dòng)識(shí)別煤質(zhì)變化進(jìn)行分選參數(shù)自動(dòng)切換，保證煤質(zhì)波動(dòng)時(shí)仍有較高的分選精度[3]。

(3)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。智能干選機(jī)采用壓縮空氣噴吹技術(shù)將煤與矸石進(jìn)行分離，主要功耗即為高壓風(fēng)。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，該系統(tǒng)應(yīng)具有噴吹煤與噴吹矸石靈活切換的功能，遵循塊原煤含矸率高則“打煤”、原煤含矸率低則“打矸”的原則，節(jié)省高壓風(fēng)用風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)智能干選系統(tǒng)節(jié)能降耗[4]。

3 智能干法選煤技術(shù)試驗(yàn)分析

智能干法選煤技術(shù)對(duì)于入料的粒度組成有一定要求(理想的粒度比是控制在6∶1以下)，如果入料中限下率超過(guò)10%，則會(huì)產(chǎn)生疊壓?jiǎn)栴}，從而影響系統(tǒng)識(shí)別效果。因?yàn)楹置嘿|(zhì)地較軟，在運(yùn)輸給料過(guò)程中容易發(fā)生破碎問(wèn)題，所以塊原煤入料環(huán)節(jié)需要結(jié)合褐煤的特質(zhì)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，防止運(yùn)輸給料過(guò)程跌落破碎導(dǎo)致入料限下物過(guò)多而影響分選指標(biāo)[5]。

3.1 試驗(yàn)樣品

由于在運(yùn)輸給料過(guò)程中易產(chǎn)生破碎，因此塊原煤入料環(huán)節(jié)需要結(jié)合褐煤的特質(zhì)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，防止運(yùn)輸給料過(guò)程跌落破碎導(dǎo)致入料限下物過(guò)多而影響分選指標(biāo)[6]。

3.2 試驗(yàn)平臺(tái)

試驗(yàn)跌落平臺(tái)采用厚20 mm鋼板作撞擊板。

3.3 試驗(yàn)內(nèi)容

本次主要進(jìn)行跌落撞擊試驗(yàn)，共進(jìn)行了3組試驗(yàn)，每次采用雁南褐煤的大于50 mm精煤與大于50 mm矸石各50 kg進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)跌落高度為1 m、1.5 m、2 m，落料方式為自由落體跌落，依據(jù)自由落體公式計(jì)算跌落末速，跌落撞擊板為20 mm鋼板[7]。

3.4 應(yīng)用結(jié)果

表1為本次智能干法選煤技術(shù)的具體應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

表1 原煤跌落具體應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表1可以看出，精煤比矸石易碎，隨著跌落高度的增加，精煤的粉碎率明顯增加，矸石則相對(duì)緩和。根據(jù)應(yīng)用結(jié)果，為保證最終入料限下率符合國(guó)標(biāo)《煤的落下強(qiáng)度測(cè)定方法》(GB/T 15459-2006)規(guī)定，建議在塊原煤給料環(huán)節(jié)控制物料垂直跌落高度在1.0 m左右，超過(guò)1.5 m垂直落差的位置需設(shè)置緩沖臺(tái)[8]。

4 智能干法選煤技術(shù)優(yōu)化分析

在雁南煤礦褐煤的智能干法選煤技術(shù)應(yīng)用中，基礎(chǔ)設(shè)備為T(mén)DS智能干選機(jī)，采用高壓風(fēng)噴吹將煤與矸石分開(kāi)，主要原理為通過(guò)電磁閥控制的噴嘴，將高壓氣體轉(zhuǎn)化為流速很高的空氣射流，從而獲得較大的沖力，并作用到物塊上，改變物體原有運(yùn)動(dòng)軌跡[7]。因?yàn)楹置壕哂幸姿樾蕴攸c(diǎn)，在噴吹過(guò)程中如果出現(xiàn)擊碎問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致匹配錯(cuò)誤，從而降低分選精度，所以需要結(jié)合褐煤易碎的特點(diǎn)對(duì)噴吹式技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化[9]。TDS智能干選設(shè)備能夠有效識(shí)別煤炭和矸石，具有分選精度較高、矸石帶煤率較小、自動(dòng)化技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單以及成本較低等多項(xiàng)特點(diǎn)[10]，圖1為T(mén)DS智能干選機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖1 TDS智能干選機(jī)結(jié)構(gòu)示意

4.1 噴吹壓力與粉碎率優(yōu)化

該試驗(yàn)的目的是通過(guò)TDS智能干選機(jī)采用0.8 MPa壓縮空氣噴吹對(duì)目標(biāo)物塊進(jìn)行分選，壓縮空氣壓力越大噴吹力越大，分選效率越高，但由于雁南礦為褐煤，煤質(zhì)與矸石均較軟，過(guò)高的噴吹壓力將導(dǎo)致物塊噴吹破碎，破后的小顆粒飛行軌跡凌亂不可控而導(dǎo)致錯(cuò)配，降低分選效果，因此需進(jìn)行不同的噴吹壓力測(cè)試與矸石的粉碎性測(cè)試，以選擇合適的壓縮空氣壓力[11]。

在應(yīng)用過(guò)程中，采用某試驗(yàn)中心的“工業(yè)試驗(yàn)機(jī)”進(jìn)行應(yīng)用，分別采集粒度大于50 mm的煤與大于50 mm的矸石試驗(yàn)物塊，調(diào)整系統(tǒng)減壓閥，進(jìn)行0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa、0.8 MPa壓力的噴吹應(yīng)用試驗(yàn)，測(cè)試物塊的粉碎率。表2為第一次應(yīng)用中產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

根據(jù)表2結(jié)果可知，當(dāng)噴吹壓力為0.5 MPa與0.6 MPa時(shí)，小于50 mm產(chǎn)率相近；當(dāng)噴吹壓力為0.7 MPa與0.8 MPa時(shí)，小于50 mm產(chǎn)率明顯上升，因此噴吹煤塊時(shí)選擇壓力為0.6 MPa，所需壓力最終通過(guò)空壓機(jī)設(shè)置供風(fēng)壓力進(jìn)行調(diào)整[12]。

表2 塊煤噴吹壓力與粉碎率應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

表3為第二次塊矸噴吹壓力與粉碎率應(yīng)用統(tǒng)計(jì)。

表3 塊矸噴吹壓力與粉碎率應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表3結(jié)果看出：當(dāng)噴吹壓力為0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa時(shí)，小于50 mm產(chǎn)率均較低；當(dāng)噴吹壓力為0.8 MPa時(shí)，小于50 mm產(chǎn)率略有上升，因此噴吹矸石時(shí)選擇壓力為0.7 MPa，所需壓力最終通過(guò)空壓機(jī)設(shè)置供風(fēng)壓力[13]。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分選結(jié)果

將該智能干選技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中，現(xiàn)場(chǎng)所采用原煤含矸率為30%。表4為具體分選結(jié)果。

表4 試驗(yàn)分選結(jié)果

從表4分選結(jié)果可看出，與原有原煤人工手選排矸率60%相比，智能干選排矸率高達(dá)99.23%，高出39.23個(gè)百分點(diǎn)，分選效果非常顯著，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，并且分選效果穩(wěn)定，不受人工疲勞因素影響，共減少現(xiàn)場(chǎng)選矸人員50余人。

4.3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)雁南煤樣的分析，并從雁南煤礦褐煤硬度特性考慮，智能干選工藝設(shè)計(jì)方面采用“打矸”工藝，將矸石作為擊打物，同時(shí)保留“打煤”、“打矸”切換的功能[14]。當(dāng)塊原煤含矸率為30%時(shí)，在“打煤”模式下，矸石帶煤率為1.27%，煤中含矸率為0.36%；在“打矸”模式下，矸石帶煤率為0.71%，煤中含矸率為0.09%；“打矸”模式優(yōu)于“打煤”模式。同時(shí)通過(guò)調(diào)整空壓機(jī)排氣壓力設(shè)置實(shí)現(xiàn)高壓風(fēng)壓力控制，在擊打塊煤時(shí)采用0.6 MPa，擊打塊矸時(shí)采用0.7 MPa，使擊打物受到的瞬時(shí)沖擊力減小，降低擊打物被擊碎的概率。同時(shí)對(duì)于TDS智能干選機(jī)，在軟件及界面上設(shè)置“打煤”、“打矸”切換的兩種操作模式；在工程設(shè)計(jì)中，通過(guò)分叉溜槽實(shí)現(xiàn)“打煤”、“打矸”的系統(tǒng)切換[15]。

5 結(jié) 語(yǔ)

雁南煤礦開(kāi)采煤種為褐煤，易泥化、易水解，傳統(tǒng)水洗工藝無(wú)法適用。針對(duì)雁南煤礦褐煤的特點(diǎn)，研發(fā)出一款適用于雁南煤礦褐煤(塊煤)的智能干選設(shè)備，替代傳統(tǒng)人工揀矸工藝，改善了選矸作業(yè)環(huán)境，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了塊煤產(chǎn)品質(zhì)量，提升了雁南煤礦智能化建設(shè)水平。