布爾洞煤礦選煤廠細(xì)煤泥回收處理工藝選擇與布置

孫景陽

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

機(jī)械化、智能化發(fā)展使得煤炭開采愈加高效。在高強(qiáng)度開采下，原煤中的細(xì)顆粒占比顯著升高，給后續(xù)煤炭洗選帶來諸多問題，在細(xì)煤泥回收中尤為凸顯。煤炭生產(chǎn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、環(huán)境規(guī)制趨于嚴(yán)格的背景下，合理處置細(xì)粒煤泥成為煤炭企業(yè)面臨著重要挑戰(zhàn)[1-5]。

經(jīng)過多年的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用實(shí)踐，已形成了較為成熟的煤泥分選技術(shù)體系，常用的煤泥回收工藝設(shè)備包括：壓濾機(jī)、加壓過濾機(jī)和沉降離心機(jī)。壓濾機(jī)入料適應(yīng)性強(qiáng)、濾液澄清度高、運(yùn)行成本低，但產(chǎn)品水分偏高、占地較大；加壓過濾機(jī)和沉降離心機(jī)產(chǎn)品水分低、單機(jī)處理能力大、占地較小、自動(dòng)化程度高，但加壓過濾機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜、投資及運(yùn)行成本較高，沉降離心機(jī)回收下限偏高，轉(zhuǎn)子需要定期維修[6-9]。三種設(shè)備各具特點(diǎn)，在國內(nèi)外均得到了廣泛應(yīng)用，除了單設(shè)備回收工藝外，還衍生出“加壓過濾+沉降離心”“加壓過濾+壓濾”“沉降離心+壓濾”等聯(lián)合工藝[10-12]。只有結(jié)合煤泥性質(zhì)、煤泥量和廠房空間等條件選擇合適的煤泥回收設(shè)備、工藝才能經(jīng)濟(jì)、高效地回收煤泥[13-16]。另外，工藝布置形式也是煤泥處置的一大難題，尤其對(duì)于空間受限的項(xiàng)目，合理利用現(xiàn)有空間布置工藝可為企業(yè)節(jié)省可觀的成本[17-19]。

布爾洞選煤廠是在現(xiàn)有的礦井工業(yè)場(chǎng)地新增布置，針對(duì)其細(xì)煤泥水分高、灰分高、燃點(diǎn)低等特性，以及現(xiàn)有工業(yè)場(chǎng)地狹小、無法新增用地的特點(diǎn)，探討了細(xì)煤泥回收工藝選擇與布置方法。

1 原煤煤質(zhì)特點(diǎn)及細(xì)煤泥特性

布爾洞煤礦選煤廠為動(dòng)力煤選煤廠，是布爾洞煤礦的配套選煤廠，主要入選該礦原煤。布爾洞煤礦位于神東礦區(qū)東勝煤田內(nèi)，生產(chǎn)能力為240萬t/a，開采煤層有4層，分別為4-1、4-2上、4-2及6-2號(hào)煤層，其中4-1、4-2上和4-2號(hào)煤層為大部可采的較穩(wěn)定煤層，6-2號(hào)煤層為全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層。此4層煤賦存深度較淺，煤層結(jié)構(gòu)簡單，不含或僅含一層夾矸。頂板巖性主要是粉砂巖和砂質(zhì)泥巖；底板巖性主要是砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)砂巖。該煤礦各煤層有害成分含量低，灰分、硫分含量低，且發(fā)熱量較高，是良好的民用和動(dòng)力用煤。

布爾洞煤礦的煤質(zhì)化驗(yàn)資料顯示：原煤灰分為35.24%，內(nèi)水平均為8%，外水約為14%。為了研究原煤的泥化特性和次生煤泥的含量，分別進(jìn)行了100～13mm原煤的轉(zhuǎn)筒泥化試驗(yàn)和次生煤泥的篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

隨著翻轉(zhuǎn)時(shí)間的延長，高粒級(jí)原煤產(chǎn)率逐漸降低，次生煤泥產(chǎn)率逐漸增高，-0.045mm粒級(jí)細(xì)泥比重較高且灰分逐漸升高，說明煤質(zhì)較硬，且易碎，原煤泥化現(xiàn)象較嚴(yán)重。次生煤泥中各粒級(jí)灰分隨著粒級(jí)的減小而逐漸升高，-0.25mm煤泥含量達(dá)96.52%，-0.045mm細(xì)泥產(chǎn)率84.41%，灰分高達(dá)89.56%，嚴(yán)重影響煤泥水沉降，增加煤泥水處理難度。因此在設(shè)計(jì)中必須充分考慮原煤泥化嚴(yán)重、細(xì)泥多的特性，合理選擇細(xì)煤泥回收工藝和工藝布置[1]。

表1 100～13mm煤和矸石轉(zhuǎn)筒泥化試驗(yàn)結(jié)果

表2 次生煤泥篩分試驗(yàn)結(jié)果

2 細(xì)煤泥回收處理工藝選擇

目前應(yīng)用較多的動(dòng)力煤選煤廠細(xì)煤泥回收工藝主要有：壓濾機(jī)單獨(dú)回收工藝、加壓過濾機(jī)單獨(dú)回收工藝、“加壓過濾機(jī)+壓濾機(jī)”兩段回收工藝[2]、“篩網(wǎng)沉降離心機(jī)+壓濾機(jī)”兩段回收工藝。

1)壓濾機(jī)單獨(dú)回收工藝。壓濾機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)一次壓濾出清水，是選煤廠洗水閉路循環(huán)的理想把關(guān)設(shè)備。該工藝適用于所有的動(dòng)力煤選煤廠，尤其是煤泥含量小，且煤泥中細(xì)粒泥含量較多的選煤廠，是泥化現(xiàn)象較為嚴(yán)重的選煤廠細(xì)煤泥脫水回收系統(tǒng)的理想工藝。

2)加壓過濾機(jī)單獨(dú)回收工藝。加壓過濾機(jī)具有脫水效果好，處理能力大，且壓濾產(chǎn)品松散易摻混等優(yōu)點(diǎn)。該工藝適用于煤泥含量較大，細(xì)泥含量較少的選煤廠，同時(shí)要求洗選工藝的自動(dòng)化程度較高，且采用加壓過濾機(jī)做工業(yè)試驗(yàn)時(shí)效果較好，或在同一礦區(qū)中處理同一煤種時(shí)效果較明顯的選煤廠。加壓過濾機(jī)入料中一般-0.045mm粒級(jí)含量小于40%，煤泥回收效果較好，對(duì)于泥化嚴(yán)重、細(xì)粒物料含量較高的選煤廠，因其細(xì)粒級(jí)物料的含量高，會(huì)導(dǎo)致加壓過濾機(jī)的處理能力大大降低，甚至是設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3)“加壓過濾機(jī)+壓濾機(jī)”兩段回收工藝。該工藝采用一段加壓過濾機(jī)回收+0.045mm粒級(jí)的一段底流粗煤泥，二段隔膜壓濾機(jī)回收-0.045mm粒級(jí)的二段底流細(xì)煤泥，適用于煤泥一次沉淀較為困難，+0.045mm粒級(jí)粗煤泥含量較高，且加壓過濾機(jī)處理效果良好同時(shí)要求水分含量低的選煤廠。

4)“篩網(wǎng)沉降離心機(jī)+壓濾機(jī)”單獨(dú)回收工藝。該工藝采用一段篩網(wǎng)沉降離心機(jī)回收+0.045mm粒級(jí)的一段底流粗煤泥，二段隔膜壓濾機(jī)回收-0.045mm粒級(jí)的二段底流細(xì)煤泥[3]，適用于煤泥一次沉淀較為困難，+0.045mm粒級(jí)粗煤泥含量較高，-0.045mm細(xì)煤泥含量低于20%，原煤不泥化或泥化現(xiàn)象不嚴(yán)重的選煤廠。

由于布爾洞煤礦選煤廠煤質(zhì)泥化較為嚴(yán)重，煤泥中+0.045mm粒級(jí)含量不高，僅為15.59%；且-0.045mm含量很高，達(dá)到了84.41%，因此不宜采用加壓過濾機(jī)和篩網(wǎng)沉降離心機(jī)回收，不適合采用兩段回收。通過以上分析最終確定本廠細(xì)煤泥回收采用壓濾機(jī)單獨(dú)回收工藝[4，5]。

3 工藝布置選擇

壓濾機(jī)回收系統(tǒng)的工藝布置主要與煤泥產(chǎn)品走向、總平面位置、濃縮車間位置及煤泥晾干場(chǎng)位置等因素有關(guān)。主要有以下幾種布置形式：

1)壓濾回收系統(tǒng)、煤泥晾干場(chǎng)集中一體布置。壓濾回收系統(tǒng)單獨(dú)呈壓濾車間布置，并與煤泥晾干場(chǎng)集中一體布置。壓濾車間兩層布置，二層布置入料攪拌桶和壓濾機(jī)，一層部分布置入料泵等設(shè)備，部分做煤泥落地場(chǎng)地；煤泥晾干場(chǎng)布置在一層。該工藝流程為壓濾機(jī)拉板卸料的煤泥直接落至一層地面緩沖堆放，通過鏟車鏟入煤泥晾干場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行自然晾干后外運(yùn)。

該布置形式適用于工業(yè)場(chǎng)地位置受限，主廠房周圍場(chǎng)地不足，且沒有壓濾車間、煤泥晾干場(chǎng)分開布置場(chǎng)地；原煤煤質(zhì)較差，壓濾脫水效果較差，煤泥水分、灰分均偏高，發(fā)熱量較低，不適宜直接摻入末煤產(chǎn)品中；煤泥含水量太高，不適合膠帶轉(zhuǎn)載；煤泥燃點(diǎn)低，不適用進(jìn)行干燥降水[6]；煤泥干燥成本太高，沒有經(jīng)濟(jì)效益的選煤廠。

2)壓濾回收系統(tǒng)、煤泥晾干場(chǎng)分開單獨(dú)布置。壓濾回收系統(tǒng)單獨(dú)呈壓濾車間布置，煤泥晾干場(chǎng)單獨(dú)布置。壓濾車間兩層布置，二層布置入料攪拌桶和壓濾機(jī)，一層部分布置入料泵、濾液泵，煤泥收集刮板和轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)等。煤泥晾干場(chǎng)按照封閉煤棚設(shè)置。該工藝流程為壓濾機(jī)拉板卸料的煤泥直接落至一層收集刮板，給料至轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)，然后運(yùn)至煤泥晾干場(chǎng)卸料堆放，進(jìn)行自然晾干或干燥后外運(yùn)。

該布置形式適用于工業(yè)場(chǎng)地位置受限，主廠房周圍場(chǎng)地不足，壓濾車間、煤泥晾干場(chǎng)等無法集中布置；原煤煤質(zhì)較差，壓濾脫水效果較差，煤泥水分、灰分均偏高，發(fā)熱量較低，不適宜直接摻入末煤產(chǎn)品中；煤泥晾干場(chǎng)需要布置干燥設(shè)施的選煤廠。

3)壓濾回收系統(tǒng)、主廠房、煤泥晾干場(chǎng)集中一體布置。壓濾回收系統(tǒng)和煤泥晾干場(chǎng)一體布置在主廠房內(nèi)一側(cè)，兩層布置，二層布置入料攪拌桶和壓濾機(jī)，一層部分布置入料泵等設(shè)備，部分做煤泥落地場(chǎng)地；煤泥晾干場(chǎng)一層布置。該工藝流程為壓濾機(jī)拉板卸料的煤泥直接落至一層地面緩沖堆放，通過鏟車鏟入煤泥晾干場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行自然晾干后外運(yùn)。

該布置形式適用于工業(yè)場(chǎng)地平坦寬敞，便于集中布置；原煤煤質(zhì)較差，壓濾脫水效果較差，煤泥水分、灰分均偏高，發(fā)熱量較低，不適宜直接摻入末煤產(chǎn)品中；一體布置滿足消防分區(qū)要求；煤泥含水量太高，不適合膠帶轉(zhuǎn)載；煤泥燃點(diǎn)低，不適用進(jìn)行干燥降水；煤泥干燥成本太高，沒有經(jīng)濟(jì)效益的選煤廠。

4)壓濾回收系統(tǒng)、主廠房集中一體布置，煤泥晾干場(chǎng)單獨(dú)布置。壓濾回收系統(tǒng)布置在主廠房內(nèi)一側(cè)，兩層布置，二層布置入料攪拌桶和壓濾機(jī)，一層部分布置入料泵、濾液泵，煤泥收集刮板和轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)等。煤泥晾干場(chǎng)按照封閉煤棚設(shè)置。該工藝流程為壓濾機(jī)拉板卸料的煤泥直接落至一層收集刮板，然后給料至轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)，運(yùn)至煤泥晾干場(chǎng)卸料堆放，在煤泥晾干場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行自然晾干或干燥后外運(yùn)。該布置形式是動(dòng)力煤選煤廠最常用的布置形式之一。

該布置形式適用于工業(yè)場(chǎng)地平坦寬敞，空間位置富裕；原煤煤質(zhì)較差，壓濾脫水效果較差，煤泥水分、灰分均偏高，發(fā)熱量較低，不適宜直接摻入末煤產(chǎn)品中；煤泥晾干場(chǎng)需布置干燥設(shè)施的選煤廠。

5)壓濾回收系統(tǒng)單獨(dú)布置，煤泥回?fù)侥┟寒a(chǎn)品。壓濾回收系統(tǒng)單獨(dú)呈壓濾車間布置，壓濾車間兩層布置，二層布置入料攪拌桶和壓濾機(jī)，一層部分布置入料泵、濾液泵，煤泥收集刮板和轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)等。工藝流程為壓濾機(jī)拉板卸料的煤泥直接落至一層收集刮板，然后給料至轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)，運(yùn)至末煤產(chǎn)品帶式輸送機(jī)上摻混入倉。

該布置形式適用于工業(yè)場(chǎng)地位置受限，主廠房主廠房周圍場(chǎng)地不足，壓濾車間無法與主廠房集中布置；原煤煤質(zhì)較好，壓濾機(jī)脫水效果較好，煤泥發(fā)熱量較高，適宜摻入末煤產(chǎn)品中；與主廠房一體化布置無法滿足消防分區(qū)的要求，只有單獨(dú)布置才能滿足消防要求的選煤廠。

6)壓濾回收系統(tǒng)與主廠房集中一體布置，煤泥回?fù)侥┟寒a(chǎn)品。壓濾回收系統(tǒng)布置在主廠房內(nèi)一側(cè)，兩層布置，二層布置入料攪拌桶和壓濾機(jī)，一層部分布置入料泵、濾液泵，煤泥收集刮板和轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)等。該工藝流程為壓濾機(jī)拉板卸料的煤泥直接落至一層收集刮板，然后給料至轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)，運(yùn)至主廠房內(nèi)末煤產(chǎn)品帶式輸送機(jī)上摻混入倉。該布置形式也是動(dòng)力煤選煤廠最常用的布置形式之一。

該布置形式適用于工業(yè)場(chǎng)地平坦寬敞，空間位置富裕；原煤煤質(zhì)較好，壓濾機(jī)脫水效果較好，煤泥發(fā)熱量較高，適宜摻入末煤產(chǎn)品中；與主廠房一體化布置滿足消防分區(qū)的要求的選煤廠。

通過比較壓濾機(jī)回收系統(tǒng)的六種工藝布置形式，結(jié)合布爾洞煤礦選煤廠工業(yè)場(chǎng)地總平面布置，如圖1所示。

圖1 布爾洞煤礦選煤廠工業(yè)場(chǎng)地總平面布置圖

可以看出，布爾洞選煤廠是在現(xiàn)有的礦井工業(yè)場(chǎng)地新增布置，現(xiàn)有工業(yè)場(chǎng)地狹小，剩余空間較小且分散，無法新增購地，主廠房周圍場(chǎng)地不足，因而沒有壓濾車間、煤泥晾干場(chǎng)分開布置場(chǎng)地，煤泥燃點(diǎn)偏低不適宜干燥降水，細(xì)煤泥中高密度物高嶺土含量較多，水分較高，結(jié)合周邊選煤廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸易打滑，且灰分高，不適用于煤泥直接回?fù)侥┟寒a(chǎn)品布置形式，因此該選煤廠細(xì)煤泥回收系統(tǒng)工藝布置形式為壓濾回收系統(tǒng)、煤泥晾干場(chǎng)集中一體布置。

4 結(jié) 論

1)布爾洞煤礦選煤廠細(xì)煤泥含量高，原煤易泥化，宜采用壓濾機(jī)回收工藝對(duì)細(xì)煤泥進(jìn)行回收。

2)布爾洞煤礦選煤廠細(xì)煤泥具有水分高、灰分高、燃點(diǎn)低等特性，現(xiàn)有工業(yè)場(chǎng)地狹小，剩余空間較小且分散，無法新增用地，因此該廠細(xì)煤泥回收系統(tǒng)工藝布置形式為壓濾回收系統(tǒng)、煤泥晾干場(chǎng)集中一體布置形式，既能充分利用現(xiàn)有場(chǎng)地空間，提高末煤產(chǎn)品的競(jìng)爭力，又能為選煤廠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。