永定莊選煤廠TDS 智能干選工藝的應(yīng)用研究

靖吉東

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)大地選煤公司永定莊選煤廠，山西 大同 037003）

1 概況

永定莊選煤廠隸屬于大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司，位于大同煤田向斜中段東南側(cè)，地理位置在大同市西南約23.5 km 處。永定莊選煤廠設(shè)計(jì)能力210 萬(wàn)t/a，小時(shí)處理量400 t/h，屬大型模塊化動(dòng)力煤選煤廠。2016 年集團(tuán)公司發(fā)展規(guī)劃，永定莊礦井產(chǎn)能將提升到3.60 Mt/a（小時(shí)能力681 t/h），選煤廠入洗能力為2.10 Mt/a（小時(shí)能力400 t/h），存在1.50 Mt/a 能力缺口，無(wú)法滿足礦井原煤全部入洗的要求。為了滿足入洗規(guī)模提升需求，提升礦井產(chǎn)能，選煤廠對(duì)原有選矸系統(tǒng)進(jìn)行TDS 智能干選升級(jí)改造，將洗選能力提升至3.60 Mt/a。

2 TDS 智能干選原理分析

TDS 智能干選實(shí)際上是一種基于智能識(shí)別方法的分選系統(tǒng)，通過(guò)給料系統(tǒng)將待選的煤塊平鋪在布料器上，煤塊平鋪需要單層，增加分選精度，然后通過(guò)識(shí)別裝置對(duì)布料器上的煤塊和矸石進(jìn)行識(shí)別[1]。常用的識(shí)別裝置為X 射線穿透識(shí)別器，X 射線對(duì)物料的識(shí)別信息會(huì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后上傳到服務(wù)器，服務(wù)器通過(guò)接收數(shù)據(jù)并智能運(yùn)算后，輸出系統(tǒng)上選料閥門的動(dòng)作信號(hào)，控制選料閥門的開(kāi)閉，同時(shí)控制高頻電磁閥的動(dòng)作，對(duì)物料進(jìn)行噴吹，實(shí)現(xiàn)煤塊與矸石的精準(zhǔn)分選[2]。TDS 智能干選原理如圖1。

圖1 TDS 智能干選原理圖

TDS 智能干選系統(tǒng)由給料、識(shí)別、執(zhí)行和輔助四大系統(tǒng)構(gòu)成[3]。給料系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)原料的布料功能，由布料電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速機(jī)、皮帶、滾筒以及防護(hù)罩等零部件構(gòu)成，與傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)有一定的相似。識(shí)別系統(tǒng)則主要由X 射線發(fā)生器以及各種防護(hù)箱構(gòu)成，防護(hù)箱用于防止X 射線對(duì)系統(tǒng)外設(shè)備和人造成影響。TDS 智能干選系統(tǒng)上的X 射線源屬于Ⅲ類射線發(fā)生裝置[4]，結(jié)構(gòu)如圖2。執(zhí)行系統(tǒng)主要通過(guò)接收控制信號(hào)，執(zhí)行電磁閥動(dòng)作，控制噴氣裝置的開(kāi)閉，完成分選，結(jié)構(gòu)組成包括電磁閥組、分隔板、緩沖皮簾以及收集罩等。執(zhí)行系統(tǒng)的噴吹機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，要求經(jīng)過(guò)分選通道的原料必須不能重疊，保證分選精度。輔助系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)供風(fēng)、除塵、冷卻、提供電能等功能，輔助以上三個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各自功能[5]。

圖2 X 射線源裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 TDS 智能干選系統(tǒng)優(yōu)化與設(shè)備選型

進(jìn)行TDS 智能干選系統(tǒng)改造后，智能干選工藝流程為：礦井原煤首先通過(guò)條型篩進(jìn)行篩分，將300 mm 以上的大塊原煤篩選排出，300 mm 以下的原煤進(jìn)入到原煤分級(jí)篩。通過(guò)篩分后，篩下煤為-50 mm，直接通過(guò)皮帶輸送到上倉(cāng)，篩上原煤則進(jìn)入到振動(dòng)布料篩作為TDS 智能干選機(jī)的原料。通過(guò)TDS 智能干選機(jī)在設(shè)備皮帶上通過(guò)識(shí)別系統(tǒng)和執(zhí)行動(dòng)作系統(tǒng)的配合作用下，控制噴吹控制電磁閥的開(kāi)閉，利用空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓潔凈壓縮氣體將原料中的煤和矸石分開(kāi)。煤經(jīng)過(guò)破碎機(jī)破碎后通過(guò)運(yùn)輸皮帶進(jìn)入原煤轉(zhuǎn)載系統(tǒng)，矸石則進(jìn)入限下分級(jí)篩，經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩分完成矸石和末煤的分離。其中矸石通過(guò)矸石轉(zhuǎn)載系統(tǒng)運(yùn)輸裝載，末煤通過(guò)原煤轉(zhuǎn)載系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸轉(zhuǎn)載。整個(gè)TDS 干選流程如圖3。

圖3 TDS 智能干選系統(tǒng)工藝流程示意圖

TDS 智能干選系統(tǒng)可以根據(jù)煤質(zhì)變化實(shí)現(xiàn)煤、矸切換。篩分車間原篩分手選系統(tǒng)作為干選系統(tǒng)的備用系統(tǒng)，當(dāng)?shù)V井與選煤廠生產(chǎn)不同步時(shí)，可以將原煤系統(tǒng)切換到現(xiàn)有篩分手選系統(tǒng)。干選系統(tǒng)設(shè)備選型主要依托煤場(chǎng)原煤質(zhì)量以及當(dāng)前干選系統(tǒng)現(xiàn)狀。

（1）智能干選機(jī)

智能干選機(jī)是干選系統(tǒng)改造的重點(diǎn)，選煤廠平時(shí)選煤處理量685 t/h，最大來(lái)煤量800 t/h，選用一臺(tái)帶寬為2.4 m、最大運(yùn)載量850 t/h 的干選機(jī)。

（2）氣源系統(tǒng)

空氣壓縮機(jī)作為分離煤和矸石的氣源，性能參數(shù)是噴吹分離效果的關(guān)鍵[6]。通過(guò)分選試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在帶煤量保持穩(wěn)定的情況下，原煤中的含矸率較高，通過(guò)對(duì)矸石噴吹后，系統(tǒng)的氣壓損失約為0.2 MPa，而為了保證噴吹效率，要求作用在原煤上的氣壓不能低于0.55 MPa。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定，一旦噴吹氣壓低于0.55 MPa，系統(tǒng)風(fēng)壓低報(bào)警程序開(kāi)啟，TDS 智能干選系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行報(bào)警停機(jī)動(dòng)作。因此空氣壓縮機(jī)的選擇除了要滿足氣量要求后，還要滿足氣壓要求[7]。經(jīng)過(guò)核算，系統(tǒng)選用兩臺(tái)SA185/0.8 風(fēng)冷雙級(jí)螺桿型，雙級(jí)壓縮空壓機(jī)的排氣量較單機(jī)壓縮空壓機(jī)氣量更大，而螺桿壓縮機(jī)的排氣壓力可以穩(wěn)定在0.8 MPa，如果用氣端出現(xiàn)憋壓現(xiàn)象，空氣壓縮機(jī)會(huì)自動(dòng)卸載壓力，保證氣源的穩(wěn)定安全。排風(fēng)壓力選擇0.8 MPa，并設(shè)定其自動(dòng)啟動(dòng)壓力為0.60 MPa，自動(dòng)卸載壓力為0.85 MPa，通過(guò)PLC 進(jìn)行智能自動(dòng)控制，滿足噴吹氣源性能要求。

（3）布料篩選型

TDS 智能干選系統(tǒng)對(duì)原料布料有很高的要求，需要原料單層布料[8]，才能最大程度進(jìn)行原料篩選。影響布料層數(shù)的因素主要有兩個(gè)：布料膠帶的寬度以及布料篩與干選機(jī)的角度[9]。布料膠帶的寬度太小，在處理量一定的情況下，更容易發(fā)生堆料現(xiàn)象。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，布料篩上的大粒徑原料在布料過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)后翻現(xiàn)象，導(dǎo)致原料重疊[10]?；谝陨显?，結(jié)合永定莊選煤廠原煤處理量，選取布料膠帶寬度為1.2 m 的3YA1237 型振動(dòng)布料篩，并調(diào)整布料篩與干選機(jī)入料滑板的角度，杜絕后翻情況發(fā)生。關(guān)鍵設(shè)備選型見(jiàn)表1。

表1 TDS 智能干選系統(tǒng)主要設(shè)備選型匯總表

4 應(yīng)用效果

永定莊選煤廠干選車間建成使用后，帶煤量為800 t/h 依然能夠保證整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。日常對(duì)TDS 干選機(jī)分選出精煤和矸石取樣進(jìn)行浮沉試驗(yàn)。浮沉試驗(yàn)結(jié)果：精煤帶矸率4.55%，矸石帶煤率2.8%，產(chǎn)品符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況制成產(chǎn)品平衡表，由表2 數(shù)據(jù)可以看出，干選車間的應(yīng)用，能夠保證外運(yùn)精煤產(chǎn)品達(dá)到集團(tuán)公司2.092 9×104kJ 的要求，取得了良好的效果。

表2 TDS 干選系統(tǒng)應(yīng)用后產(chǎn)品平衡表

TDS 智能干選系統(tǒng)投入使用后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)煤樣采集以及進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分離后的矸中帶煤率為0.66%，極大程度低于煤礦要求的1.2%含量要求，說(shuō)明TDS 智能干選系統(tǒng)對(duì)煤矸分離效果明顯，提升了煤炭的分離效率，保證經(jīng)濟(jì)效益。另外，通過(guò)資料統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用TDS 智能干選系統(tǒng)后，系統(tǒng)人員結(jié)構(gòu)配置發(fā)生了很大變化，專職操作實(shí)際和濃縮池運(yùn)行司機(jī)工作全部由機(jī)械自動(dòng)化完成，另外設(shè)備維護(hù)人員數(shù)量和工作量也大大減少，相較于原來(lái)的干選系統(tǒng)，共減少人員32 人，按照每人每年8 萬(wàn)元收入來(lái)計(jì)算，每年可以節(jié)省人工開(kāi)支約250 萬(wàn)元。