孔莊選煤廠機(jī)械選矸系統(tǒng)研究

王圣磊

(上海大屯能源股份有限公司 選煤中心，江蘇 徐州 221611)

1 孔莊選煤廠概況

孔莊選煤廠隸屬于中煤集團(tuán)上海大屯能源股份有限公司，為礦井型選煤廠，主要入洗孔莊煤礦原煤，選煤廠原設(shè)計能力為120 萬t/a。2013年對選煤系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，改造后的生產(chǎn)能力達(dá)到200 萬t/a。

2 孔莊選煤廠存在的問題

孔莊煤礦現(xiàn)有新、老2個井口，近年來由于是深部開采，采場煤層構(gòu)造復(fù)雜，斷層多，加上局部有偽頂、復(fù)合頂板及夾矸，特別是放頂煤、綜采新工藝的應(yīng)用，使煤質(zhì)發(fā)生較大變化，毛煤灰分增高，含矸量急劇增加。正常生產(chǎn)時，孔莊新井毛煤含矸達(dá)到16.23%，孔莊老井毛煤含矸達(dá)到11.37%。如果井下遇到過斷層等，矸石量將急劇增加，新、老井含矸最大均達(dá)到40%。而孔莊選煤廠在2013年擴(kuò)能升級改造設(shè)計時，只對洗選系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，原煤準(zhǔn)備車間仍利用原有設(shè)備采用人工手選方法揀出矸石，工人勞動強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境惡劣、自動化水平低、生產(chǎn)效率低的問題日漸突顯。

2.1 手選系統(tǒng)存在的問題

原煤準(zhǔn)備車間手選工人為36人，每天選矸約200 t，每人每天揀矸9 t。工人站立手工作業(yè)，勞動強(qiáng)度大，人易于疲勞，人身安全難以保證。周圍噪聲大(高達(dá)90 dB)、粉塵大，嚴(yán)重影響崗位工人身心健康。同時隨著采煤條件越來越差，為提高原煤回采率，勢必產(chǎn)生大量矸石，僅依靠人工選矸，最多能撿出25%左右的矸石，人工手選效率低，大量矸石進(jìn)入洗選系統(tǒng)，對生產(chǎn)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。

2.2 影響重介旋流器的處理能力，降低原煤入洗能力

由于人工手選效率低，大量沒有揀出的矸石進(jìn)入主洗系統(tǒng)，不但增加了主洗系統(tǒng)的入洗量，更嚴(yán)重的是使三產(chǎn)品重介旋流器的處理量降低?？浊f選煤廠主洗系統(tǒng)現(xiàn)用1臺1300/920無壓給料三產(chǎn)品重介旋流器，處理量只有270～280 t/h，正常情況下處理量應(yīng)該達(dá)到380～450 t/h。由于三產(chǎn)品重介旋流器處理量的大幅度降低，影響原煤入洗能力，嚴(yán)重時會影響礦井正常生產(chǎn)。

2.3 重介旋流器堵塞，影響生產(chǎn)效率

進(jìn)入主洗系統(tǒng)矸石量大，經(jīng)常使旋流器堵塞，選煤廠須停產(chǎn)處理。有時出現(xiàn)小時處理量不到200 t，達(dá)不到選煤廠設(shè)計生產(chǎn)能力，影響生產(chǎn)效率。

2.4 選煤成本增加，影響經(jīng)濟(jì)效益

由于矸石量大，旋流器處理量降低，選煤廠靠增加開車時間完成入洗能力，保證礦井正常生產(chǎn)。由此而增加了電力消耗、介質(zhì)消耗、設(shè)備磨損等，使選煤成本增加，選煤廠經(jīng)濟(jì)效益降低。

綜上，為保證升級改造后的洗選系統(tǒng)達(dá)到最佳的生產(chǎn)狀態(tài)，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益，有必要對孔莊選煤廠原煤準(zhǔn)備車間進(jìn)行升級改造，采用機(jī)械選矸代替人工手選。

3 原煤系統(tǒng)預(yù)先排矸的的必要性

3.1 適應(yīng)礦井深部開采煤質(zhì)變化的需要

隨著礦井開采深度的增加，煤的變質(zhì)程度加深，煤層構(gòu)造更加復(fù)雜，斷層多、夾矸層增多、變厚，類似天然焦(密度輕而硬度大，灰分又高)會時而出現(xiàn)，使煤層灰分增高、煤質(zhì)波動變大；同時受采煤方法(綜采放頂煤)和掘進(jìn)機(jī)械化程度提高的影響，以及開采壓力的增大，也會增加矸石的混入量，而且從深部已揭露的8層煤情況看，發(fā)現(xiàn)有變薄的現(xiàn)象。因此，隨采掘深度的增加，毛煤含矸、原煤灰分會增加，礦井煤質(zhì)有變差的趨勢?？浊f選煤廠選前采用機(jī)械排矸，是適應(yīng)礦井深部開采煤質(zhì)變化的需要。

3.2 保證礦井及選煤廠安全生產(chǎn)的需要

孔莊選煤廠選前采用機(jī)械排矸，不僅為降低手選崗位員工們勞動強(qiáng)度、改善工作環(huán)境、提高勞動效率提供了必要的條件，同時也為礦井及選煤廠安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。選煤廠實(shí)現(xiàn)機(jī)械排矸，提高選煤廠生產(chǎn)效率和產(chǎn)能，減少不必要的事故停車時間及次數(shù)，保證礦井生產(chǎn)及毛煤運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性及均衡性。選煤廠手選臺工作環(huán)境惡劣，噪音大、粉塵大、員工勞動強(qiáng)度大，在這種環(huán)境下工作，不僅對員工身體健康造成影響，同時因勞動強(qiáng)度大造成崗位員工易疲勞，安全意識降低，容易出現(xiàn)安全事故。選煤廠實(shí)現(xiàn)機(jī)械排矸，為保護(hù)企業(yè)員工身心健康和安全工作條件提供可靠的保障。

3.3 保證礦井正常生產(chǎn)、提升的需要

機(jī)械排矸設(shè)備處理量大，與礦井提升系統(tǒng)能力相適應(yīng)，能夠滿足礦井提升量的要求，是對礦井正常生產(chǎn)的有力保障。

3.4 保證選煤廠發(fā)揮正常生產(chǎn)能力的需要

采用機(jī)械排矸，使矸石在進(jìn)入主選系統(tǒng)前排出，可以提高三產(chǎn)品重介旋流器的小時處理量，從而提高選煤廠的入洗能力，保證洗選系統(tǒng)達(dá)到最佳的生產(chǎn)狀態(tài)。

4 選煤廠機(jī)械排矸方式分析

目前，國內(nèi)選煤廠主要采用的機(jī)械排矸工藝有動篩跳汰排矸、重介質(zhì)分選機(jī)排矸、無篩板跳汰機(jī)排矸等。

4.1 動篩跳汰機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：工藝系統(tǒng)簡單、輔助設(shè)備少、操作容易、處理量大、耗水量小、煤泥水處理系統(tǒng)簡單、占地面積小，生產(chǎn)成本低等。

缺點(diǎn)：動篩跳汰機(jī)體積龐大，對給料穩(wěn)定性要求高，分選粒級較窄，矸石帶煤損失大(5%以上)，設(shè)備運(yùn)行可靠性較差，維修量大。

4.2 重介質(zhì)分選機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：該方法排矸效率高，矸石帶煤損失小(1%以下)；入選物料粒度范圍寬；對煤質(zhì)變化、給料穩(wěn)定性適應(yīng)性強(qiáng)；設(shè)備運(yùn)行可靠性高，維修量小。

缺點(diǎn)：主要是懸浮液密度高，配置困難，工藝系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備磨損較嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高。

生產(chǎn)中用于排矸的重介質(zhì)分選機(jī)有重介斜輪分選機(jī)、重介立輪分選機(jī)和重介淺槽分選機(jī)。由于重介淺槽分選機(jī)具有易操作、易維護(hù)、低投資和高效率等特點(diǎn)，目前得到廣泛應(yīng)用。

4.3 無篩板跳汰機(jī)

無篩板跳汰機(jī)分選粒度為13～100 mm。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是工藝相對較簡單，一次投資相對少，運(yùn)營費(fèi)用較低；但缺點(diǎn)是分選級別窄，分選效率低。

選前三種排矸方式對比見表1。

表1 3種排矸方式對比

從表1可以看出，3種機(jī)械排矸方法均可以用于原煤排矸，無篩板跳汰機(jī)適用于小型簡易選煤廠原煤排矸。動篩跳汰機(jī)與重介淺槽排矸毛煤投資相差1.72 元/t，但動篩跳汰矸石帶煤較多，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

煉焦煤選煤廠預(yù)先排矸作業(yè)分選25～200 mm粒級塊煤的排矸方法，主要應(yīng)選重介淺槽分選和動篩跳汰分選。

重介淺槽分選優(yōu)勢如下：

(1)重介分選效率高，相比較之下動篩跳汰分選效率低，一般重介淺槽分選效率可達(dá)95%，而動篩跳汰的分選效率僅為85%左右；

(2)重介選對煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生變動時跳汰選不如重介效果好；

(3)重介淺槽排矸自動化水平高，矸石純度易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

針對孔莊礦井井下地質(zhì)條件復(fù)雜變化情況，采用分選精度高、對煤質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)的機(jī)械排矸方法具有非常重要意義。

5 機(jī)械排矸技術(shù)方案

5.1 塊煤排矸系統(tǒng)方案

孔莊選煤廠目前入選孔莊煤礦新井和老井2個礦井原煤，2個礦井相距較遠(yuǎn)，2個井口均有手選工藝系統(tǒng)。從原料煤篩分浮沉資料可以看出，2個井口生產(chǎn)的毛煤中塊煤(大于25 mm)含矸率均超過了20%，都需設(shè)置機(jī)械排矸裝置進(jìn)行排矸。為此，根據(jù)中煤公司在孔莊煤礦進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化的思路，新、老井原煤全部由新井系統(tǒng)提升，相對應(yīng)的重介淺槽排矸系統(tǒng)應(yīng)建在新井原煤準(zhǔn)備車間南側(cè)。利用現(xiàn)有準(zhǔn)備車間條件，增加1臺滾軸篩，實(shí)現(xiàn)200 mm和25 mm兩級篩分，利用原新井原煤準(zhǔn)備車間手選膠帶手選大于200 mm粒級矸石，小于50 mm粒級原煤仍用原膠帶運(yùn)輸，200～25 mm粒級塊原煤經(jīng)膠帶(或刮板)運(yùn)至旁側(cè)新建廠房中的重介淺槽分選機(jī)分選，選出矸石用原運(yùn)輸矸石軌道車運(yùn)出。

5.2 塊煤排矸工藝流程

根據(jù)孔莊選煤廠現(xiàn)有原煤排矸條件，原有老井選矸樓中手選設(shè)施不動，將新井選矸樓中原煤分級篩改用滾軸分級篩，篩孔分別為200 mm和25 mm，篩上大于200 mm粒級經(jīng)原手選帶人工手選后經(jīng)原破碎機(jī)破碎至50 mm(主要是減少次生煤泥量，控制破碎機(jī)粒度為50 mm)與篩下小于50 mm物料混合一起運(yùn)至原煤倉。原煤分級篩200～25 mm粒級物料用刮板運(yùn)至新擴(kuò)建廠房進(jìn)入淺槽重介分選機(jī)，排除矸石后破碎至50 mm以下，混入篩下物料一起進(jìn)入原煤倉儲存，然后再進(jìn)入選煤廠現(xiàn)有主洗系統(tǒng)分選。

稀介質(zhì)直接進(jìn)入磁選機(jī)，磁選機(jī)精礦返回合介桶；磁選機(jī)尾礦進(jìn)入尾礦桶，尾礦桶物料用泵打入旋流器組，旋流器溢流可以作為塊煤或矸石脫介篩噴水，當(dāng)濃度高時旋流器溢流和高頻篩篩下水一并進(jìn)入一樓煤泥水桶，煤泥水用泵打到老井工業(yè)廣場處，在主選煤泥水處理系統(tǒng)處理。

6 塊煤機(jī)械排矸項(xiàng)目投資效益分析

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

6.1.1 計算依據(jù)

原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)通過人工手選排矸，單班手選人員6人，按照人均揀矸1.5 t/h計算，則現(xiàn)有手選系統(tǒng)的排矸能力為9 t/h，合計5.94萬t/a；增加重介淺槽排矸系統(tǒng)后，根據(jù)篩分浮沉實(shí)驗(yàn)資料，孔莊選煤廠入選毛煤中大于25 mm粒級占33.86%，其中60.43%為矸石，占入廠毛煤量的20.46%；孔莊選煤廠年處理量200萬t，每年可排出矸石200萬t×20.46%=40.92萬t，重介淺槽分選機(jī)比手選多排出矸石34.98萬t/a。

洗選系統(tǒng)每天工作20 h，重介旋流器洗選加工費(fèi)25元/t。

6.1.2 效益分析

(1)節(jié)約洗選加工費(fèi)。矸石預(yù)先排出，減少主洗系統(tǒng)加工費(fèi)用：34.98萬t/a×25元/t=874.5萬元。

(2)節(jié)約人工費(fèi)。由于提高了選煤廠自動化、機(jī)械化程度，可減少手選工人勞動定員20人，每名手選工人每天工資為150元，全年330 d工作天數(shù)，此部分可節(jié)省人工成本99 萬元/a。

(3)改造后新井手選樓設(shè)備停運(yùn)，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用320萬元/a。

(4)增加成本估算。生產(chǎn)成本估算，按費(fèi)用要素進(jìn)行成本估算，本次按2.0 Mt/a計。增加的成本包含電耗、折舊、維修費(fèi)和其他費(fèi)，改造后排矸系統(tǒng)噸煤加工成本合計約為9 元/t。

采用重介淺槽分選機(jī)替代人工手選，每年增加成本約為677萬元。

綜上，采用重介淺槽分選機(jī)替代人工手選后，可節(jié)省人工及加工費(fèi)約616.5萬元/a。

6.2 社會效益

由于矸石量太大，人工手選效率很低，采用機(jī)械排矸代替人工手選，既可以減輕手選工人的勞動強(qiáng)度，改善原煤準(zhǔn)備車間職工的工作環(huán)境，利于安全生產(chǎn)和保障崗位工人身心健康，又可以提高選矸效率，使矸石中的含煤率降低，減少寶貴的稀缺煤炭資源損失，節(jié)約能源，降低消耗。

7 結(jié) 語

針對孔莊選煤廠年處理200 萬t原煤的大型煉焦選煤廠來說，采用分選精度高、對煤質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)的塊煤排矸替代人工手選具有非常重要的意義。建議采用重介淺槽分選機(jī)排矸，一方面矸石帶煤少，減少煤炭損失，以提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；另一方面運(yùn)營可靠性強(qiáng)，維修量少，保證原煤生產(chǎn)順利進(jìn)行。