邢東煤礦井下排矸工藝系統(tǒng)的優(yōu)化與完善

張 克，王 英，婁德安，霍紅濤

(1.冀中能源股份有限公司，河北 邢臺 054000；2.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；3.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

邢東煤礦井下排矸工藝系統(tǒng)的優(yōu)化與完善

張 克1，王 英1，婁德安2，3，霍紅濤1

(1.冀中能源股份有限公司，河北 邢臺 054000；2.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；3.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

為解決邢東煤礦井下排矸工藝系統(tǒng)處理能力不足、關(guān)鍵設(shè)備可靠性差的問題，在遵循改造原則的前提下，制定了工藝系統(tǒng)優(yōu)化方案。經(jīng)過對篩分作業(yè)、破碎作業(yè)、脫水作業(yè)等環(huán)節(jié)優(yōu)化與完善，系統(tǒng)排矸能力大幅提升，節(jié)約了寶貴的運輸資源，也為企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

井下排矸；工藝系統(tǒng)；關(guān)鍵設(shè)備；可靠性；處理能力

邢東煤礦隸屬于冀中能源股份有限公司，礦井實際產(chǎn)能為1.20 Mt/a。2011年12月首次將跳汰排矸工藝應(yīng)用于井下排矸系統(tǒng)，系統(tǒng)處理能力為3.00 Mt/a。2012年系統(tǒng)排矸量為2.5萬t，不但相對提高了礦井煤炭運輸能力，節(jié)約了有限的運輸資源，而且為井下充填提供了原料[1]，避免了矸石廢料升井造成的環(huán)境污染。

但是實際使用中發(fā)現(xiàn)該工藝系統(tǒng)存在一些問題，跳汰機(jī)、斗式提升機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備處理能力有限，僅有30%的毛煤進(jìn)入排矸系統(tǒng)，不能滿足礦井的排矸需要；跳汰機(jī)、刮板篩分機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備故障率高，可靠性差，嚴(yán)重影響選煤生產(chǎn)的正常進(jìn)行。為了進(jìn)一步提高工藝系統(tǒng)處理能力和設(shè)備可靠性、適應(yīng)性以及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，必須對邢東煤礦井下排矸工藝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與完善。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 系統(tǒng)處理能力不足

從現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況來看，由于工藝系統(tǒng)所處位置及跳汰機(jī)、斗式提升機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備處理能力的制約，僅有30%的毛煤進(jìn)入排矸系統(tǒng)，無法滿足礦井排矸需要。此外，邢東煤礦井下毛煤主要來自-980水平工作面，由于生產(chǎn)時間集中且出煤量大，而跳汰排矸系統(tǒng)缺少緩沖倉，設(shè)備入選量不能及時調(diào)節(jié)[2]，毛煤直接運至排矸系統(tǒng)，致使其入選量波動較大。

跳汰排矸工藝系統(tǒng)設(shè)計時考慮井下空間的限制，采用一臺S型斗式提升機(jī)[3]提升兩種物料，即在鏈斗中間設(shè)置隔板，分別裝運矸石和塊煤，這樣可以節(jié)省一定空間，但是在煤質(zhì)波動較大的情況下，經(jīng)常出現(xiàn)因塊煤斗或矸石斗滿載溢出而相互污染的問題。為了保證入選原煤質(zhì)量，只能降低系統(tǒng)處理量。

1.2 關(guān)鍵設(shè)備可靠性差

邢東煤礦井下跳汰排矸工藝系統(tǒng)自投入運行以來，跳汰機(jī)、刮板篩分機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備故障率高，可靠性差，給正常生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重影響。

跳汰機(jī)采用柔性氣囊空氣室，通過氣囊的膨脹、收縮產(chǎn)生脈動水流，這在一定程度上能夠降低設(shè)備高度，節(jié)省廠房空間[4]。但是每天上萬次的膨脹、收縮循環(huán)，致使氣囊非常容易被損壞，而四個氣囊中的任意一個出現(xiàn)破損時，就需要停車處理，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。

刮板篩分機(jī)的篩分段結(jié)構(gòu)比較特殊，運輸過程中阻力較大，加之塊煤在出料端被強行擠碎，不但導(dǎo)致設(shè)備磨損嚴(yán)重，而且生產(chǎn)事故較多。另外，為了解決運輸中的漂鏈、跳鏈問題，在鏈條上方設(shè)置了壓鏈裝置，導(dǎo)致運輸過程中擺軸壓力較大；如果擺軸受損彎曲，連桿裝置就容易變形，進(jìn)而損壞驅(qū)動裝置。

原設(shè)計采用雙齒輥破碎機(jī)對大塊煤進(jìn)行破碎，但由于塊煤含矸量大，且矸石粒度大(粒徑可達(dá)1 000 mm)、硬度大，致使齒輥磨損嚴(yán)重；此外，破碎物料中出現(xiàn)大量超大塊時，易使跳汰機(jī)矸石排料輪被卡住。

2 優(yōu)化原則與方案

2.1 優(yōu)化原則

根據(jù)邢東煤礦現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，充分分析原煤煤質(zhì)特征和煤質(zhì)波動情況，合理確定系統(tǒng)處理能力，提高工藝系統(tǒng)的適應(yīng)性。在不影響工藝系統(tǒng)性能的前提下，盡可能利用原有設(shè)備，在減少施工量、縮短工期的同時降低投資成本。在設(shè)備選型過程中，為了保證選煤生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，選擇先進(jìn)、可靠、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的設(shè)備。在所選設(shè)備符合井下安全操作規(guī)程、規(guī)定的前提下，盡可能選擇同類型、同系列設(shè)備，以便設(shè)備維護(hù)并減少備品備件[5]。

2.2 優(yōu)化方案

針對工藝系統(tǒng)存在的問題，在遵循優(yōu)化原則的條件下，制定優(yōu)化方案。為保證全部毛煤或多個采區(qū)的毛煤進(jìn)入排矸系統(tǒng)，工藝系統(tǒng)應(yīng)布置在主暗煤倉上口或下口，且其所處位置要保證各設(shè)備能夠正常運行。

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，將工藝系統(tǒng)布置在主暗煤倉上口，在此實現(xiàn)毛煤的篩分；篩下物直接進(jìn)入主暗煤倉，篩上物被轉(zhuǎn)載至新建塊煤倉，并在倉上實現(xiàn)一段破碎；通過帶式輸送機(jī)將其運至現(xiàn)有篩選系統(tǒng)，實現(xiàn)煤炭的有效洗選。該方案可以實現(xiàn)所有毛煤全部進(jìn)入排矸系統(tǒng)，且塊原煤倉的建立徹底解決了系統(tǒng)入料的緩沖問題。

3 工藝系統(tǒng)優(yōu)化與實施

(1)根據(jù)邢東煤礦目前和未來數(shù)年內(nèi)的采掘工作面布置情況，合理確定排矸系統(tǒng)的處理能力。邢東煤礦主井提升能力為1.30 Mt/a，每小時的提升能力為270 t，但井下工作面出煤量為600 t/h，為使系統(tǒng)排矸能力與工作面出煤能力相適應(yīng)，確定排矸系統(tǒng)處理能力為600 t/h。由于原煤煤質(zhì)可能出現(xiàn)較大波動，各設(shè)備選型要考慮煤質(zhì)變化情況。

(2)目前使用的擺軸篩處理能力較小，在原煤水分高時篩縫易被堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致篩分效果變差，給后續(xù)的煤泥水處理帶來沉重的負(fù)擔(dān)。經(jīng)調(diào)查研究和對比分析，選用正弦篩替代振動篩對原煤進(jìn)行篩分。正弦篩的處理能力大，可靠性高，維護(hù)量小，篩面傾角、篩軸轉(zhuǎn)速設(shè)計合理，篩分效率高達(dá)95%，且設(shè)置有清掃裝置，可有效防止粘濕煤粒粘附在篩軸上[6]。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，將正弦篩布置在主暗煤倉上口，并在其入料口前方增設(shè)孔徑300 mm的篦子，從而降低正弦篩的負(fù)荷。>300 mm粒級物料與正弦篩篩上物一起進(jìn)入新建塊煤倉上口，正弦篩篩下物直接進(jìn)入主暗煤倉。

(3)現(xiàn)有破碎作業(yè)環(huán)節(jié)采用一段破碎方式，破碎機(jī)負(fù)荷較大，且超大塊很難被破碎，設(shè)備磨損嚴(yán)重。為此，選用兩段破碎方式對原煤進(jìn)行破碎，一段破碎機(jī)入料為>300 mm粒級物料，出料最大粒度為300 mm；二段破碎機(jī)入料為140～300 mm粒級物料，出料最大粒度為140 mm。

經(jīng)過對現(xiàn)有破碎設(shè)備對比分析，一段破碎機(jī)選用顎板輪式破碎機(jī)。該破碎機(jī)具有價格低、體積小、效率高、入料粒度大等優(yōu)點，且出料粒度均勻，粒度大小調(diào)控方便，非常適合井下大塊煤和矸石的破碎。此外，該設(shè)備檢修量非常小，可靠性很高[7]。為了降低一段破碎機(jī)的負(fù)荷，在其入料口前布置孔徑為300 mm的篦子，<300 mm粒級物料與破碎物料一起進(jìn)入塊原煤倉。為進(jìn)一步節(jié)約投資成本，二段破碎機(jī)采用原有破碎機(jī)，同樣在其入料口前布置孔徑為140 mm的篦子，<140 mm粒級物料與破碎物料一起進(jìn)入洗選系統(tǒng)。

(4)為解決柔性空氣室跳汰機(jī)故障率較高、處理能力偏小的問題，采用成熟的SKT跳汰機(jī)替換原設(shè)備。此次選用的SKT跳汰機(jī)面積為4.80 m2，處理能力在200～250 t/h之間。該跳汰機(jī)具有如下技術(shù)特點：采用新型無背壓軟接觸數(shù)控蓋板閥，無運動磨損，省力節(jié)能，不易損壞；采用多室共用風(fēng)閥，故障率較低，高壓風(fēng)用量較小[8]；采用強制性排料輪，其轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)無級調(diào)整。為了提高跳汰機(jī)的可靠性，對其入料端和矸石排料管道等易磨損部位進(jìn)行了防護(hù)處理。

原井下跳汰排矸系統(tǒng)所需低壓風(fēng)為降壓處理的礦井高壓風(fēng)，但風(fēng)壓仍高達(dá)8 kg/cm2，而跳汰排矸系統(tǒng)所需風(fēng)壓僅為0.50 kg/cm2，造成嚴(yán)重的電能浪費。考慮到井下相對封閉的環(huán)境，要求鼓風(fēng)機(jī)噪聲小，且要與跳汰機(jī)匹配，選用離心式鼓風(fēng)機(jī)為其提供風(fēng)源。

(5)礦井物料提升過程中，煤與矸石共用一臺斗式提升機(jī)，運輸能力在140 t/h左右，在原煤煤質(zhì)波動時，煤與矸石互相污染，致使物料提升量被限制，無法滿足生產(chǎn)要求。因此，煤與矸石需要單獨提升，考慮到原煤煤質(zhì)波動情況，斗式提升機(jī)的提升能力不應(yīng)低于跳汰機(jī)處理能力的80%。同時，為了降低設(shè)備能耗，斗式提升機(jī)要采用變頻調(diào)速器控制[9]。

更換所有的物料運輸膠帶，將寬度600 mm的膠帶更換成800 mm的膠帶，保證帶式輸送機(jī)運輸能力與系統(tǒng)處理能力相匹配[10]。脫水物料的儲裝運，采用現(xiàn)有設(shè)備、設(shè)施完成。工藝系統(tǒng)優(yōu)化后的原煤處理原則流程如圖1所示。

4 結(jié)語

井下排矸工藝系統(tǒng)優(yōu)化與投產(chǎn)后，2014年入選毛煤1.30 Mt，排出矸石12萬t。在矸石不升井的情況下，每噸矸石可節(jié)約16元的運輸成本；將其折算成提升的原煤，每噸原煤可增收20元，扣除毛煤加工費6元/t，僅此一項每年可創(chuàng)造1 772萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 工藝系統(tǒng)優(yōu)化后的原煤處理原則流程

邢東煤礦井下排矸工藝系統(tǒng)優(yōu)化與完善后，實現(xiàn)了毛煤井下全部入選，且工藝系統(tǒng)可靠性大大提高，有效解決了生產(chǎn)系統(tǒng)存在的問題，進(jìn)一步提高了原煤質(zhì)量控制手段，并創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 胡建國.選煤技術(shù)在井下應(yīng)用的研究與設(shè)計[C]//劉 峰.第七次煤炭科學(xué)技術(shù)大會文集(上).北京：煤炭工業(yè)出版社,2011.

[2] 婁德安,朱長勇.小型跳汰選煤廠設(shè)計建議[C].選煤技術(shù),2007(3):64.

[3] 曲會東,解京選,仇恒建.新型井下排矸跳汰機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J]. 煤礦機(jī)械，2014,35(12):220.

[4] 姚 勁,姚昆亮.柔性空氣室跳汰機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用,2014(11):2-3.

[5] 劉新建.趙固一礦選煤廠工藝設(shè)計與優(yōu)化[J].選煤技術(shù),2008(5):72.

[6] 張延聲.復(fù)合正弦篩在洗煤廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].煤炭技術(shù),2005(11):86-87.

[7] 徐曉華,劉芳忠,陳國敏. PELM980/2000型顎板輪式破碎機(jī)改造[J].煤炭與化工,2013(10):98-99.

[8] 李小樂,魯 杰.SKT跳汰機(jī)在動力煤分選中的應(yīng)用[J].選煤技術(shù),2008(4):52-54.

[9] 楊國偉.自動變頻調(diào)速膠帶機(jī)在選煤廠的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015(2):91.

[10] 戴少康.選煤工藝設(shè)計實用技術(shù)手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2010:261.

Improvement of underground refuse disposal technology in Xingdong coal mine

ZHANG Ke1, WANG Ying1, LOU De-an2,3, HUO Hong-tao1

(1.Jizhong Energy Resources, Co., Ltd., Xingtai, Hebei 054000, China;2.China Coal Technology and Engineering Group Tangshan Research Institute Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063012, China; 3. Coal Preparation Engineering & Technology Research Center of Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012, China)

To improve processing capacity of underground refuse disposal technology system and the reliability of key equipment, under the condition of modification principle, the process system is optimized, including screening, crushing, dewatering etc., which increases capacity of refuse disposal, and bring remarkable economic benefits with little transportation.

underground refuse disposal; process system; key equipment; reliability; processing capacity

1001-3571(2015)05-0063-03

TD942

B

2015-07-01

10.16447/j.cnki.cpt.2015.05.016

張 克(1986—)，男，河北省饒陽縣人，助理工程師，從事選煤廠煤質(zhì)管理工作。

E-mail:18732948710@163.com Tel：18732948710