選煤廠原煤煤質保證系統的開發與應用

王 進，楊偉橋，薛軍智，陳新波，盧雙民

(陜西煤化選煤技術有限公司，陜西 西安 710100)

0 引言

陜西彬長文家坡選煤廠設計洗選能力4.00 Mt/a，建設規模與礦井配套，屬礦井型動力煤選煤廠。選煤廠共有4大系統，分別是原煤準備、主洗系統、煤泥水處理系統和產品裝車系統。選煤廠工藝技術特點為：+13 mm塊煤重介淺槽分選；13～0.5 mm無壓三產品重介分選；粗煤泥離心機回收、細煤泥快開壓濾機回收。文家坡選煤廠經過近2年多的實際生產后，選煤廠原煤儲運生產系統環節也逐漸暴露出一些問題，主要體現在礦井井下過斷層，原煤煤質急劇變差，嚴重影響了選煤廠的生產能力；日常生產中原煤煤質不穩定，也影響后續的分選效果，造成選煤廠煤炭產品指標不穩定。因此，需要對文家坡選煤廠的原煤儲運系統進行改造優化。

1 原煤煤質分析

1.1 原煤工業分析

按照GB/T212-2008《煤的工業分析方法》、GB/T211-2007《煤中全水分的測定方法》和GB/T213-2008《煤的發熱量測定方法》的規定，對文家坡煤礦原煤分別進行篩分、破碎、縮分、制樣，按GB/T477-2008《煤炭篩分試驗方法》配制化驗總樣，對其進行工業分析，其結果詳見表1。

表1 文家坡入廠煤樣工業分析結果

從表1可知，按GB/T15224.1-2010《煤炭質量分級第1部分：灰分》的規定，文家坡煤灰分為26.49%，為中灰煤。其高位發熱量為22.2 MJ/kg，屬于中發熱量煤；對比設計之初的原煤工業分析結果發現，原煤灰分較設計之初灰分升高約9.5%，原煤發熱量降低約1 000 kcal。因此，文家坡入選原煤煤質變差，原煤等級下降一個等級。

1.2 原煤篩分資料分析

現場對實際的原煤做了大樣分析，并得到了正常生產時和過斷層時的試驗數據，選煤廠正常生產時原煤篩分數據表見表2，在極端條件下如井下過斷層時選煤廠生產原煤篩分數據表見表3。

表2 選煤廠正常生產時原煤篩分數據表

表3 井下過斷層時選煤廠生產原煤篩分數據表

由表2和表3可以看出，原設計時，+13 mm以上的塊煤量與-13 mm以下的末煤量基本上各占一半，而實際生產中，塊煤的量約為40%左右，這也與現場目前末煤洗選系統無壓三產品旋流器入料量偏大處理不過來，而淺槽處理能力又有所富余的實際情況相符。因此在提升選煤廠系統產能時可考慮適當增加末煤系統處理量或是降低淺槽分選下限提高塊系統處理量，保證系統在整體提升能力時不至于因三產品旋流器處理能力低下而制約整個系統產能提升。

井下過斷層時，原煤的煤質嚴重惡化，灰分達到了45%以上，硫分也偏高，高位干燥基發熱量更是只有4 000 kcal左右，折合為收到基的低位發熱量只有3 100 kcal左右，因此即使全洗，混煤產品質量也很難達到客戶要求，因此開發出穩定的原煤煤質保證系統非常必要。

2 穩定入選原煤煤質思路

2.1 原煤分裝分運系統優化

井下過斷層時煤質嚴重惡化，灰分超過45%以上，發熱量僅為3 100 kcal左右。如何穩定入選原煤煤質，最大程度保證選煤廠生產產品發熱量合格，作為毛煤從井下提升的第一道工序，對井下原煤進行分質入倉尤為必要。

原煤煤質受限于文家坡礦井井下不能分裝分運的現實情況，選煤廠目前在實際生產中利用現有條件，當井下過斷層時，或者夾矸厚度大于煤層厚度2/3時，將該部分原料單獨運輸至1#原煤倉，如果矸石較純且泥化嚴重，直接利用倉下的短皮帶導出來運至排矸場排棄；如果矸石還有洗選的必要性時，也可以根據實際的情況，緩慢地參配至穩定的原煤里面，讓選煤廠能夠穩步的處理，防止短時間內入洗原煤煤質急劇變差而造成選煤廠洗選系統癱瘓。

圖1 分裝分運實物圖

2016年沒有實行分裝分運，導致2016年11月礦井斷層生產過程中選煤廠入選原煤矸石含量波動劇烈，嚴重影響選煤廠的生產。礦井過斷層時間約為32天，原煤產量僅為30.2萬t，商品煤銷售僅為14.56萬t，嚴重影響礦井生產效益。與之相反，2017年實施分裝分運后，在2017年11月礦井F21斷層生產過程中選煤廠入選原煤性質基本穩定，礦井過斷層時間為9天，當月原煤生產37.6萬t，商品煤銷售18.94萬t，劣質煤外運7.3萬t，圖2為斷層生產過程中煤質變化趨勢圖。

a-2016年斷層原煤化驗；b-2017年斷層原煤化驗圖2 2次斷層煤質變化對比圖

對比2次斷層生產情況可以發現，當礦井煤質出現劇烈變化時，在入選極差煤質原煤時，矸石外排對入洗原煤質量穩定起到了促進作用，對礦井生產的正常進行也起到了促進作用。

2.2 原煤煤質管理系統開發

通過在過斷層時期所建立起的掘進煤進1號原煤倉，綜采煤進2號原煤倉的原煤入倉規則，結合201皮帶所裝的在線灰水測定儀，以及安裝在1號、2號原煤倉下的12臺帶變頻振動給煤機，提出了一套基于PLC控制的原煤煤質穩定控制的系統，安裝在201皮帶上的皮帶秤和無源灰水測定儀分別將皮帶負荷、速度脈沖信號、煤質信號傳給配電室PLC的輸入模塊，經PLC的程序運算，其模出模塊將 4～20 mA的控制電流傳給變頻器，變頻器按照給定控制電流實現輸出頻率的改變，即給煤機的給煤量實現自動調節，使得給煤機在給定的流量下輸送煤。

在手動模式下，人工給定變頻器的控制電流，使給煤機在相應的速度下恒速運行。設定所有配料數據在計算機中完成，在每個煤倉煤種名稱下輸入配料百分比、含水含灰率即可，控制圖如圖3所示。

圖3 原煤煤質穩定控制的系統

通過由工程軟件建立起來的在線監測調節系統，利用201皮帶上所裝的皮帶秤和在線灰水測定儀在線測定原煤的流量大小及灰分、水分，通過與內部設定的原煤參數進行比較，當原煤水分<12%，灰分<35%，原煤直接入廠分選；當原煤水分>12%，灰分>35%，持續時間達10 min及以上時，集控員通過控制給煤機變頻和給煤機開關數量及時調整1號倉和2號倉的配比，現場也裝有控制按鈕方便崗位工進行現場操作，手動啟動和停止分為集控室計算機軟手動和現場操作臺硬手動2種方式，硬手動切換由設在集控室的轉換開關完成。所有給煤機的啟動都受主輸送皮帶機的連鎖控制。將轉換開關轉換到手動，則現場的所有給煤機將不受 PLC的控制，其啟停將直接由現場手動操作臺的啟停開關控制，現場的啟停開關直接控制給煤機的接觸器。

3 經濟效益分析

對比改造前后礦井過斷層生產量和精煤銷售量可以發現，改造后過斷層時可多生產商品煤4.1萬t，每噸按照60元利潤計算，可為礦方增加收入約246萬元，同時排出的矸石為7.3萬t，可為礦井節省加工費為874 540元。2項合計，可以為礦方創造效益約為335萬元。

4 結論

(1)在礦井過斷層時，純矸石通過外排不僅可以保證選煤廠生產系統的穩定運行，同時與以往過斷層相比可實現較高的經濟效益。

(2)原煤煤質管理是在設置好的PLC控制系統中，根據原煤煤質監測數據實時調整原煤1號、2號倉的給煤量，最終實現“在線監測、動態控制、純矸排棄、合理配煤”的入廠煤質穩定的保證系統。