哈爾烏素選煤廠采用TDS智能干選機(jī)的改造及安全生產(chǎn)措施

胡金良

(神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司 科學(xué)技術(shù)研究院，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

中國神華能源股份有限公司哈爾烏素選煤廠為31.0 Mt/a的動(dòng)力煤選煤廠，采用了2套優(yōu)煤系統(tǒng)和4套劣煤洗選系統(tǒng)，原工藝為：200～13 mm級進(jìn)淺槽分選，13～0 mm級末煤旁路。近幾年隨著煤炭市場形勢的變化，競爭不斷加劇，準(zhǔn)能集團(tuán)生產(chǎn)經(jīng)營面臨壓力。由于受制于現(xiàn)有 13 mm 分級入選工藝，劣煤產(chǎn)品提質(zhì)空間有限，不能有效應(yīng)對煤炭市場。因此，在2017年初實(shí)施劣煤提質(zhì)增效，將淺槽分選下限降至6 mm，實(shí)現(xiàn)200～6 mm動(dòng)力煤分選。但淺槽分選下限降低后，洗選能力不足，需延長分選時(shí)間。為保證充足檢修時(shí)間，保證煤礦安全生產(chǎn)，需解決淺槽能力不足問題。結(jié)合TDS智能干選技術(shù)的發(fā)展，考慮利用TDS智能干選機(jī)處理大塊煤，分流淺槽入料，解決系統(tǒng)能力不足問題。而TDS智能干選機(jī)作為一項(xiàng)新技術(shù)，從煤礦安全生產(chǎn)考慮，需研究其適應(yīng)性和防爆、輻射及煤塵等安全生產(chǎn)因素，以確保新技術(shù)的引進(jìn)滿足現(xiàn)場安全生產(chǎn)要求。

1 TDS智能干選機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整

哈爾烏素選煤廠原有產(chǎn)品為準(zhǔn)2(Qnet.ar≥20.5 MJ/kg)、準(zhǔn)5(Qnet.ar≥17.99 MJ/kg)的混煤，主要作為動(dòng)力煤。通過調(diào)研市場大塊煤的民用需求發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品發(fā)熱量Qnet.ar≥21.76 MJ/kg的塊煤售價(jià)高于混煤。若將大塊煤產(chǎn)品單獨(dú)銷售，可提高企業(yè)效益，因此將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整為大塊煤和混煤產(chǎn)品。

1.2 三產(chǎn)品TDS智能干選機(jī)

兩產(chǎn)品TDS智能干選機(jī)一般用于選煤廠排矸。由于哈爾烏素?cái)M分選的塊煤所含中間密度級的中煤含量大，在出低灰塊精煤的情況下，中煤進(jìn)入矸石排棄，污染環(huán)境，既浪費(fèi)資源，又不利于安全生產(chǎn)，有必要回收中煤。針對目前的現(xiàn)狀，專門定制開發(fā)三產(chǎn)品TDS智能干選機(jī)。

三產(chǎn)品TDS智能干選機(jī)是采用智能識別方法將入選原料識別為精煤、中煤和矸石三類物料，再通過控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用不同的噴吹能量噴吹精煤和矸石。被大噴吹能量噴吹的矸石進(jìn)入最遠(yuǎn)的溜槽；被小噴吹能量噴吹的中煤進(jìn)入中間溜槽；未被噴吹的精煤物料沿原運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)入最近的溜槽。其分選原理如圖1所示。

圖1 三產(chǎn)品TDS智能干選機(jī)分選原理示意

三產(chǎn)品TDS智能干選機(jī)包含布料裝置、識別裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、分選室四大主要系統(tǒng)，此外還有供風(fēng)、除塵、電控、散熱四個(gè)輔助系統(tǒng)。布料裝置可實(shí)現(xiàn)物料的均勻平鋪；識別裝置為可以區(qū)分不同物料密度的X射線識別系統(tǒng)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由高頻電磁閥控制開啟的空氣噴嘴，其出口朝著精礦、中礦和尾礦運(yùn)動(dòng)軌跡，空氣噴嘴呈陣列式布置；分選室是用于收集分選后產(chǎn)品的部件。

TDS智能干選機(jī)對煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，適用于難選、極難選煤的分選，另外也適用于精煤質(zhì)量要求高且要求矸石純的情況。哈爾烏素選煤廠采用三產(chǎn)品智能干選機(jī)可以分選出精煤、中煤、矸石三種產(chǎn)品，可保證精煤質(zhì)量和矸石純度，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，減少環(huán)境污染。

1.3 改造后的TDS系統(tǒng)工藝

改造后工藝為：200～70 mm級用TDS分選，70～6 mm級采用重介淺槽分選，小于6 mm級旁路。具體流程為：原煤經(jīng)過70 mm分級后，70～0 mm的末原煤通過弛張篩進(jìn)行6 mm脫粉，篩上70～6 mm的小塊原煤進(jìn)入主廠房采用重介淺槽分選，篩下6～0 mm的末原煤直接作為產(chǎn)品由膠帶輸送機(jī)運(yùn)至產(chǎn)品倉。200～70 mm的塊原煤由膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)載至振動(dòng)布料器進(jìn)行布料，再給入TDS智能干選機(jī)進(jìn)行分選，分選出精煤、中煤及矸石。TDS精煤既可以不破碎作為塊煤產(chǎn)品直接轉(zhuǎn)運(yùn)至產(chǎn)品倉，也可以由精煤破碎機(jī)破碎后作為混煤產(chǎn)品；TDS中煤由膠帶輸送機(jī)收集后，通過中煤破碎機(jī)破碎后，摻入末煤產(chǎn)品；TDS矸石由膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至主廠房，進(jìn)入現(xiàn)有矸石膠帶輸送機(jī)。

1.4 TDS智能干選機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

哈爾烏素選煤廠采用的TDS智能干選機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1。

1.5 應(yīng)用效果預(yù)期

改造后選煤廠既能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤，也可以生產(chǎn)塊精煤，不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)靈活性和市場適應(yīng)性，還降低了選煤廠的生產(chǎn)費(fèi)用，穩(wěn)定了煤質(zhì)，減少了大塊矸石的堵卡和磨漏現(xiàn)象的發(fā)生，保證了選煤廠和煤礦的安全生產(chǎn)，提高了選煤廠的盈利能力[1-3]。

表1 TDS智能干選機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2 TDS智能干選機(jī)安全生產(chǎn)措施

TDS智能干選機(jī)采用的是X射線識別裝置，對X射線源及配套的電子設(shè)備，需考慮輻射及防爆問題。此外，TDS智能干選機(jī)采用高壓風(fēng)作為分選的執(zhí)行介質(zhì)，在準(zhǔn)備車間產(chǎn)生大量粉塵，需考慮除塵等安全問題。

2.1 技術(shù)手段

2.1.1 輻 射

(1)射線識別裝置的選擇。目前用于煤炭行業(yè)的射線識別技術(shù)主要為γ射線與X射線，兩者識別原理相同，但在安全生產(chǎn)管理方面區(qū)別很大。主要表現(xiàn)為：

輻射強(qiáng)度方面：γ射線是放射性原子核衰變或核反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生，屬于核輻射，輻射強(qiáng)度大；X射線是高速電子撞擊端鎢靶而產(chǎn)生，不屬于射線源，輻射強(qiáng)度小。

輻射時(shí)間方面：γ射線由放射源產(chǎn)生，輻射持續(xù)存在。X射線則在斷電后無輻射。

識別裝置管理方面：γ射線由放射源產(chǎn)生，存在半衰期長的特點(diǎn)，因此γ射線的運(yùn)輸、保存、回收環(huán)節(jié)均有明確要求；另外，輻射安全許可證辦理困難，需專人管理，維修操作具有局限性。X射線裝置是一種電子裝置，不是放射性物質(zhì)，因此沒有半衰期，所以對運(yùn)輸、保存、回收均未有特殊要求。輻射安全許可證辦理簡單，對操作人員要求低。

哈爾烏素選煤廠TDS智能干選設(shè)備采用X射線識別裝置，是一種與安檢機(jī)同規(guī)格的射源，屬于Ⅲ類射線裝置，是對人體健康和環(huán)境危害最小的一類射線裝置。該類射線裝置即使發(fā)生事故，也不會造成受照人員的放射損傷，與γ射線識別相比更安全。

(2)輻射防護(hù)。雖然X射線相對γ射線具有斷電無輻射、強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)，但由于也屬于射線，需考慮輻射安全防護(hù)問題。對于輻射防護(hù)，首選需從源頭上控制，屏蔽輻射。根據(jù)《工業(yè)輻射防護(hù)》規(guī)定，工作位置的當(dāng)量劑量率高于2.5 μSv/h，為放射性工作場所。TDS智能干選機(jī)采用屏蔽措施后，保證TDS設(shè)備外殼5 cm處輻射強(qiáng)度均低于2.5 μSv/h，距設(shè)備1 m處的正常情況下約1 μSv/h。雖然TDS智能干選機(jī)采用X射線裝置，但經(jīng)過輻射屏蔽后，可確保生產(chǎn)工人處在非放射式工作場所。

根據(jù)TDS輻射檢測結(jié)果，對TDS巡視工人進(jìn)行年照射輻射量核算。

極端情況：以1個(gè)工人每天工作8 h，年工作330 d計(jì)，1 a輻射劑量為6.6 mSv，國標(biāo)值小于20 mSv。6.6 mSv尚不足一次CT檢查的輻射量(6.9 mSv)，況且TDS智能干選機(jī)為智能化設(shè)備，生產(chǎn)時(shí)工人無需時(shí)刻值守在設(shè)備周邊，因此更為安全。

正常情況：以1個(gè)人每天在設(shè)備旁邊1 m處工作2 h，年工作330 d計(jì)算，1 a輻射劑量為0.66 mSv小于一般公眾限值1 mSv。

加強(qiáng)對輻射環(huán)境的監(jiān)測，保證工人處在安全的輻射環(huán)境中。TDS智能干選機(jī)還配置有三色指示燈、輻射檢測探頭、手持輻射檢測儀，可以實(shí)時(shí)檢測設(shè)備周圍輻射值，保證TDS的工作環(huán)境時(shí)刻處于安全的輻射范圍內(nèi)。

TDS智能干選機(jī)采用輻射強(qiáng)度小的X射線識別裝置，通過輻射屏蔽，可確保生產(chǎn)工人1 a輻射劑量為0.66 mSv，同時(shí)配備輻射環(huán)境監(jiān)測工具，保證操作工人處于安全的輻射范圍內(nèi)，滿足煤礦安全生產(chǎn)要求[4-6]。

2.1.2 防爆

TDS采用的X射線源由高壓電產(chǎn)生，最常見的故障是高壓電打火。當(dāng)X射線源在管芯內(nèi)的金屬受損或汽化時(shí)，管芯內(nèi)真空度降低，會在管芯內(nèi)產(chǎn)生高壓打火；在絕緣油老化，絕緣材料老化，管套內(nèi)有殘余氣體或有漏氣現(xiàn)象時(shí)，會在管套內(nèi)產(chǎn)生高壓打火；另外，在高壓電纜發(fā)生接頭松動(dòng)等故障時(shí)，也會導(dǎo)致打火。

若X射線源不進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)，當(dāng)產(chǎn)生高壓打火時(shí)，就有可能引起環(huán)境內(nèi)的易燃物(瓦斯、煤塵等)爆炸，從而發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。TDS智能干選機(jī)將X射線源及配套的電子設(shè)備全部安裝在特殊定制設(shè)計(jì)的防爆箱內(nèi)，杜絕了因高壓打火而產(chǎn)生的爆炸。TDS智能干選機(jī)射線發(fā)射器、射線探測器、電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)備均已通過國家防爆認(rèn)證，取得了防爆證書，滿足了煤礦安全生產(chǎn)要求。

2.1.3 除塵

智能干選機(jī)采用高壓氣流對需要分離的物料進(jìn)行噴吹，采用高頻電磁閥控制，介質(zhì)為0.8 MPa的壓縮空氣。在執(zhí)行過程中，高壓氣流會帶動(dòng)原煤中的細(xì)顆粒和煤塵揚(yáng)起，產(chǎn)生大量粉塵。因此，TDS智能干選機(jī)必須考慮完善的除塵設(shè)施，否則將導(dǎo)致工作環(huán)境非常惡劣，嚴(yán)重時(shí)還會因粉塵濃度過大而產(chǎn)生爆炸。

TDS智能干選機(jī)采用濾筒式除塵器，除塵器與干選機(jī)一體式集成布置。TDS生產(chǎn)過程中通過濾筒過濾煤塵，濾筒上粘附的細(xì)小煤塵顆粒，通過脈沖電磁閥的周期性反吹風(fēng)，實(shí)現(xiàn)在線清灰，反吹的灰塵，經(jīng)除塵器接灰斗收集后，通過星形卸料器連續(xù)排至TDS智能干選機(jī)的產(chǎn)品系統(tǒng)。

TDS智能干選機(jī)采用的濾筒式除塵器，過濾風(fēng)速不大于1.2 m/min。濾料采用防靜電產(chǎn)品，過濾精度在針對0.5 μm粉塵時(shí)，除塵效率不小于99.9%。TDS除塵器與智能干選機(jī)集成布置，可避免除塵管道積灰堵塞，提高除塵效率。車間內(nèi)還可以定期沖洗打掃，減少地面積塵。通過抑塵和除塵措施的綜合運(yùn)用，可有效減少粉塵危害，保證工人身心健康。

2.2 管理手段

(1)制定健全射源管理制度，成立專門管理小組，明確管理職責(zé)，對射源操作人員定期培訓(xùn)持證上崗。進(jìn)入工作崗位，需將勞動(dòng)防護(hù)服穿戴整齊。熟練掌握放射源和放射裝置性能與防護(hù)常識，對射源設(shè)備出現(xiàn)的異常情況能及時(shí)處理。

(2)建立防火防爆管理制度，車間內(nèi)嚴(yán)禁吸煙，禁止攜帶打火機(jī)、火柴等火種進(jìn)入廠區(qū)。需動(dòng)火時(shí)，必須辦理動(dòng)火手續(xù)。嚴(yán)禁用石頭或鐵器敲打設(shè)備。正常生產(chǎn)中不準(zhǔn)隨便排放物料、油品、易燃、助燃和有毒氣體，設(shè)備上的安全閥、壓力表、報(bào)警器等必須保證完好，崗位人員需學(xué)會常見滅火方法。

(3)建立健全防塵制度、粉塵排查制度、防塵設(shè)施檢查維護(hù)制度、車間沖洗降塵制度、粉塵檢測制度等管理制度。加強(qiáng)全員防塵知識教育和培訓(xùn)，強(qiáng)化全員防塵意識，提高操作工人的防塵技能。

3 結(jié) 語

結(jié)合哈爾烏素選煤廠入洗煤質(zhì)情況，采用三產(chǎn)品TDS智能干選機(jī)實(shí)現(xiàn)200～70 mm塊煤分選，并對TDS智能干選機(jī)在防爆、輻射、煤塵等安全生產(chǎn)方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和防護(hù)。采取一系列安全技術(shù)和管理措施后，TDS智能干選機(jī)輻射強(qiáng)度小，X射線識別裝置通過輻射屏蔽，可確保生產(chǎn)工人輻射劑量小于一般公眾限值，同時(shí)TDS智能干選機(jī)的防爆和除塵設(shè)計(jì)滿足規(guī)范和規(guī)程要求，也滿足煤礦安全生產(chǎn)要求。