CXR-1000 X射線原煤分選系統在煤礦的應用

王曉云 李蘭亭 賈清華

(1.大同煤礦集團臨汾宏大洪崖煤業有限公司，山西省臨汾市，041000；2.大同煤炭職業技術學院，山西省大同市，037003；3.大同煤礦集團有限責任公司同大科技研究院，山西省大同市，037003)

大同煤礦集團臨汾宏大豁口煤礦一直以原煤生產和銷售為主，原煤出井后沒有經過分選加工直接進行銷售，因此價格較深加工的煤炭低20～30元/t，而且由于煤質不穩定，銷售一度處于滯銷狀態。另外，由于本礦所屬地區多旱少雨，水資源匱乏，不適合建設繁雜的原煤水洗分選系統。經過深入調研和分析論證，決定引進波蘭CXR-1000 X射線原煤分選系統，該系統具有占地面積小、工藝簡單、運行成本低、分選精度高、節水減排等優點。而且建設周期短，投資成本低，能夠盡快適應和滿足煤炭市場的需求，拓寬煤炭營銷市場，提高經濟效益，為實現公司經濟跨越式發展提供有力的保障。

1 CXR-1000 X射線原煤分選系統結構組成

CXR-1000 X射線原煤分選系統結構組成主要由振動給料系統、輸送系統、成像分析源、計算機智能控制系統、機械分離系統等部分組成，其組成示意圖如圖1所示。

圖1 CXR-1000 X射線原煤分選系統結構組成示意圖

(1)振動給料系統。振動給料系統是利用振動器中的偏心塊旋轉產生離心力，使篩廂、振動器等可動部分作強制的連續運動。原煤在篩廂篩面上作連續的拋擲運動，被連續均勻地鋪撒在帶式輸送機膠帶上面。

(2)輸送系統。輸送系統由膠帶、滾筒、驅動設備等組成，承擔從振動給料系統給入的原煤輸送任務。

(3)成像分析源。CXR-1000 X射線原煤分選系統的關鍵設備是成像分析源，而成像分析源的核心是X射線系統。X射線系統包括安裝在帶式輸送機上的集成式X射線門，X射線門由X射線源和線掃描傳感器組成，僅在安裝帶式輸送機時X射線門才可以運轉，屏蔽設施符合高度的安全標準，不需要另外的屏蔽措施。X射線系統結構組成示意圖如圖2所示，X射線系統工作原理圖如圖3所示。

圖2 X射線系統結構組成示意圖

圖3 X射線系統工作原理圖

圖4 分選裝置示意圖

由如圖3可以看出，X射線束進過入射窗進入聚合器匯集在閃爍晶體上，閃爍晶體將X射線轉換為可見光，可見光再被傳輸到光電二極管，檢測給出了代表材料原子密度的圖像。X射線系統根據原子密度標準分選出不同煤塊和矸石的入料，再根據不同密度的差異來確定入料的成分。

通過X射線系統的礦物質通過微機成像區分出煤塊和矸石，其中煤塊標記為藍色，矸石標記為黃色。分選機根據入料供應情況和傳感器設備，針對每個分選任務進行優化，通過選擇分選程序，快速將機器進行切換，用于分選其它材料。

分選裝置由電氣連接，利用壓縮空氣的動力通過噴射模塊，在帶寬800 mm的膠帶下方裝有110個噴嘴閥門，每個噴嘴閥門都由一個相應的電磁閥控制排放物料，從而將煤塊和矸石的區分開，送入不同的儲藏倉。分選裝置示意圖如圖4所示，噴射模塊如圖5所示，噴嘴實物圖如圖6所示。

圖5 噴射模塊

圖6 噴嘴實物圖

(4)計算機智能控制系統。計算機智能控制系統由硬件和軟件組成，硬件有控制柜、數據采集PCI卡和計算機等，軟件CXR 操作的基本原理是獲取膠帶上來料的X射線和視覺圖像、啟動圖像采集和分析過程以及分析物料密度，然后根據做出的決定分析并開動噴射器對規定的原煤和矸石進行分選。

(5)機械分離系統。機械分離系統由電氣設備、空氣壓縮系統以及帶式輸送機等組成。

2 CXR-1000 X射線原煤分選系統主要技術參數

CXR-1000 X射線原煤分選系統主要應用于80～25 mm塊煤的分選，處理能力達60萬t/a，排矸效率在90%以上，矸中帶煤率小于5%。該系統外形尺寸為10700 mm×4470 mm×3000 mm，其中帶式輸送機和振動給料機尺寸為9540 mm×1460 mm×2400 mm。

3 CXR-1000 X射線原煤分選系統工作原理

CXR-1000 X射線原煤分選系統采用光譜成像原理,根據原子密度差異分選出不同的礦物，該系統主要應用于80～25 mm塊煤的分選。CXR-1000 X射線原煤分選系統工作原理示意圖如圖8所示。

圖8 CXR-1000 X射線原煤分選系統工作原理示意圖

由圖8可以看出，振動給料機將80～25 mm塊煤輸送至帶式輸送機上形成礦物流，順序通過成像分析源，進入檢測區域。煤塊進入X射線檢測區域時,應用光譜成像原理，X射線智能分析系統對每塊礦石進行定性分析，并將結果輸入到微機控制器進行分析處理成像，微機控制器根據預先設定的閾值判斷被檢測的礦石是精煤還是矸石。該系統將藍色標定為精煤，黃色標定為矸石，射線檢測點將檢測源(已被標定的礦石)反饋到微機控制器，并向分選裝置發出動作指令。噴射模塊起動后，通過110個電磁閥和壓風系統來控制各個噴嘴，噴出氣體將下落中的矸石改變軌跡進入矸石槽，精煤則落入精煤槽。整個分選程序完成分選過程僅需0.02 s。

4 現場工藝實施

80～25 mm CXR-1000 X射線原煤分選系統車間緊鄰儲煤棚，篩分車間-80 mm的篩下原煤經犁式卸料器卸至大傾角波狀擋邊帶式輸送機上運送到弛張篩，弛張篩篩選25～0 mm的原煤輸送到原煤帶式輸送機上進入煤倉，80～25 mm原煤進入振動給料機；振動給料機通過設置粗篩將粒塊機械分割成粒級，礦料均化后均勻掉落至X射線分選機；80～25 mm礦物流進入分選機后，通過帶式輸送機運輸至成像分析源的X射線分選器進行電離照射，實現礦料的標定和識別，再由微型控制器控制執行系統，實現精煤和矸石的分離，矸石經矸石帶式輸送機運至矸石堆，精煤經帶式輸送機落入儲煤倉。CXR-1000 X射線原煤分選系統現場工藝實施示意圖如圖9所示。

圖9 CXR-1000 X射線原煤分選系統現場工藝實施示意圖

5 應用效果

2015年7月，CXR-1000 X射線原煤分選系統在大同煤礦集團臨汾宏大豁口煤礦投入使用,將原煤和通過CXR-1000 X射線分選系統分選出來的精煤在各項指標上做的檢驗報告見表1和表2。

表1 原煤檢驗報告

表2 精煤檢驗報告

從表1和表2可以對比看出，分選后的精煤發熱量比原煤增加了2.28 MJ/kg，不僅大大提高了煤炭質量及產品發熱量，而且降低了矸石運輸成本，減少了環境二次污染，實現了銷售產品多樣化，滿足了不同客戶的需求。按每年處理能力60萬t計算，分選后可銷售原煤53.4萬t，同時每年減少6.6萬t低發熱量原煤銷售，增加銷售收入約500萬元。

6 結語

CXR-1000 X射線原煤分選系統具有分選精度高、配套設備少、運行費用低等優點，投入使用后解決了人工選矸存在的分選精度差、工作效率低、運行故障多等難題。特別是在環保方面，無需水和其它介質介入，且分選揚塵通過消塵處理避免了環境污染，徹底告別人工選矸的繁重勞動和對人體健康的影響。