萬峰礦原煤干法預排矸工藝研究

孟瑞奇，于 濤

(山西冀中能源集團礦業有限責任公司，山西 太原 030000)

隨著采煤設備的大型化和自動化程度的提高[1]，對于一些可采煤層厚度較薄、夾矸量大的煤礦，出現割頂和割底，導致煤炭生產的回收率降低，煤質變差[2]。萬峰礦煤種為主焦煤，原煤升井后經過篩分破碎到50 mm以下，再汽運到10 km外的重介質選煤廠進行洗選。由于原煤含矸量在50%以上，造成了巨大的運力浪費；增加了重介質選煤廠的洗煤成本；降低了選煤廠的處理能力，對重介質選煤廠設備磨損也相當嚴重，因此需要優化洗選工藝，考慮在煤礦進行排矸處理，把矸石在礦上處理，對原煤直接進行排矸，是目前切實可行的解決方法。

1 ZM礦物高效分離技術的工作原理及特點

ZM高效分離機是干法選煤行業的前端產品，其分選原理為：物料在分離床上進行階梯式旋轉運動，在階梯區間進行重復分離，各階梯區間根據物料的組成不同，形成具有密度差異的流態化自生分離介質層，流態化分離介質層的厚度及流化程度不同，導致被分離物料在各階梯區間介質層中的埋沒深度存在差異，從而在各階梯區間不同密度物料實現最終分離。

采用ZM礦物高效分離機生產工藝簡單，原料的入料最大粒度控制在100 mm以下即可，其工藝流程如圖1所示，井下毛煤先經過篩分破碎系統將物料破碎到100 mm以下，然后通過膠帶輸送機給入ZM礦物高效分離機進行分選，選后出兩產品，即精煤和矸石，精煤經過膠帶機轉載后上倉或者就地堆存，矸石可直接外排。生產系統中采用落料點密封、噴霧降塵和引風除塵聯合降塵，粉塵無外溢，除塵器回收的煤粉最終混入精礦產品中。

圖1 ZM礦物高效分離機分選工藝流程

該技術的顯著特點如下：① 在流化狀態下經過階梯式多級分選，提質效果好，特別是混煤干法分離，分選精度高；② 分選不用水，終端產品只有精煤和矸石；③ 適合高密度物質的分離，工藝簡單，能耗低，加工成本低；④ 全封閉運行，環保高效、低噪聲、無粉塵飛揚；⑤ 采用集成模塊化設計，占地面積小，安裝建設迅速，自動化程度高；⑥ 產品轉載系統配有噴霧降塵裝置，改善生產作業環境。

2 干法選煤提質的適應性

2.1 干法選煤應用范圍

干法選煤工藝以其獨特的分選原理和投資少、見效快、運行成本低、建設周期短，特別是不產生煤泥可獲得高回收率和減少環境污染的優勢被廣泛認可，得到大范圍推廣應用。

其應用范圍不僅適合褐煤、長煙煤、貧煤、貧瘦煤、不粘煤、氣煤、肥煤、氣肥煤、無煙煤等動力煤分選。也適用于焦煤預排矸、化工用煤分選及其它高密度礦物分選等。

2.2 干法選煤技術在焦煤預排矸分選領域優勢

2.2.1 提高重介質選煤廠的處理能力

重介質選煤廠的處理能力與入選原煤的粒度上限、粒度組成、密度組成及旋流器結構參數有密切關系。原煤中矸石含量增多，直接影響粒度組成和密度組成，使大顆粒增多，密度增大，旋流器處理能力下降。同時矸石含量大易造成重介旋流器堵塞，為了解決堵塞問題也不得不降低其處理量。故原煤入洗前進行預排矸可大大提高重介質選煤廠的處理能力。

2.2.2 減少重介質選煤設備的磨損

重介質選煤系統要用許多管路連接，當煤漿流速較低時，堅硬的矸石顆粒主要是沿管路底部滑動，造成嚴重磨損，流速變化時，矸石顆粒與其它煤粒一起處于間歇的懸浮狀態，作不連續的跳躍運動，矸石顆粒越多，產生的磨損越嚴重。煤漿在流動過程中，流動方向或過水斷面有所改變時，會產生旋渦和沖擊，流動的礦漿具有一定的能量，其能量越大，沖擊力越大，磨損越嚴重。能量的大小與固體顆粒的密度有關，密度越大，能量越大。密度大的矸石越多，磨損越嚴重。原煤入洗前進行預排矸可減少對旋流器以及管路的磨損。

2.2.3 提高重介質選煤的選煤效果

入洗原煤矸石含量增多，會惡化旋流器的分選環境，影響分選效果。同時如果有部分矸石易泥化，首先會使煤泥水粘度增加，改變重介懸浮液性質，分選介質的密度得不到有效控制與調節，從而影響重介分選效果；第二，易泥化顆粒造成煤泥水粘度增大，高灰細泥粘附在精煤顆粒上，既影響脫介效果，也影響精煤產品灰分，從而降低分選效率；第三，易泥化的矸石顆粒越多地進入重介選煤系統，煤泥水處理越困難，嚴重影響煤泥的回收，還會造成洗水濃度拉高，形成惡性循環，分選效果越來越差。

2.2.4 降低選煤成本

大量的矸石進入重介質系統，排出時會帶走介質，增加介耗；加大脫水篩和脫介篩噴水量，增加水耗；從而增加重介質選煤成本，同時在進入重介前，進行預排矸，可減少重介質系統入洗量，而重介質選煤成本大幅度高于預排矸成本，故預排矸可降低選煤成本。

3 萬峰原煤干法預排矸效果分析

萬峰原煤干法預排矸中，其原煤篩分分析及原煤0～50 mm浮沉試驗數據分別見表1和表2。

表1 萬峰原煤篩分分析

從表1和2中看出，原煤矸石含量58.54%，含量很高；如果洗精煤灰分控制在12.5%，屬于極難選煤。

萬峰原煤干法選煤排矸效果及排出矸石含煤率檢測如表3和表4所示。

表3 萬峰原煤干法選煤排矸效果

由表3可以看出，干選可以排出41.8%的矸石，矸石灰分高達82.68%，說明排出的是特別純凈的矸石。灰分由58.04%降到了40.34%，灰分降低17.6%。

由表4可以看出，矸石中小于1.8 kg/L密度級的產物比例為2.38%，達到了重介洗選矸石帶煤率小于3%的國家標準。

4 干法選煤應用效益分析

4.1 工藝方案、設備選型和投資

4.1.1 工作制度和設備選型

工作制度：三班制，兩班生產，一班檢修，ZM300礦物高效分離機處理能力200～300 t/h。

4.1.2 工藝布置

工藝流程：將筒倉內原煤經倉下膠帶機運至緩沖漏斗內，經緩沖漏斗給煤機均勻給料到上煤膠帶機，再由上煤膠帶機送入ZM300高效分離機進行排矸提質，選后出精煤、矸石二種產品。

4.1.3 設備型號及主要技術指標

設備型號：ZM300型高效礦物分離機。

處理能力：200～300 t/h。

入料粒度不大于100 mm。入料外在水分不大于9%，以原煤能在床面上松散分層為準。

外形尺寸：20.5m×15m×9m。

系統總功率：930 kW。

4.1.4 建設周期

設備制作、安裝、調試總工期為55 d。

4.1.5 項目投資

系統總投資850萬元，其中包括ZM300礦物高效分離機、控制系統、上煤系統及選后產品輸送系統制作、安裝調試。

用戶負責提供電力(將電源線引至系統電控室)、場地、煤源、土建基礎部分。

4.2 直接經濟效益

以年產量100萬t為計算依據，根據實驗分析，干選投入使用后，可以排掉40%矸石，即原煤水洗和運輸量就變為60萬t，一次為基數測算完全成本。

業主購買設備，由神州托管運營，噸煤收取運行費用6元。(不含電費及鏟裝)。

干選投入運營前成本如下：

(1)運費11.7元/t，100萬t×11.7元=1170萬元。

(2)洗煤加工費17.5元/t，100萬t×17.5元=1750萬元。

(3)矸石排放費用20.5元/t，45萬t×20.5元=922.5萬元。

由此計算得總成本為3 843.5萬元。

干選投入運營后成本如下：

(1)運費11.7元/t，60萬t×11.7元/t=702萬元。

(2)洗煤加工費17.5元/t，60萬t×17.5元/t=1050萬元。

(3)電費0.53元/(kW·h)、3.5 kW·h/t，100萬t×0.53元/(kW·h)×3.5 kW·h/t=185.5萬元。

(4)加工及運營費：6元/t，100萬t×6元/t=600萬元。

(5)礦內矸石排放費用：80萬元。

(6)折舊費，按850萬元，五年：每年折舊 170萬元。

綜上，可得出總成本2 787.5萬元。

效益：即干選投入運營前后成本差1 056萬元。10個月即可收回投資。

4.3 間接經濟效益

(1)提高水洗分選精度。 原煤矸石含量減少后，矸石泥化現象減輕，水洗廠重介懸浮液粘度降低，有利于提高重介質分選精度，進一步提高水洗精煤產率，同時降低介耗。

(2)干選后矸石量減少，減少水洗設備磨損，降低水洗設備維修成本。

(3)干選不用水，減少環境污染。原煤通過干選后再水洗，減少了水洗廠的規模，節省水資源，減輕環境污染。

(4)利于環評。干選廠全系統密閉負壓操作，符合國家環保標準，項目審批環評簡單，尤其在目前這種環保高壓態勢下，意義就顯得尤為突出。

(5)利于環保。筒倉滿后，原煤滯銷落地，大量積壓，干選后，不僅提高煤質，且拓寬銷售渠道，提高價格，避免環境污染及環保局的處罰，減少礦方損失。同時，選煤廠大量存放矸石，可能受到環保罰款，還可能要增加環保投入。

5 結 語

ZM礦物高效分離設備在萬峰礦的應用表明，ZM礦物高效分離設備降低運輸和生產成本等直接經濟效益較大，每年運營成本降低1 056萬元，10個月即可收回投資。同時間接經濟效益大，設備磨損、浮選、節水、環保等方面均有較好的效果。由于萬峰礦煤層預計可采時間30 a以上，因此，干法預排矸技術有著長遠的應用前景。