ZM400礦物高效分選機在陽煤集團的應用

王武鵬

(陽泉煤業(集團)有限責任公司，山西 陽泉 045000)

陽煤集團五礦選煤廠商品煤生產能力為680萬t/a，主要產品有篩末煤、洗中塊、洗小塊、3號噴吹煤，副產品有壓濾煤泥、干燥煤泥、中煤、矸石。

選煤生產工藝為：小于90 mm原煤跳汰分選；0.5～0 mm物料先入3臺角錐池，經分級旋流器分級后，底流進入4臺煤泥篩，溢流進入一次濃縮機。一次濃縮機底流經分級旋流器分級后，底流進入5臺高頻篩。一次濃縮機溢流作循環水。高頻篩篩下水及分級旋流器溢流進入二次濃縮機，二次濃縮機底流進入壓濾機。

1 問題分析

1.1 原煤質量逐年惡化

五礦采區集中在南翼和中央區，隨著采區結構發生重大變化，整體煤質進一步惡化。南翼采區占比62%，末煤平均灰分基本維持在36%，熱值在18.81 MJ/kg。當現有洗選系統進入的末原煤量大時，壓濾循環時間由45 min增加到90 min以上，且存在濾餅夾生、水分較高、循環水濃度惡化等問題。可見，現有煤泥水系統不能滿足生產需求。

1.2 部分原煤水分較高，造成篩分效率較低

五礦井下開采原煤的正常水分在5%～7%，當井下為了防塵而進行灑水作業時，原煤水分即發生波動，部分時段原煤水分超過10%，此時原煤分級篩效率降低，大量南翼末煤進入洗選系統，導致煤泥水系統負荷急劇增加，循環水惡化嚴重。

1.3 低熱值末煤不能鐵路裝車運輸銷售

根據環保要求和市場需求，熱值在18.81 MJ/kg的末煤基本不能鐵路裝車銷售，實際銷售時，為保證電煤發熱量，摻入了精煤產品，降低了經濟效益。礦井優質末原煤逐年減少，可用于摻配的洗精煤越來越少，選擇一種合理的生產工藝提高末煤質量已迫在眉睫。

2 末煤洗選工藝的選擇

2.1 利用現有洗選系統挖潛的可能性

對現有洗選能力進行測定。選煤廠主洗系統：采用單一的不分級(90～0 mm)跳汰主洗+跳汰再洗工藝，使用4臺SKT-27型號跳汰機，“三用一備”生產模式，單機設計處理量270～500 t/h，受煤質影響，目前實際處理能力為300 t/h，年入洗能力為475.2萬t。通過延長運行時間，跳汰系統實際洗選原煤540萬t/a，已經超負荷運行，在不影響礦井生產的情況下，選煤廠處理能力的挖潛已經到了極限。煤泥水系統：五礦選煤廠煤泥水系統一次濃縮采用φ30 m濃縮機3臺，二次濃縮采用φ24 m濃縮機2臺，進入洗選系統的南翼末煤量增加后就會造成洗水惡化；因此，在不增加濃縮系統處理能力的情況下，進入系統的煤泥量不能再增加，對末原煤的處理能力也不能再增加。

以上說明，現有跳汰洗選系統已滿負荷運行，煤泥水系統處理能力不能滿足生產要求，現有洗選能力提升潛力有限，利用現有系統挖潛不能滿足實際生產需要。

2.2 南翼采區末原煤篩分試驗

南翼采區末原煤篩分試驗資料見表1。

表1 南翼采區末原煤篩分試驗報告

由表1可以看出，末原煤灰分為36.17%，屬于中灰分煤，硫分1.5%，屬于高硫煤。原煤組成中各粒級分布不均勻，各粒級灰分基本上隨著粒度的減小而降低，說明煤較軟；原生煤泥含量較高，產率為14.99%。南翼采區煤泥篩分試驗資料見表2。

表2 南翼采區煤泥小篩分試驗報告

由表2可以看出，煤泥灰分隨著粒級的降低而升高，小于0.075 mm粒級含量較高，占小于0.5 mm粒級的68%，說明煤泥泥化嚴重。

2.3 濕選和干選兩種方案的選擇

由于南翼采區已成為五礦主要采區，采區末原煤泥化嚴重，不適宜選用濕法洗選。五礦選煤廠洗選系統原設計沒有單獨的末煤洗選系統，為保證塊煤量，進入洗選系統的原煤只能出精煤產品，而選煤廠經過歷年多次改造后設備安裝緊湊，在不影響現有生產的情況下已無改造成末煤排矸洗選系統的可能。

結合以上原因分析，五礦選煤廠末煤提質分選工藝難以選用濕法洗選系統，只能采用干選工藝。

2.4 ZM礦物高效分選機

ZM礦物高效分選機采用模塊化設計，結構簡單，分選效果好，自動化程度高，技術應用成熟，已被中國環境保護產品評價中心認證為中國環境保護產品，并在國內許多選煤廠成功應用。

3 ZM400分選機的原理和特點

3.1 ZM400分選機原理

干選工藝的核心設備為ZM分選機，其結構原理見圖1。物料在床層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，不同密度的物料在各階梯區間實現最終分離。生產系統中采用落料點密封、噴霧降塵和引風除塵的聯合降塵措施，粉塵無外溢，除塵器回收的煤粉最終混入精煤產品中[1]。

圖1 ZM分選機結構原理示意

該設備采用階梯式分離原理，每個階梯區間內物料流化分層，同時增加擊振力，加強物料按密度分層效果，低密度物料最先越過溢流堰被排出，剩余物料進入下一個階梯區間再次進行分選，直至分選完畢，排出重礦物。

3.2 ZM分選機性能特點

用于末煤干選的ZM分選機具有以下特點。

(1)分選精度高；

(2)全系統封閉負壓運行，無污染物溢出，環保效果好；

(3)床面可修復、可更換；

(4)二次減震設計，大梁防震，無需土建基礎；

(5)自動化程度高，可歸集到調度集控系統控制；

(6)高粉塵濃度除塵系統，處理后凈化空氣可達標排放[2]。

4 ZM400分選機在五礦末煤干選系統的實際應用

末煤干選系統原煤來自于五礦末原煤，小時處理末原煤400 t，按每年生產330 d，每天生產16 h計，年處理末原煤210萬t。

4.1 干選系統組成和工藝流程

末煤干選系統由原煤受煤系統、風選系統、除塵系統、粉煤回收系統組成。五礦使用的干選機為ZM400型，入料粒度0～13 mm，處理能力400 t/h。

在五礦南煤臺內新增一套末原煤受煤系統，末原煤通過受煤系統運輸至干選系統，干選系統采用模塊化設計、安裝，外加鋼結構外罩，安全、環保。干選車間內分選出精煤和尾煤產品，干選精煤通過膠帶運輸機落至北煤臺，鐵路裝車外運；干選尾礦產品通過膠帶運輸機運輸至南煤臺，與跳汰系統中煤、劣質末原煤摻配后運輸至矸石電廠；同時，選煤廠設有矸石單獨外排通道，當矸石電廠需求量降低時，可以單獨外排矸石。

系統采用落料點密封、噴霧降塵和引風除塵聯合降塵、除塵工藝，粉塵無外溢，對環境無污染；除塵器回收的煤粉可以單獨排放，降低對環境的影響。

4.2 干選系統特點

干選系統具有如下特點：

(1)模塊化設計，安裝便捷[3]；

(2)原煤適應性強，適合高密度排矸；

(3)分選精度不如重介質洗選；

(4)不增加動力煤產品水分，沒有濕法選煤灰水相抵現象，彌補了干選精度差的劣勢[4]；

(5)工序簡單，設備臺數少，管理簡單，勞動效率高；

(6)商品煤產品水分低，適合生產水分要求嚴格的煤炭產品[4]。

4.3 干選系統效果分析

干選系統工業性試驗報告見表3。

表3 干選系統工業性試驗報告

從表3可分析得出，使用干選系統對五礦末原煤提質后，得到發熱量大于21.54 MJ/kg的優質末煤和發熱量小于21.54 MJ/kg的劣質末煤，產率分別為62.93%和37.07%。發熱量大于21.54 MJ/kg的優質末煤鐵路裝車外銷，發熱量小于21.54 MJ/kg的劣質末煤與中煤、部分劣質末原煤、部分優質末原煤摻配混合，形成發熱量14.63～15.47 MJ/kg的摻配電煤，供矸石電廠使用。

4.4 選煤廠實現礦井原煤全入洗

(1)干選系統與跳汰系統結合，實現了礦井原煤全粒級分選；提高了精煤產品質量，穩定了末煤質量，同時提高了塊煤、精煤洗選效率。

(2)跳汰、干選系統組合工藝優勢，一是不改變原有水洗系統，各系統獨立運行；二是實現全粒級分選；三是不增加末煤水分；四是降低生產成本；五是產品結構靈活，提高了塊煤產率[5]。

4.5 干選系統的環保性

(1)粉塵治理。標準化除塵系統設計，滿足粉塵排放國家標準；廠房、膠帶走廊、轉載點等采用密封除塵；單級和多級除塵系統；操作空間凈化，二次除塵；嚴格粉塵收集和治理，防止二次污染；粉塵產品單獨儲運和銷售。

(2)噪聲防治。系統封閉，風機單獨隔離；封閉設施內涂隔音降噪材料；ZM分選機和風機基礎采用減震設計。

(3)防爆規范。嚴格按照《煤礦安全生產規程》和相關規范進行電氣防爆設計；煤塵集聚設施如封閉廠房和走廊、倉、除塵器集塵斗、庫等都設有防爆設施。

4.6 產品平衡表

五礦選煤廠采用干選系統后的產品平衡表見表4。

表4 采用干選系統后五礦選煤廠產品平衡表

由表4可以看出，產品結構均衡，既有滿足鐵路運輸的優質末煤，又有精煤，無需再地銷末煤，環保效益好，商品煤平均價格得到了提升。

4.7 社會效益

五礦選煤廠增建末煤干選系統后，提高了陽煤集團五礦的資源回收率，減少了因排矸量增加而對周邊產生的環境污染，順應了上級有關環保治理的政策要求，是符合當前形勢的一項環保工程和效益工程。

5 結 語

ZM礦物高效分選機是一種技術成熟的煤矸分選設備。末煤干選系統具有投資和運行成本低、智能化程度和分選效率高、占地面積小、組裝投產快、模塊化設計、搬遷移動便捷、高效環保等特點。該系統有效提高了末煤發熱量，提升了商品煤的市場競爭力。陽煤集團在五礦選煤廠首次引進ZM礦物高效分選機并獲成功，填補了陽煤集團干法選煤的空白，并取得顯著效益。該項目對陽煤集團其他選煤廠的技術改造，具有很好的借鑒價值和推廣意義。