X射線智能選矸技術在姚橋選煤廠的應用分析

黃 松 王 敏 張 靜

（上海大屯能源股份有限公司選煤中心，江蘇 徐州 221611）

1 現(xiàn)狀

姚橋選煤廠是上世紀90年代后期建設投產(chǎn)的礦井選煤廠，設計能力為300萬t/a，生產(chǎn)工藝為：＜50mm原煤無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選+煤泥直接浮選，精煤產(chǎn)品為五級至八級煉焦精煤。選煤廠配合姚橋煤礦兩套（新、老井）原煤提升系統(tǒng)配套建設有兩套原煤準備系統(tǒng)，系統(tǒng)設計生產(chǎn)能力分別為300萬t/a、150萬t/a。生產(chǎn)工藝流程全部為：礦井提升原煤（＜300mm）50mm分級，篩上進入手選皮帶，人工選出矸石與雜物，選后原煤經(jīng)過破碎至50mm以下，與分級篩下物料作為主洗原煤進入原煤儲運系統(tǒng)（工藝流程見圖1）。

隨著礦井采掘深度和地質(zhì)條件變化，原煤中矸石含量變化幅度和頻度增加，特別是新井系統(tǒng)，礦井生產(chǎn)原煤＞50mm物料中矸石含量在30%～80%范圍內(nèi)頻繁波動。人工手選矸石，勞動強度大，效率低，造成后續(xù)破碎系統(tǒng)和主洗生產(chǎn)系統(tǒng)的設備設施磨損，維護成本升高，生產(chǎn)系統(tǒng)能力和效率受到制約，進而影響到選煤成本和效益。

圖1 原煤準備系統(tǒng)工藝流程圖

2 預排矸技術研究

隨著選煤工藝和設備技術的發(fā)展，國內(nèi)先進的自動化程度較高的機械預排矸工藝、設備普遍使用的有動篩跳汰、淺槽重介和X射線智能（簡稱TDS）預選矸。20年前，姚橋煤礦原煤準備系統(tǒng)采用動篩跳汰預排矸，由于夾矸煤影響矸石帶煤量大、分選效率低而沒有得到持續(xù)應用。

2.1 重介淺槽預排矸技術

該技術廣泛應用于動力、化工用煤選煤廠的塊煤分選，其分選原理（見圖2）是利用煤和矸石密度的不同在相對靜止（非脈動水流）的重介懸浮液中自然分層，下沉的矸石由刮板帶出分選槽排出，上浮煤由水平介質(zhì)流帶出分選槽，實現(xiàn)煤與矸石分選。

圖2 重介淺槽分選原理圖

重介淺槽分選精度達到97%以上，處理物料粒度上限200mm，單臺處理能力大，占地面積小，無大型運動部件，對煤質(zhì)和煤量的波動適應性強。重介淺槽預排矸工藝環(huán)節(jié)包括分選、脫介、介質(zhì)回收、煤泥水處理等環(huán)節(jié)。

2.2 X射線智能預排矸技術

該技術分選原理[1]（見圖3）是利用矸石與煤吸收X射線能量不同的物理特性，X射線穿透矸石或煤剩余的能量反饋至智能判斷系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)分析，完成矸石或煤的判斷、區(qū)分并輸出不同的電信號，結(jié)合人工設置高壓風吹打矸石或煤信號，開啟高壓風控制閥門，把矸石或煤吹打出，完成煤與矸石的分離。

TDS預排矸技術采用智能識別方法，針對不同的煤質(zhì)特征建立與之相適應的分析模型，通過大數(shù)據(jù)分析，對煤與矸石進行智能識別，控制高壓風系統(tǒng)吹打出設定吹打?qū)ο螅肥蛎海Ｖ饕诌x工藝系統(tǒng)包括布料、智能識別、分選執(zhí)行等環(huán)節(jié)，還有供風、除塵輔助系統(tǒng)等。該工藝分選效率達到93%，分選粒級在25～100mm和50～300mm，處理能力達到380t/h。

圖3 X射線智能分選工作原理圖

2.3 技術對比

采用重介淺槽和TDS預排矸兩種技術對新井原煤準備系統(tǒng)進行優(yōu)化改造方案設計，從分選粒級、矸石帶煤、技術先進性、流程復雜性、智能化水平、技術指標和投資等方面進行方案比較（見表1）。結(jié)果得出，采用TDS預排矸技術替代人工選矸優(yōu)化原煤準備系統(tǒng)，分選粒度滿足，工藝系統(tǒng)簡單，智能化水平高，初期投資低，生產(chǎn)運行成本低。

表1 預排矸方案對比

3 方案設計

3.1 分級粒度

為了與原準備系統(tǒng)設備設施處理物料粒度匹配，不使主洗系統(tǒng)入洗原煤粒度產(chǎn)生過粉碎，選取TDS分選下限為50mm，分選上限與礦井生產(chǎn)原煤粒度上限（300mm）一致。

3.2 處理能力

依據(jù)姚橋選煤廠新井生產(chǎn)原煤＞50mm數(shù)質(zhì)量資料（見表2），進入手選系統(tǒng)物料占新井提升原煤量的35.21%。新井原煤準備系統(tǒng)設計小時生產(chǎn)量為455t/h，最大小時生產(chǎn)量為550t/h，設計TDS分選系統(tǒng)處理能力為200t/h[2]。

表2 新井原煤＞50mm數(shù)質(zhì)量

3.3 工藝流程

在手選后原煤皮帶中部增加分流裝置，原手選皮帶上物料不再手選＞50mm矸石，只選出鐵器、雜物和＞300mm特大塊矸石。選后物料進入TDS分級布料篩，篩上物料經(jīng)過分級、布料，由入料輸送皮帶均勻送入X射線識別區(qū)。皮帶下部射線接收裝置反饋射線接收量到智能識別系統(tǒng)，識別出矸石或煤，按照人工輸入“打煤”或“打矸”指令信號（根據(jù)煤質(zhì)情況靈活調(diào)整“打煤”還是“打矸”），智能系統(tǒng)開啟布置在輸送皮帶機頭處相應的高壓風閥，高壓風吹打出煤或矸石。分選后煤與分級布料篩下物料一起進入原煤破碎機，破碎后物料進入原煤儲運系統(tǒng)。選后矸石進入矸石轉(zhuǎn)運系統(tǒng)（優(yōu)化后原煤準備系統(tǒng)工藝流程見圖4）。

圖4 優(yōu)化后原煤準備系統(tǒng)工藝流程圖

3.4 主要設備選型

主要設備選型見表3[3]。

表3 主要設備選型

4 應用實施與效果

4.1 應用實施

對姚橋選煤廠新井原動篩車間進行改造：利用原有動篩排矸車間、皮帶廊等基礎設施，新增轉(zhuǎn)載皮帶、TDS預排矸設備設施，改造原煤破碎環(huán)節(jié)和矸石轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)設備設施，TDS分選系統(tǒng)遠程人機界面操作控制合并入原準備系統(tǒng)集控操作室。

4.2 生產(chǎn)運行與效果

礦井提升原煤經(jīng)過50mm分級篩分級后，＞50mm物料進入手選皮帶，人工選出鐵器、雜物和＞300mm矸石后，物料進入TDS分選系統(tǒng)。TDS遠程操作人員定性判斷大塊矸石比例多少，在控制系統(tǒng)設定“打矸”或“打煤”，系統(tǒng)自動切換至設定模式，物料進入TDS分選系統(tǒng)后，自動完成矸石與煤的分選。

經(jīng)過TDS系統(tǒng)生產(chǎn)運行后進行技術經(jīng)濟指標檢測與統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示，矸石中帶煤率為1.83%，選后原煤中矸石含量為3.37%，排矸效率93.1%。原煤準備系統(tǒng)減少手選用工30人，節(jié)約用工費0.50元/噸原煤，減少了選矸后塊煤破碎機齒輥的磨損量，提高了洗煤生產(chǎn)效率，減少了矸石對后序工藝設備的影響，增加了小時處理量。姚橋廠小時處理量由TDS投產(chǎn)前的550t/h提高到575t/h,每天可縮短洗煤生產(chǎn)時間50min。入廠原煤中矸石量越大，效果越明顯。

5 結(jié)論

采用國內(nèi)先進TDS選矸技術進行選煤廠技術革新，充分體現(xiàn)選煤新技術、新工藝對選煤生產(chǎn)的環(huán)境改善、勞動強度降低、智能化水平提高做出的貢獻。X射線辨識夾矸煤的參數(shù)設計對矸中帶煤和煤中帶矸技術指標有不同程度的影響，物料在TDS工藝系統(tǒng)分選過程產(chǎn)生的＜50mm物料進入破碎機，造成原煤過粉碎，分選技術和工藝流程設計還有待進一步創(chuàng)新、優(yōu)化。