基于雙系原煤入選的選煤系統介耗優化研究與實踐

王登俊

(大同煤礦集團有限責任公司，山西 大同 037003)

煤炭在我國一次能源結構中處于主體能源地位，煤炭洗選加工是煤炭清潔高效利用的第一個環節。原煤經過選煤廠洗選加工后，可以將原煤中的矸石和有害雜質去除，減少商品煤的硫分，減少燃燒帶來的環境污染，減少鐵路的無效運輸，提高煤炭資源的利用率。

我國煤炭資源豐富，煤種齊全，煤質差別大，而重介質選煤技術因其對煤質適應能力強，成為了主導選煤方法。重介質選煤是利用阿基米德原理將精煤與矸石等雜質分離。保持介質系統穩定是保證分選效果的根本，控制介耗是降本增效的最佳途徑[1]。

馬脊梁選煤廠是一座礦井動力煤選煤廠，入選原煤全部來自馬脊梁礦井，于2014年11月試運行。馬脊梁選煤廠工藝圖見圖1所示。

圖1 馬脊梁選煤廠工藝圖Fig.1 Process diagram of Majiliang Coal Preparation Plant

設計年處理能力600 萬t/a，設計小時處理能力1 136 t/h，產品結構為0～50 mm混精煤。原煤經破碎達到小于150 mm的粒級，150～13 mm塊煤采用重介淺槽分選；13.0～1.5 mm 末煤采用三產品重介旋流器分選；1.50～0.25 mm 粗煤泥采用螺旋分選機分選；0.25～0 mm細煤泥采用加壓過濾機+快開高效壓濾機聯合脫水回收。投產以來，2015年至2017年選煤廠年均介耗如表1所示。選煤廠介耗雖然逐年降低，但仍無法達到預期效果。

表1 工藝優化前歷年平均介耗Table 1 Average medium consumption before process optimization

1 原因分析

馬脊梁選煤廠入選原煤煤質復雜，礦井有石炭紀和侏羅紀兩種煤層，存在雙系原煤入洗的問題。同時，由于井下存在斷層、火成巖入侵等地質原因，導致選煤廠入洗原煤煤質極不穩定，進而造成分選系統紊亂，跑介現象嚴重的問題。隨著礦井采煤機械化程度不斷提高，原煤矸石量驟增,細粒煤含量變多,泥化現象嚴重，這些實際情況增加了原煤煤質的復雜性，嚴重影響選煤廠的正常生產。馬脊梁選煤廠煤泥水處理工藝圖見圖2所示。

圖2 馬脊梁選煤廠煤泥水處理工藝圖Fig.2 Process diagram of slime water treatment in Majiliang Coal Preparation Plant

依據設備參數和現場實際可知，由合格介質泵打到淺槽的懸浮液量為1 780 m3，由淺槽溢流堰流出的懸浮液量為1 525 m3，即85.67 %的循環懸浮液進入重介質淺槽分選機后隨溢流精煤產品排出，其中14.32 %的懸浮液分配到沉物矸石中。三產品重介旋流器入料懸浮液共1 174 m3，末煤重介旋流器在離心力場作用下，底流的懸浮液密度比工作懸浮液密度高0.3～0.7 g/m3[2]；溢流懸浮液密度比其低0.06～0.17 g/m3。根據懸浮液的密度差，求得懸浮液在底流及溢流中的分配量，末精煤為70%，中煤為20%，末矸石為10%。結合設備實際情況計算得到設備的脫介能力如表2所示。

表2 設備脫介能力Table 2 Removing medium capacity of equipment

1.1 末煤及中煤脫介效果分析

1.5～13.0 mm 的末煤采用三產品重介旋流器分選，產品為末煤、中煤和末矸,末煤和中煤先流入弧形篩，進行預脫介，再流入下游振動篩。雙系煤混合入洗，造成原煤煤質的變化頻繁，導致末煤、中煤數量不斷變化，脫介篩物料層厚度不一，從而產生一系列不良影響。

當入洗石炭紀煤層原煤占比較大時，中煤比例增高，中煤預脫介弧形篩和中煤振動篩上的物料層過厚,無法有效脫介；當侏羅紀煤層原煤占比較大時，末煤比例增高，末精煤預脫介弧形篩和末精煤振動篩上的物料層過厚,無法有效脫介[3]。脫介篩無法有效進行脫介，會出現欻煤、欻介現象，造成介質系統紊亂，導致介質隨精煤產品流失，甚至介質循環系統崩潰。

1.2 塊精煤脫介效果分析

13～150 mm塊煤采用重介淺槽分選。由于淺槽入料粒度大，溢流液流量大，85.67 %的溢流進入塊精煤脫介篩，導致塊精煤脫介篩物料前沖嚴重[4]。物料流速過大，導致脫介時間太短，脫介效果差；致使振動篩稀介段物料增加，合介段回收的介質減少；容易造成合格介質桶位和比重突降，分選系統不穩定，甚至崩潰。

1）由運行人員將開關轉冷備用，繼保人員將#2接地變保護裝置的裝置告警信號接線S2JB-110/W134解除后，監控后臺的#2接地變告警信號消失；之后再將接線恢復，#2接地變告警信號在光字牌中又出現，確定接線組別無誤。

1.3 稀介磁選機回收率分析

由于振動篩稀介段回收量增大，會加大磁選機的工作負荷，降低磁選機的工作效率，致使更多的介質從磁選機尾礦流失。一旦系統打分流，會產生更多介質隨著磁選尾礦損失掉，因此，系統不能隨時打分流進行調節，介質系統的工作效率和靈活性受到了嚴重影響。

1.4 懸浮液黏度和穩定性分析

由于原煤細粒煤含量逐步升高，即使經過洗選系統中兩臺原煤分級脫泥篩進行分級脫泥，依然會有大量煤泥進入淺槽，導致介質系統中的煤泥含量增高，進而使重介懸浮液的黏度增高。

高黏度的懸浮液會影響介質在振動篩上的透篩脫介，造成介質隨精煤產品流失。懸浮液黏度過高會影響物料的流動性，物料分層不暢致使分選效率下降。

為此選煤廠只能采取加大分流量的措施，將懸浮液更多地分流到稀介桶，通過磁選機降低懸浮液的煤泥含量[5]。但是，這樣又會加大磁選機的工作負荷，導致更多的介質隨尾礦流失。

2 優化生產工藝

2.1 生產工藝優化

1)旋流器產品脫介工藝優化。將末精煤、中煤預脫介弧形篩改造為預脫介固定篩。末精煤預脫介固定篩脫介面積約為10.56 m2，預脫介弧形篩脫介面積約2.41 m2，脫介面積提升了4.4倍。同理，中煤預脫介固定篩脫介面積約6.84 m2，預脫介弧形篩脫介面積約2.41 m2，脫介面積提升2.84倍[6]。同時，增加固定篩配套的入料溜槽和篩下槽進的寬度，并且降低篩面角度。如此，物料通過入料槽再流入篩面時能夠更加均勻地分層，緩慢前進，高效脫介，大大降低了產品帶走的介質。優化生產工藝后末煤、中煤脫介篩脫介能力如表3所示。

表3 優化生產工藝后末煤、中煤脫介篩脫介能力Table 3 Removing medium capability of sculping screen of final and middle coal after process optimization

由表3可知，優化生產工藝后，末煤脫介篩及其預脫介固定篩單位面積需處理的懸浮液量由75 m3下降到43 m3，降低為改造前的57%；中煤脫介篩及其預脫介固定篩單位面積需處理懸浮液量由52 m3下降到26 m3，降低為改造前的50%。單位面積脫介負荷大大下降，加強了介質回收，有效解決了末煤、中煤產品帶介高的問題。

2)淺槽溢流優化措施。針對淺槽溢流液流量大，塊精煤脫介篩物料前沖嚴重的情況，在淺槽溢流槽內部增加7塊預脫介固定篩板，篩板尺寸為680 mm×610 mm；在塊精煤脫介篩的入料槽上部增加一部預脫介固定篩，該固定篩面積約為7.7 m2(2 600 mm×3 025 mm)。如此改造增加了10.6 m2的預脫介面積，大部分的重介懸浮液流量可以在預脫介部分進行回收，這樣有效降低了物料進入振動篩的流速，提高了塊精煤脫介篩的工作效率，穩定了介質系統。

在預脫介固定篩出料端加200 m高緩沖擋皮，使物料均勻、緩慢地進入塊精煤脫介篩的篩面，從而提高脫介效率，使物料更加緩慢地進入脫介篩的第一排篩板上，增加有效脫介面積。同時，在脫介篩板上自制擋壩，進一步延緩物料的流速[7]。馬脊梁選煤廠優化后工藝流程見圖3所示。優化生產工藝后塊精煤脫介篩脫介能力如表4所示。

圖3 馬脊梁選煤廠優化后工藝流程圖Fig.3 Process diagram of Majiliang Coal Preparation Plant after optimization

表4 優化生產工藝后塊精煤脫介篩脫介能力Table 4 Removing medium capability of block coal sculping screen after optimization

3)脫泥篩優化措施。針對原煤細粒煤含量高、泥化嚴重引起的懸浮液黏度大的現象，采取了綜合優化措施:

a.改善脫泥篩的噴淋水幕，分級脫泥篩每一層都布置有兩段噴淋水，且相隔200 mm；

b.每段噴淋水的鴨嘴式噴頭，緊密排列，噴淋水幕均勻連續，使噴水形成扇形的攔截面，噴嘴高度控制在300～350 mm左右，噴淋水方向與物料前進方向角度約為70°；

c.噴淋水的壓力控制在0.3 MPa左右；

d.噴水濃度采用濃度低于30～50 g/L的循環水；

e.噴水量依據系統的負荷量、脫介篩能力和磁選系統能力確定最大容許量706 m3/h[8]。

改造后的脫泥篩噴水參數如表5所示。

表5 優化改造后脫泥篩噴水參數 Table 5 Water spraying parameters of desliming screen after optimization

4)稀介磁選工藝優化。提高磁選機的回收效率，一是改善稀介磁選機的噴淋水幕，加密噴頭數量，加大噴淋水壓力，有效地將磁選滾筒上的介質沖刷下來；二是利用停車檢修的空余時間，對磁選機的給礦管、分選槽、精礦槽進行清理，保證入料均勻穩定，分選槽液面穩定。

2.2 介質質量管理優化

經過馬脊梁選煤廠多年的生產實踐證明,200目粒度含量必須大于90 %，才可以有效減少因煤泥含量大帶來的脫介效率低下和磁選回收效率低下的不良影響；磁性物含量的比例直接影響稀介磁選機的工作效果，必須保證在95 %以上；介質的真密度控制著懸浮液的密度，控制著回收率，因此必須達到如表6所示指標。

表6 入廠介質指標Table 6 Incoming medium index

3 優化結果分析

采取介耗管控及工藝優化后的效果如表7所示，介質消耗由1.8 kg/t降低至1.4 kg/t。同時,系統運行更加穩定、流暢，產品質量也大大提高。

表7 優化生產工藝和加強管控管理后生產指標對比Table 7 Comparison of production index after optimizing the production process and strengthening management

4 結束語

優化改造前當煤質有所變化時，容易導致脫介不及時，造成欻煤、欻介，介質系統紊亂，限制了選煤廠的生產能力，時常引發生產事故。通過優化生產工藝和加強管控管理，有效解決了雙系煤入洗、礦井原煤細粒級高、原煤泥化嚴重等難題，穩定了重介質系統，降低了介耗，提高了原煤入洗量。