哈爾烏素選煤廠降低淺槽矸石帶煤率的試驗研究

劉利明，陳大明，柳 驍，李 昊

(1.哈爾烏素選煤廠；2準能選煤廠，內蒙古 鄂爾多斯 010300)

1 問題分析

哈爾烏素選煤廠為特大型露天礦選煤廠，加工能力達到30.0 Mt/a。選煤工藝為塊煤重介淺槽分選，結合露天礦分優劣煤層開采，其中A系統主要洗選優煤，B、CD系統加工6上、6下劣煤。由于露天礦6上、6下原煤灰分波動較大，洗選系統分選密度難以適時調整，經常造成矸石帶煤率超標。由于缺少煤質變化規律性分析，生產現場的分選密度調控一直沒有具體指導方向與參數，未形成一套整體細化的理論體系，沒有數據支撐，全憑經驗進行調控，無法保證密度調節的準確性和指導性，存在資源浪費、生產能力利用不充分的問題。加之以往規定每月對矸中帶煤比例進行一次化驗檢測，由于檢測頻率不高，無法隨時利用矸中含煤指標指導現場實際生產，存在工藝調節不及時、洗選過程盲目的問題。基于以上問題，有必要通過試驗研究，采用數理統計，建立數學模型，結合煤質特征，合理確定分選密度，用于指導實際生產。

2 利用數學模型建立函數關系解決問題

通過對B、CD系統不同原煤中的矸石進行采樣化驗，得出矸石帶煤率。收集統計采樣期間B、CD系統原煤發熱量，制作原煤發熱量分布柱狀圖，觀察圖示，總結試驗原煤發熱量的置信區間。利用多組采樣試驗數據分別繪制2條不規則平滑曲線，初步代表現場生產過程中矸石帶煤率與生產密度的關系及趨勢，利用試驗中匯總的幾組數據，計算出實際矸石帶煤率與分選密度的函數關系，將此函數圖像表示出來，應與手繪2條不規則曲線相吻合，其斜率以及曲線走向應該基本一致。最后令函數中的f(x)即矸石帶煤率不超過5%，求x即分選密度的取值范圍，得出試驗最終結論。

3 試驗介紹

哈爾烏素選煤廠共有3套洗選系統，其中A系統洗選1號破碎站的6中煤，屬于優煤，發熱量高、矸石含量低，密度要求長期保持在1.85±0.05 g/cm3，排矸較少，因此A系統不參與此次試驗，不做采樣。B系統、CD系統分別洗選6上、6下煤，煤質具有較高的不穩定性，屬于劣煤，因此分別對B、CD系統進行采樣化驗。

為確保采樣代表性，B系統和CD系統實行分系統單獨運行停機采樣方式。確定采樣系統后，單系統單獨運行30 min以后，整套系統重載停機，901矸石帶式輸送機物料全部來自單系統，且留樣物料正常，符合現場采樣條件，組織人員進行901矸石帶式輸送機多點斷面采樣，分別對901機頭、機尾、機中部進行采樣。采用停機采樣法，從停止的膠帶機上取出一全橫截段作為子樣，能夠確保所有粒級都采到，橫截段取自各部位倆托輥架中間部分。

由于露天礦原煤發熱量高低會直接影響選煤廠矸石帶煤率，原煤發熱量越高，矸石帶煤率越低，反之亦然。因此試驗需要對矸石采樣時間段的原煤發熱量進行統計，最終給出試驗結果對應原煤發熱量試用范圍。研究決定從煤質信息管理系統中查詢對應時間段701原煤帶式輸送機上快樣檢測結果，作為試驗期間的原煤發熱量進行分析。

4 試驗數據匯總分析

4.1 數據匯總

收集15組采樣數據及毛煤發熱量后分別制作“CD系統矸石帶煤率檢測結果表”、“B系統矸石帶煤率檢測結果表”、“原煤發熱量統計結果表”。

CD系統矸石做7組采樣，試驗數據詳見表1。

表1 CD系統矸石帶煤率檢測結果

B系統矸石做8組采樣，試驗數據詳見表2。

表2 B系統矸石帶煤率檢測結果

原煤發熱量統計結果見表3。

表3 原煤發熱量統計結果

4.2 數據分析

表1中有4組矸石帶煤數據超過5%，分選密度分別為1.704 g/cm3、1.689 g/cm3、1.648 g/cm3、1.604 g/cm3，觀察發現，分選密度越低對應的矸石帶煤率越高；有3組矸石帶煤率未超過5%，其分選密度分別為1.707 g/cm3、1.752 g/cm3、1.801 g/cm3，說明分選密度越高對應矸石帶煤率越低。分析表1可知，CD系統矸石帶煤率在 5%時，實際生產密度應介于1.700～1.710 g/cm3之間。表2中有1組矸石帶煤數據超過5%，其分選密度為1.612 g/cm3，有7組矸石帶煤率未超過5%，其分選密度分別為1.713 g/cm3、1.723 g/cm3、1.740 g/cm3、1.742 g/cm3、1.752 g/cm3、1.762 g/cm3、1.803 g/cm3，觀察發現，分選密度越高對應矸石帶煤率越低。分析表2可知，B單雙系統矸石帶煤率在 5%時，實際生產密度應介于1.650～1.710 g/cm3之間。

表3中共有12組數據，其中原煤發熱量處于14.23～15.06 MJ/kg之間有1組數據，原煤發熱量處于15.06～15.90 MJ/kg之間有2組數據，原煤發熱量處于15.90～16.74 MJ/kg之間有5組數據，原煤發熱量處于16.74～17.57 MJ/kg之間有2組數據，原煤發熱量處于17.57～18.41 MJ/kg之間有2組數據。觀察發現，此次試驗過程中原煤發熱量大多在15.06～17.57 MJ/kg之間。

5 推導函數關系建立數學模型

5.1 推導關系曲線

通過觀察不同煤種的試驗數據發現，重介淺槽工藝中分選密度與矸中帶煤率有密切關系，實際生產分選密度越低，矸石中夾雜精煤越多。為了研究這兩項指標間的具體關系，結合試驗結果繪制矸石帶煤率與分選密度關系曲線圖，見圖1、圖2。匯總原煤發熱量繪制柱狀圖、曲線圖見圖3、圖4。

圖1 CD系統試驗結果曲線

圖2 B系統試驗結果曲線

圖4 原煤發熱量推導曲線

通過圖1可以看出，CD系統矸石帶煤率與淺槽分選密度成類直線型增長，分選密度降低矸石帶煤率逐步提升。

通過圖2可以看出，B系統在淺槽分選密度由1.803 g/cm3降到1.762 g/cm3時矸石帶煤率反而出現了輕微下降，當分選密度小于1.713 g/cm3時成指數型增長。

通過圖3可以看出，試驗過程中原煤發熱量主要集中在15.06～17.57 MJ/kg，結合圖4發現，當發熱量處于15.06～17.57 MJ/kg時，曲線圖符合正太分布，即滿足日常原煤發熱量規律。

總結圖3、圖4可以認定此次試驗對原煤發熱量在15.06～17.57 MJ/kg之間的分選密度調控具有指導意義。

總結發現，由試驗數據繪制的2條矸石帶煤率與淺槽分選密度關系曲線圖基本滿足實際原則，但還存在一定誤差，不能作為指導生產的實際結論，因此需要計算矸石帶煤率與淺槽分選密度的函數，給出函數關系建立數學模型。

5.2 建立數學模型

5.2.1 建立CD系統矸石帶煤率與分選密度的函數關系

通過整理計算表1中各數據得出函數如下：

f(x)=P1x+P2

P1=-40.8

P2=74.6?f(x)=-40.8x+74.6

式中，x——淺槽分選密度，g/cm3；

f(x)——矸石帶煤率，%。

由此函數繪制平滑曲線，見圖5。

圖5 CD系統試驗結果推導曲線

“選煤廠煤質管理辦法”中嚴格要求選煤廠洗選產品煤中夾矸率不得超過5%。即f(x)=-40.8x+74.6中令f(x)≤5%，解得：x≥1.71。

通過函數關系推導試驗結論：CD系統分選密度在不低于1.71 g/cm3時，矸石帶煤率不高于5%。

5.2.2 建立B系統矸石帶煤率與分選密度的函數關系

通過整理計算表2中各數據得出函數如下：

f(x)=a×xb

a=2.384×106

b=-24.93?f(x)=2.384×106×x-24.93

式中，x——淺槽分選密度，g/cm3；

f(x)——矸石帶煤率，%。

由此函數繪制平滑曲線圖見圖6。

圖6 B系統實驗結果推導曲線

“選煤廠煤質管理辦法”中嚴格要求選煤廠洗選產品煤中夾矸率不得超過5%。即f(x)=2.384×106×x-24.93中令f(x)≤5%，解得：x≥1.69。

通過函數關系推導試驗結論：B系統分選密度在不低于1.69 g/cm3時矸石帶煤率不高于5%。

6 結 語

為保證哈爾烏素選煤廠分選劣質煤矸石帶煤率不高于5%，在原煤發熱量介于15.06～17.57 MJ/kg的置信區間時，要求B系統淺槽分選密度不得低于1.69 g/cm3，CD系統淺槽分選密度不得低于1.71 g/cm3。

針對B系統分選密度調節給出指導意見：采用降密度提高商品煤發熱量方法時，由函數關系曲線圖可知，B系統分選密度低于1.70 g/cm3后矸石帶煤率將出現指數型增長，較小的分選密度變化就會導致矸石帶煤率大幅度增加，分選密度高于1.70 g/cm3時，降低分選密度矸石帶煤率緩慢增加并未超出指標。理論上可以最大提升發熱量的分選密度為1.69 g/cm3。

針對CD系統分選密度調節給出指導意見：觀察CD系統矸石帶煤率與分選密度函數關系曲線圖發現，矸石帶煤率隨分選密度的降低穩步提升，并未出現明顯拐點，但是斜率較大，因此CD系統不建議大幅度的降低分選密度來達到提升發熱量的目的。理論上可以最大提升發熱量的分選密度為1.71 g/cm3。

此次試驗原煤發熱量置信區間為15.06～17.57 MJ/kg，當原煤發熱量小于15.06 MJ/kg或大于17.57 MJ/kg時，試驗結論將不具有指導性。

通過矸石帶煤檢測試驗推導出的結論對哈爾烏素選煤廠的B、CD系統重介淺槽工藝的調節具有一定指導意義，淺槽分選密度的精準控制可保證矸石帶煤率的穩定合格，最終實現生產過程中分選密度的合理調節，為分選密度下限設定了一個標準，保證精煤的充分回收，提高商品煤發熱量。同時減少矸石帶煤率，降低資源的浪費，為選煤廠提質增效做出有力的貢獻。