煤礦選礦技術的現狀與發展

＊劉澤祺

（晉能控股煤業集團忻州公司 山西 034000）

我國的煤礦選礦技術研究開始于二十世紀四十年代，由于國內各煤礦區出產的煤炭質量參差不齊，選礦的技術和具體的流程也有較大的差異。十余年后，我國的煤礦選礦技術逐漸隨著科技的發展而改善，最終形成較為穩定的機械選礦技術。進入六七十年代后，自動選礦、檢測設備開始在煤礦選礦過程中進行應用，有效提高了選礦的質量和效率。

1.選礦技術概述

選礦技術顧名思義是一種優選礦石的技術。這種技術的原理是根據礦石有用組分的特定、狀態來區分有用礦物和脈石礦物，將有用礦物盡可能分離，不止分離雜質，還要將高品位和低品位的礦石區分開，提高礦石的利用率。經過選礦后，礦產中的有用組分得到有效富集，能夠大幅度減少需要運輸的礦石體量，減少冶煉、加工礦石過程中消耗的燃料數量，從而有效降低礦石開采的成本投入，提高礦產企業的經濟效益。選礦技術主要可分為揀選、電選、浮選、重選、化選五個種類，煤礦選礦多采用浮選或重選技術。浮選技術主要借助不同礦物表面對水的親疏程度不同來進行篩選，浮選過程中通常會用到起泡劑。在浮選技術操作過程中，選礦技術人員可以加入起泡劑和調整劑，前者負責產生氣泡，讓疏水的礦物顆粒附著在氣泡上，隨著氣泡上浮而分離；后者負責提高氣泡的選擇性，提高浮選的選礦質量和效率。浮選技術是普適性最高的一種選礦技術，在各種采礦領域中都有應用的空間。重選技術主要借助礦物在流體介質中的不同比重來進行篩選，也是煤礦選礦過程中的常用技術。重選技術設備常見搖床、溜槽等單一運動設備，也有離心機、搖動翻床、振擺溜槽等復合型運動設備，能夠有效提高重選技術的應用質量和效率。

2.煤礦選礦技術現狀

(1)選礦工藝的發展和進步

我國由于煤礦種類齊全、品質跨度大，所以各種煤礦選礦技術在我國的煤礦開采場地中都有應用。目前，我國的煤礦選礦技術主要有跳汰、重介選、浮選等，其中跳汰技術成熟、流程簡單、成本低，雖然所占比例有所下降但仍然是我國煤礦選礦主要技術；重介選是國內大型選煤廠多用的主導技術，國內應用占比超半數；浮選技術隨著井下機械化開采技術不斷成熟而大量應用，成為井下選煤的常用技術之一。除此外，我國干法煤礦選礦技術得到長足的發展和進步，這與我國西部煤礦開發范圍的加大有很大關系。畢竟西部地區水資源珍貴，干旱缺水地區煤礦選礦更需要干法的輔助。

(2)選礦設備大型化、低成本、安全趨勢明顯

在發展煤礦選礦技術的同時，我國的選礦設備也在不斷發展與成熟。目前，我國的煤礦選礦成套設備已經實現了國產化，并且開始自主研發大型全自動成套設備，不僅可應用于國內煤礦開采領域，還可以出口到國外。我國自主研發的選礦設備大型化趨勢明顯，能夠有效滿足我國煤礦開采量大、需求量大的現狀。跳汰機、離心脫水機、分級破碎機、浮選機等設備在大型化的同時還能夠達到國際領先技術水平。這些選礦設備國產化的過程中，不僅能夠滿足國內煤礦開采的應用需求，還反向迫使進口同類設備降低價格，降低我國煤礦開采的總成本。

(3)選礦流程向自動化方向發展

目前，澳大利亞、美國等國家的煤炭開采領域基本實現了流程自動化，這也是我國煤礦選礦流程及其系統研究的主要方向。近些年，我國在感知元件、檢測儀表、傳感器、控制器、微處理器等方面的研究有了長足的進步，這些研究成果應用在煤礦選礦領域中促進了其自動化發展。比如能夠在線監測煤礦灰分、水分、料液位的裝置，應用到煤礦選礦流程中能夠有效實現選煤自動控制，從而提高煤礦開采的生產質量和效率。

3.煤礦選礦領域中應用的設備

(1)重介質旋流器

在煤礦選礦技術中，重介質技術設計的核心是重介質旋流器。重介質旋流器是控制重介質選煤質量和效率的關鍵，其各項參數、性能一直是技術人員研發的重點課題，比如耐磨材質選用、介質和煤的入料方式等。目前，我國已研制成功了直徑1.5m的、世界上尺寸最大的重介質旋流器，處理能力范圍在520～780t/h，能夠分選原煤的尺寸范圍為0～120mm。其中，重介質旋流器有不同的型號分類，各自有不同的特點和優勢。比如3SNWX1500/1100－Ⅳ型重介質旋流器，這是一種四給介無壓三產品的型號，處理能力為550～650t/h，原煤分選下限為0.5mm。這種型號的重介質旋流器的重點優勢在于相較于單給介旋流器的能耗大幅度降低，根據已投入使用的四給介型號旋流器使用成果來看，能耗降幅在20%左右，是一個非常亮眼的成績。又比如3DMC1500/1100AP型重介質旋流器，這是一種有壓三產品的型號，處理能力為580～620t/h，原煤分選范圍為0～30mm。這種型號的重介質旋流器的重點優勢在于，實際應用過程中的分選下限可以探到0.25mm，是目前重介質旋流器眾多型號中下限最低的。除此外，還有FZJ1500型重介質旋流器，這是一種入料結構為蝸殼、兩產品的型號，也是我國眾多重介質旋流器中直徑最大的。這種旋流器的處理能力最高可達到780t/h，原煤分選范圍為1.5～120mm，是最適合應用在動力煤分選的旋流器。

(2)跳汰機

跳汰機屬于煤礦選礦領域中應用歷史最長的設備，具備單機處理量大的優勢，也是比較適合進行大型化發展的煤礦選礦設備之一。目前，我國主要應用和研究的跳汰機品類是SKT型篩下空氣室跳汰機，這是一種最大面積已經達到36m2的處理設備，處理能力最高可達650t/h。SKT型篩下空氣室跳汰機的內部結構包括風閥、空氣室、機體、入料、排料等數個部分，具體應用中可根據需求進行兩段配置或三段配置。所以，跳汰機的工作面積并不固定，需要根據實際情況來進行選擇和調整。常規跳汰機存在指標難以穩定的問題，是跳汰機研發的難題之一，也是影響跳汰機分選范圍下限的關鍵因素。我國研發的SKT型篩下空氣室跳汰機在主振的基礎上增加了輔助振動，形成復振的效果，這樣SKT型篩下空氣室跳汰機在實際應用過程就呈現了分選時間延長的結果，提高了處理質量和效率。SKT型篩下空氣室跳汰機的分選范圍上限擴大至200mm，下限擴大至30mm，處理后矸石的帶煤量不超過4%，有效提高了分選質量和效果。

(3)浮選設備

在世界范圍內，浮選設備都是一種使用比例較高的選煤技術設備，其中機械攪拌式浮選設備占比最高，比例約為八成，浮選柱和噴射式浮選設備占據剩下的二成。我國國內的選煤廠設備使用情況也基本如此，比例比較相近。國內常見的機械攪拌式浮選設備為自吸空氣機械攪拌式，這是一種適應性較強的浮選設備，能夠滿足我國煤礦種類全、品質跨度大的選煤現狀。這種浮選設備設計了“假底下吸、周邊串流”的入料渠道，滿足煤礦選礦處理需求量大的現狀；配合葉輪、穩流板形成了設備內立體循環模式，能夠有效提高浮選質量和效率；還能夠根據入料的可浮性來選擇一次浮選還是二次浮選，適應性強，適合在煤礦品質復雜的情況下應用。除了機械攪拌式浮選設備外，浮選柱設備占據剩下浮選設備的75%，噴射式浮選設備只占據25%，是浮選領域中最少的一種。FCSMC系列是一種浮選柱設備，利用的是逆流碰撞礦化原理，能夠在相對靜態的環境中完成煤炭細顆粒的分選，實現灰分的有效降低，降低幅度為0.5%～1%。FJCA系列是一種噴射式浮選設備，利用的是噴射過程中形成的空氣微泡，用空氣微泡來帶動三相混合物中的煤炭顆粒析出。噴射式浮選設備所需要的占地面積比較小，礦化器設備規格通常不超過6m，單槽容積不超過44m3。

4.煤礦選礦技術的發展趨勢

(1)選煤工藝流程自動化、智能化

隨著煤礦選礦技術的不斷成熟，設備的不斷精研，控制設備、傳感元件、監測儀表的不斷精進，我國選煤工藝流程必將逐漸呈現自動化、智能化的趨勢。我國目前針對煤礦選礦設備、技術的研究也主要朝向這方面，開發適合用于千萬噸產量的塊煤、末煤、細顆粒分選成套設備，和適合用于選煤系統監測、控制的配套設備，為實現千萬噸級別自動化、智能化選煤提供技術支持。

(2)井下完成選礦過程

煤礦作為深埋地下的資源，開采過程中伴隨著對地質結構的必然影響，在井下完成分選，一方面可以實現對矸石的就地回填，減少因采煤產生的巖層沉降和地表環境破壞，而且矸石不在地表產生還能夠有效避免矸石長期堆放產生的粉塵污染和自然隱患；另一方面還可以實現對升井能源利用率的提高，減少升井運輸中為矸石做功的部分能耗，降低升井設備的磨損程度，延長使用壽命，降低煤礦開采企業的運行成本。除此外，井下選礦還能夠降低噪音，對生產工作人員的身心健康更加友好。井下空間不比井上地表空間大，需要小型化、一體化、緊湊型的選礦設備。

5.結束語

我國煤礦選礦技術及其設備正在朝著大型化、自動化方向發展，未來隨著技術的成熟，還會逐漸實現智能化。井下選煤更適合我國的生產和環境需求，未來井下選礦技術及設備的小型化、緊湊化發展也會是重點內容。這些都是煤礦選礦領域追求經濟效益、社會效益、環境效益最大化的必然結果。