TDS智能干選機在馬脊梁選煤廠應用的可行性分析

靳 超，樊海龍

(晉能控股煤業集團，山西 大同 037003)

1 概 述

馬脊梁選煤一廠是一座年設計能力3.00 Mt左右的大型動力煤模塊式選煤廠，整個系統由原煤破碎車間、篩分車間、模塊洗選車間和裝車系統4部分組成，其中原煤準備和篩分系統絕大多數利用1994年投產時馬脊梁礦簡易篩分樓的遺留設備；主洗系統于2001年5月建成投產，采用分選旋流器+螺旋分選+壓濾機的洗選工藝。

目前馬脊梁選煤廠二廠的設計入洗能力達到6.00 Mt/a，一廠的設計入洗量只有3.00 Mt/a，由于馬脊梁礦井經過提能改造后可以達到10.00 Mt/a，產出量高于設計洗選能力，因此每年有1.00 Mt原煤無法進行分選，經篩分后直接進入精煤倉。

2 改擴建原因分析

2.1 煤泥系統處理能力不足

設計之初原煤0～1.5 mm含量為8.31%，隨著礦井開采深度的不斷加大，該粒級含量達15%以上[1]，再加上高效濃縮機和壓濾機使用效果不太理想，系統加工量一旦超過550 t/h，煤泥沉降和壓濾系統處理能力就嚴重不足，為此于2002年7月對原煤系統進行改造，增加了5臺篩分機(利用原來舊的篩分設備改造而來)和2臺帶式輸送機，在不影響整體商品煤質量的前提下，篩分一部分13 mm以下末煤與商品煤直接摻合，以減緩主洗系統的壓力。但是當原煤灰分較高，而商品煤質量要求較嚴的情況下，無法使用篩分系統將一部分原煤直接混入精煤系統，只能通過降低螺旋分選機回收物料的灰分，增高發熱量來穩定商品煤的質量，但這樣會降低精煤回收率。

2.2 重產物排放系統能力不足

選煤廠的洗選工藝均按照馬脊梁礦當時所采侏羅紀煤層質量設計的，隨著礦井開采程度的不斷深入，原來的11層優質原煤已經開采完畢，從2010年開始主采煤層轉移到14層，該層頂板易碎，斷層、沖刷帶、夾矸多，地質條件十分復雜。到2010年，隨著石炭二迭紀延伸的不斷深入和原煤地質條件的惡化，原煤灰分高達30%左右，瞬時灰分已經超過40%，遠遠超出了原設計17%的灰分，給選煤廠的生產和商品煤質量指標的完成帶來了巨大的困難。由于原煤灰分高、矸石量大，排矸膠帶過載的事故經常發生，使選煤廠整體處理能力降低，不能與礦井產量相匹配[2]，致使原煤供應和選煤加工之間矛盾重重。

2.3 與礦井匹配能力不足

隨著馬脊梁礦石炭二疊紀延伸的穩步推進，馬脊梁選煤一廠以目前的設備狀況和生產工藝，已無法滿足礦井改造延伸后的原煤特性和能力要求，必須盡快作出相應改造，以適應變化了的礦井原煤。

3 改擴建方案

初步考慮200～50(40)mm塊煤采用X射線智能干選機或者重介質淺槽分選，50(40)～1 mm兩產品重介旋流器分選、1～0.15 mm螺旋分選機分選、0.15～0 mm壓濾回收聯合工藝[3]。對于塊煤分選系統必須增加1臺重介質淺槽分選機或TDS智能干選機，若采用重介淺槽分選工藝會遇到系統復雜、管路繁多、維護成本大、技改場地小等難題，若采用TDS智能干選機，其實際使用情況和產品指標還有待考察，所以提出對這兩種方案進行研究對比并決定最佳技改方案。

3.1 塊煤采用重介淺槽分選機方案

重介質淺槽分選機的優勢有：分選粒度級較寬泛；單臺設備處理能力大；對煤質變化的適應性較好；分選精度高[4]。

與使用TDS智能干選機相比，缺點同樣明顯：重介淺槽分選采用水洗工藝，工藝流程復雜[5]，設備繁多，管路復雜，需要高成本的介質系統和水系統，占地面積大，基建成本高，且塊煤在分選中經過多級溜槽及水沖洗會發生再次粉碎，增加次生煤泥量。

3.2 塊煤采用TDS智能干選機方案

TDS智能干選機分選技術采用X射線識別，實現了煤矸數字化識別，通過自動控制陣列式噴嘴，可以對塊煤進行排矸分選[6]。

TDS智能分選的優點是：此種設備對煤炭的適應性較強、分選精度較高，提高了選煤廠自動化水平，節能降耗、減員增效、無需水處理系統，經濟效益顯著。該技術在國內部分選煤廠得到成功應用，工藝指標先進：有效分選粒度為300～50 mm和100～25 mm，矸石帶煤率小于3%，煤中帶矸率小于5%。屬于干法分選，生產過程不用水不用介，節約資源，系統智能化程度高，生產工藝可靠性與穩定性高，節能環保[7]。

但是其缺點也很明顯，相比重介質淺槽分選機，入選粒度范圍窄，單臺設備處理能力小。

4 TDS智能干選機實地調研考察

針對馬脊梁選煤廠的實際情況，為了有效對比區分兩種分選方案的適用性，選煤廠派技術人員專程到山西美錦集團錦富煤業有限公司、宏大公司豁口煤礦、山西省長治華晟榮礦業有限公司進行實地考察，對TDS智能干選機的實際工作性能進行考察，以決定塊煤最佳分選方式。

4.1 干選機參數及性能

干選機參數及性能見表1。

4.2 干選機在企業中的具體應用及特點分析

(1)豁口煤礦干選機的應用：該煤礦設計生產能力為60萬t/a，沒有配套選煤廠，干選機分選后直接作為商品煤。粒度在80 mm以上原煤采用手選，人工撿出大塊矸石后進行破碎；粒度在80～25 mm塊原煤采用干選機分選出矸石和商品煤；粒度在25 mm以下末煤直接作為商品煤。

特點分析：80～25 mm粒級商品煤含矸石率為30%～50%，該礦煤質為高硫煤，但發熱量接近18.81 MJ/kg，所以商品煤主要需考慮矸石帶煤指標，煤中夾矸不會影響產品質量。采用干選機分選后矸石帶煤率可以降到3%左右，排矸率達到90%以上。

(2)華晟榮礦業干選機的應用：設計生產能力為120萬t/a，干選設備是用來替代原煤手選矸石作業。干選后的精煤產品繼續進入選煤廠分選。

特點分析：干選設備替代原煤矸石手選工藝效果良好，矸石帶式輸送機上的矸石較純，矸石帶煤少，精煤帶式輸送機上可見矸石多，說明煤中帶矸，達不到商品質量要求[8]，精煤產品繼續進入選煤廠分選。

(3)錦富煤業干選機的應用：該礦設計能力為180萬t/a，干選機作為塊煤分選設備，分選出矸石和商品塊煤。商品煤進入選煤廠繼續分選，生產煉焦煤。

特點分析：根據2017年12月干選機投入生產時所測得的數據得知，矸石帶煤率2%左右，煤中帶矸率為5%～9%。

4.3 所考察企業干選機產品情況

山西美錦集團錦富煤業有限公司和長治華晟榮礦業有限公司在生產過程中經干選機初步分選后再進入選煤廠進行精選，智能干選機主要用于預排矸，減少進入重介系統的矸石量，降低重介系統生產成本；而豁口煤礦出井原煤發熱量一般在18.81 MJ/kg以上，煤質好，僅簡單排矸即可滿足要求。經以上案例分析，智能干選機多用于預排矸作業。

表2 干選機分選效果

5 干選機替代重介質淺槽的可行性分析

5.1 TDS與淺槽分選機相比較的弊端

(1)與淺槽相比較，存在處理量小的問題，若替代7.9 m淺槽至少需要3臺干選機并聯使用。

(2)存在處理物料粒級窄的問題，實際只能選擇25～80 mm，50～150 mm，150～300 mm等適用粒度范圍，否則會降低分選精度，將分選粒度降低到25 mm以下后也會降低分選精度。

(3)分選精度優于動篩跳汰機，但低于重介淺槽。動篩的理論矸石帶煤率為5%，在實際生產中，其矸石帶煤一般達到6%～8%。而TDS在預先排矸工藝中，一般可實現矸石帶煤率1%～3%。TDS與動篩相比，平均矸石帶煤率可降低約5個百分點[9]。

(4)排矸率和矸石帶煤率對于同規格的干選機，根據入選粒級不同也會隨之變化。

(5)單臺設備價格高，以參數為B=2 000 mm、Q=180 t/h干選機為例，設備市場價約800萬元，如果選煤廠規模過大，需要多套設備，價格較高，多套系統投資成本較高。

5.2 TDS與淺槽分選機相比所具有的優勢

(1)TDS智能干選機可實現矸石帶煤率1%～3%，煤中帶矸率3%～5%，高于動篩跳汰及其他干選設備[10]。

(2)完全干法分選不需要介質和水，總裝機功率較小，節能環保。

(3)系統工藝簡單，操作方便，只需一到兩名操作工。

(4)運營成本較低，易損件主要為常規膠帶和空壓機，需要2～3 a更換一次X射線放射源。

(5)系統密封運行，設有除塵裝置，無粉塵，操作安全。

(6)TDS智能干選機可靈活調整“打煤”或者“打矸石”。

5.3 改造方案分析

由表3和表4可知：

(1)馬脊梁選煤廠原煤灰分為45.72%，灰分很高。原煤中大于50 mm粒級產率為27.77 %，平均灰分為70.35 %，可知矸石多分布在大于50 mm粒級的大塊原煤中。

(2)原煤中13～50 mm粒級產率為34.55%，平均灰分為40.82 %，低于原煤平均灰分，可知塊煤隨著粒級減小灰分降低，這一粒級是馬脊梁選煤廠塊煤的主要分選區間。

(3)原煤中小于13 mm粒級產率為37.68%，平均灰分為32.06%，灰分較低。馬脊梁選煤廠對末煤及煤泥采用兩產品重介旋流器、螺旋分選機及板框壓濾機進行聯合回收，分選效果較好[11]。

(4)通過對表3、表4的分析可知，小于1.8 g/cm3密度級別的原煤灰分較低，適宜分選的原煤主要集中在這一區間。總體來說原煤中塊煤量大，塊煤隨著粒級減小灰分降低，小于50 mm粒級灰分小于原煤平均灰分。因此需要增加智能干選機或重介淺槽分選機來解決馬脊梁選煤廠原煤中大于13 mm的塊煤分選壓力大的問題。

表3 馬脊梁礦3號煤層原煤篩分試驗報告

表4 馬脊梁礦3號煤層原煤150～0.5 mm粒級篩分試驗報告

由于原煤中大于13 mm粒級產率為62.32%，按照原煤膠帶1 200 t/h的處理能力，大于13 mm粒級有750 t/h，如果采用TDS將需要3臺設備(每臺TDS處理能力約300 t/h)，每套設備價格約800萬元，成本遠高于重介淺槽，而且由于同時使用多套設備，占地面積大于車間可使用面積。且TDS分選25 mm粒度級以下的原煤效果差于淺槽分選機，會降低分選精度，導致矸石帶煤或煤中帶矸等問題，使得精煤發熱量波動難以達標。且行業中TDS多用于預排矸，替代人工選矸[12]。因此針對馬脊梁礦井的煤質和目前用戶對煤質的要求，TDS并不適用于馬脊梁選煤廠，依舊需要采用重介質淺槽作為主要分選設備。