X射線智能選矸技術(shù)在姚橋選煤廠的應(yīng)用

蔣林龍

(上海大屯能源股份有限公司選煤中心，江蘇 徐州 221611)

大屯姚橋選煤廠建成投產(chǎn)于20世紀(jì)90年代末，是礦井型選煤廠，設(shè)計(jì)能力為3.00 Mt/a，生產(chǎn)工藝為：小于50 mm原煤無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選+煤泥直接浮選。姚橋煤礦井下0～300 mm原煤提升出來后進(jìn)入選煤廠準(zhǔn)備車間，經(jīng)過50 mm分級篩，篩上物料通過三通溜槽進(jìn)入2條人工手選膠帶上，選出大塊矸石，分選后的原煤進(jìn)入破碎機(jī)破碎至50 mm以下，與分級篩篩下物料進(jìn)入原煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)作為重介主洗原煤。

1 矸石分選

人工手選矸石工藝存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低的弊端，特別是井下采煤過斷層、矸石含量超過40%以上時(shí)，只能靠不斷增加人員維持系統(tǒng)正常生產(chǎn)。經(jīng)過多方走訪調(diào)研，選煤廠決定進(jìn)行技術(shù)改造，將工人從繁重低效的體力勞動(dòng)中解脫出來，最終確定采用X射線智能風(fēng)力選矸工藝代替人工手選。

2 技術(shù)改造

2.1 試驗(yàn)

2018年1月16日，于姚橋新井原煤車間手選帶采集煤樣共4 t，運(yùn)至設(shè)備廠家進(jìn)行試驗(yàn)。共進(jìn)行4次干選試驗(yàn)，每次試驗(yàn)入料約300 kg，4次試驗(yàn)入料塊煤占比逐步增加。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

分析表1發(fā)現(xiàn)，第1次和第2次入料中煤與矸石質(zhì)量比分別為：0.21、0.38，在這種條件下煤中含矸石分別為2.50%、2.53% ；第3次和第4次入料中煤與矸石質(zhì)量比分別為：0.72、1.6，在這種條件下煤中含矸石分別為0.78%、0.71% 。可以推測出隨著煤與矸石質(zhì)量比比值的增加，煤中含有矸石的量呈下降趨勢；同時(shí)表1中也可以看出隨著煤與矸石的質(zhì)量比比值的增加，矸石中含有煤的量呈上升趨勢。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

2.2 工程改造

通過統(tǒng)計(jì)姚橋選煤廠新井大于50 mm 原煤產(chǎn)量的質(zhì)量數(shù)據(jù)，原來進(jìn)入人工手選系統(tǒng)的塊煤占原煤產(chǎn)量的35.21%，原煤選煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為455 t/h，最大產(chǎn)量為550 t/h，最大矸石處理量為193.66 t/h，因此選擇的X射線風(fēng)選排矸系統(tǒng)處理能力為200 t/h。

2.3 改造后原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)工藝流程

原煤經(jīng)50 mm分級后，大于50 mm塊煤被 運(yùn)轉(zhuǎn)至X射線風(fēng)選排矸系統(tǒng)的分級布料篩，均勻分布在X射線識(shí)別的膠帶上，通過智能識(shí)別系統(tǒng)接收裝置的反饋對矸石或煤炭進(jìn)行識(shí)別，系統(tǒng)通過107個(gè)高壓風(fēng)閥進(jìn)行風(fēng)選，高壓風(fēng)閥吹出煤或矸石后，煤與布料篩下的物料一起進(jìn)入原煤新破碎機(jī)，破碎后，物料進(jìn)入原煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，矸石則通過矸石緩沖倉進(jìn)入矸石運(yùn)輸系統(tǒng)。改造后原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 改造后原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)工藝流程

3 改造應(yīng)用效果

2019年12月15日，姚橋選煤廠X射線風(fēng)選排矸系統(tǒng)改造完成，帶煤試生產(chǎn)。2020年4月13日開始，姚橋選煤廠X射線風(fēng)選排矸系統(tǒng)進(jìn)入帶負(fù)荷正常運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)期間各系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。至2020年4月27日，X射線風(fēng)選排矸系統(tǒng)累計(jì)運(yùn)行220 h，分選新井原煤95 558 t，煤中帶矸及矸中帶煤各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2020年4月，姚橋選煤廠X射線風(fēng)選排矸系統(tǒng)正式投入使用，與新井原煤提升同步運(yùn)行，對分選效果進(jìn)行了采樣分析，結(jié)果見表2。

分析表2得出，設(shè)備運(yùn)行期間各項(xiàng)指標(biāo)較為正常，平均矸中帶煤率低于2.0%，平均煤中帶矸率4.17%，低于5.0%，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 實(shí)際運(yùn)行分選效果

4 生產(chǎn)運(yùn)行中存在的問題

X射線風(fēng)選排矸系統(tǒng)是通過X射線發(fā)射與接收后將其識(shí)別為矸石和煤并加以準(zhǔn)確跟蹤定位，待其在機(jī)頭拋出時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)已經(jīng)識(shí)別的結(jié)果，用高壓風(fēng)閥將矸石或煤打出。保證高壓風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要部件是電磁閥，電磁閥在4 s中可以工作(噴氣的次數(shù))20次左右，所以對環(huán)境要求也比較高，閥體里的每個(gè)部件出問題都有可能降低其應(yīng)用效果。車間于2020年9—12月連續(xù)4個(gè)月對電磁閥的使用情況做了跟蹤檢查，并作記錄(表3)。經(jīng)過長時(shí)間現(xiàn)場觀察和統(tǒng)計(jì)得出以下幾點(diǎn)分析報(bào)告：

表3 電磁閥維修記錄

(1)電磁閥故障率較高，為了維護(hù)生產(chǎn)的正常運(yùn)行，需要及時(shí)維護(hù)。主要故障情況如下：漏氣占74%、氣小占13%、噴氣口堵占10%，其他個(gè)別更換的鐵銹堵在先導(dǎo)閥里。

(2)高壓風(fēng)進(jìn)風(fēng)管道有鐵銹，粗略統(tǒng)計(jì)在修復(fù)的電磁閥里50%是被進(jìn)風(fēng)管里面的鐵銹堵住的。

(3)濾網(wǎng)容易脫落，由于閥門進(jìn)氣口有鐵銹進(jìn)入，從而導(dǎo)致鐵銹在濾網(wǎng)上積聚，長時(shí)間的聚集使濾網(wǎng)承受的壓力增大，最終導(dǎo)致濾網(wǎng)滑進(jìn)先導(dǎo)閥里，阻礙執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，不能及時(shí)打風(fēng)。

(4)閥門出氣口阻塞，電磁閥是在由執(zhí)行動(dòng)作指令時(shí)工作，如果在煤多的情況下“打矸”，那么在一段時(shí)間內(nèi)有一個(gè)閥門出氣口上方一直有煤落下，在此期間恰好該電磁閥不工作，就會(huì)有很多煤渣和煤灰進(jìn)入吹起口，長時(shí)間會(huì)使其進(jìn)入電磁閥里，導(dǎo)致出氣口堵橡膠鐵芯不運(yùn)作。

12月份電磁閥更換較少，較上個(gè)月相比減少了50%，看上去很可觀，實(shí)則進(jìn)入系統(tǒng)的矸石量在逐步增大，因?yàn)闆]有O形圈和新閥可更換，在現(xiàn)場修一個(gè)漏風(fēng)的閥超過4次后，對其進(jìn)行封堵，保證矸石中不帶煤。

目前10月、11月更換的新閥還未出現(xiàn)問題，還不能測出一個(gè)電磁閥使用周期。電磁閥出現(xiàn)堵塞時(shí)不能拆，因?yàn)椴疬^之后安裝必會(huì)出現(xiàn)漏風(fēng)。2021年1月5日測試后共有27個(gè)閥出現(xiàn)問題，其中堵塞16個(gè)，噴氣效果差的11個(gè)。

5 結(jié) 語

(1)通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)分析，發(fā)現(xiàn)入料中煤與矸石的質(zhì)量比對分選效果有一定的影響，煤與矸石的質(zhì)量比比值越大，分選后煤中含有矸石的量呈下降趨勢，而矸石中含有煤的量呈上升趨勢。

(2)X射線風(fēng)選排矸系統(tǒng)投入運(yùn)行后，噸原煤電耗與維檢成本增加0.79元；由機(jī)械選矸替代人工選矸，減少用工30人，工人平均年工資5萬元/人，全年節(jié)省人工成本150萬元，折合噸入洗原煤成本減少0.5元；機(jī)械選矸效率(95%以上)比人工選矸效率(50%左右)提高45%，月累計(jì)選矸量增加1.7萬t，年累計(jì)多選矸石量20.94萬t；選煤成本按照30元/t核算，年洗選成本降低628.2萬元，折算噸原煤成本降低2.09元。合計(jì)噸入洗原煤可節(jié)約人工及加工費(fèi)1.80元。

(3)采用X射線風(fēng)選排矸系統(tǒng)替代人工選矸，減少用工，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境；實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人的安全生產(chǎn)目標(biāo)，提高了選煤廠智能化水平；改善了入洗原煤質(zhì)量，洗選生產(chǎn)系統(tǒng)、精煤產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性提高，保障了選煤效率和效益。

(4)該套系統(tǒng)共有106個(gè)電磁閥，通過目前生產(chǎn)運(yùn)行看，供風(fēng)系統(tǒng)是維修的重點(diǎn)，需要及時(shí)維護(hù)更新確保系統(tǒng)生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。