同忻選煤廠洗選工藝優化升級

薄春麗，王大衛

(1.山西大同大學煤炭工程學院，山西 大同 037003；2.大同煤礦集團有限責任公司大地選煤公司，山西 大同 037003)

同忻煤礦選煤廠二期位于同忻礦井工業場地內東北側，入洗原煤全部來自同忻礦井，屬于大型礦井型選煤廠[1]。選煤廠一期年入選原煤10.0 Mt[2]，二期年入選原煤6.0 Mt，年工作天數為330 d，每天工作時間為16 h，服務年限與礦井相同，為62.8 a。選煤廠采用全重介分級入洗工藝，50.0～1.0 mm末煤采用兩段兩產品重介旋流器分選，1.00～0.25 mm粗煤泥采用TSS煤泥分選機分選，0.25～0 mm細煤泥采用加壓過濾機+板框壓濾機聯合脫水回收[3]，50 mm以上大塊原煤在篩分破碎車間經分級、手選、破碎后，與50 mm以下原煤一起進入旋流器系統分選[4]。改造前篩分破碎車間工藝流程如圖1所示。

圖1 改造前篩分破碎車間原則工藝流程圖Fig.1 Principle flow chart of screening and crushingworkshop before transformation

近年來，同忻煤礦出井原煤質量變差，大塊原煤急劇增多，嚴重時50 mm以上物料占比達40%，最大粒度為400 mm，同時大塊原煤中矸石含量也有所增加，導致選煤廠出現了一系列制約生產的問題，包括原煤破碎機破碎能力不足、手選皮帶溢煤停機、崗位工人數量不足、勞動強度較大、洗選設備磨損嚴重等，亟需通過技術改造來優化洗選工藝，提高設備開機率，保證正常生產。

1 煤質分析

1.1 原煤篩分浮沉資料分析

采用同忻煤礦近期生產的煤樣進行篩分、浮沉試驗，結果見表1和表2；+50 mm原煤可選性分析見表3。

表1 原煤篩分組成表Table 1 Raw coal screening composition table

由表1可知，原煤灰分為35.00%，屬中高灰原煤；+50 mm粒級含量為21.19%，含量較高，灰分為47.57%，遠高于原煤灰分，可見矸石含量為14.00%，占+50 mm本級的66.61%，屬高含矸煤。

由表2可知，<1.50 g/cm3密度物占本級產率為25.58%，灰分為11.50%，低密度物含量較高，灰分低；>2.0 g/cm3密度物占本級產率為42.91%，灰分為76.31%，矸石含量高，且較純；浮沉煤泥產率為0.53%，灰分32.38%，與原生煤泥灰分差別不大，矸石泥化現象不嚴重[5]。

表2 原煤浮沉試驗表Table 2 Raw coal floating and sinking test table

1.2 +50 mm原煤可選性分析

原煤可選性曲線包括灰分特性曲線(λ曲線)、浮物曲線(β曲線)、沉物曲線(θ曲線)、密度曲線(δ曲線)和密度±0.1曲線(ε曲線)等5條曲線。由表3和圖2可知，+50 mm粒級含矸量(+2.0 kg/L)高達42.91%，且灰分較高，大量矸石影響產品的發熱量，必須經過洗選降灰；當理論分選密度為1.8 kg/L時，精煤灰分為18.10%，理論精煤回收率為39.50%，±0.1含量為11.49%，可選性為中等可選。

表3 +50 mm原煤可選性計算表Table 3 +50 mm raw coal optionality calculation table

圖2 +50 mm原煤可選性曲線Fig.2 +50 mm raw coal selectivity curve

2 技術改造

2.1 改造方案

為解決大塊原煤車間原煤破碎機、手選皮帶等設備事故頻發的制約生產問題，在主廠房介質庫旁邊新建淺槽車間，對50 mm以上的大塊原煤預先排矸[6]，排矸后的精煤破碎后直接作為產品，50 mm以下的末原煤仍進入主廠房洗選。原煤在50 mm篩分破碎車間經50 mm分級，篩上物料(200～50 mm塊煤)落入新增塊煤轉載帶式輸送機，經轉載進入重介淺槽分選機分選[7-8]，分選出精煤和矸石兩種產品，淺槽精煤經破碎機破碎后落入精煤出廠皮帶，淺槽矸石經新增轉載皮帶轉載至現有矸石出廠皮帶。大塊原煤篩分破碎車間原煤破碎機拆除，其中一臺移位至新建淺槽車間，精煤出廠皮帶后延至破碎機處。新建淺槽車間一層布置3個桶和3臺泵，脫介篩下合介自流回淺槽合介桶，稀介匯至稀介桶，經泵打入磁選機，磁選精礦回到合介桶，尾礦進入磁選尾礦桶，經泵轉排后進入主廠房原煤脫泥篩。

2.2 選煤工藝

原煤經50 mm原煤分級篩分后，200～50 mm大塊原煤進入重介淺槽分選機分選，50.0～1.0 mm末煤采用兩段重介兩產品旋流器主再選，1.00～0.25 mm粗煤泥采用TSS煤泥分選機分選，0.25～0 mm細煤泥采用加壓過濾機和板框壓濾機聯合脫水回收[9-12]。技術改造后同忻選煤廠二期大塊車間工藝流程如圖3所示。

圖3 技術改造后大塊車間工藝流程圖Fig.3 Process flow chart of large workshop aftercompletion of transformation

2.3 產品結構

+50 mm大塊原煤經重介淺槽分選機預排矸后，精煤發熱量可達到5 500 Kcal/kg以上，摻入精煤，產品發熱量滿足用戶需求。塊煤經重介淺槽分選后的產品預測見表4，改造前同忻選煤廠二期產品平衡表見表5。

表4 塊煤產品預測表Table 4 Block coal product forecast table

表5 技術改造前二期產品平衡表Table 5 The balance sheet of phase II before transformation

淺槽產品與主廠房產品混合后，最終產品平衡表見表6。由表6可知，最終洗精煤發熱量可達5 206.49 Kcal/kg，水分8.51%，灰分20.45%，產品質量滿足用戶要求。

表6 技術改造完成后最終產品平衡表Table 6 Table of final product balance after completion of the transformation

3 應用效果

3.1 選煤廠生產能力提升

增加淺槽系統后，進入重介旋流器系統的物料比例大幅度降低，同忻選煤廠二期生產能力進一步提高，小時帶煤量由1 136 t提高至1 326 t，月處理能力平均由0.607 Mt提高至0.702 Mt。技術改造前后二期月度產量對比情況見表7。由表7可知，技術改造后同忻選煤廠二期洗選能力大幅提升，月入洗原煤量提高0.1 Mt左右。

表7 技術改造前后二期月度產量對比表Table 7 Comparison of monthly production of phase Ⅱbefore and after technical upgrading

3.2 設備開機率大幅度提高

技術改造前，同忻選煤廠二期大塊車間破碎機和手選皮帶故障頻發，尤其是破碎機破碎大塊原煤，工作負荷過大，經常出現齒輥松動和斷裂的情況；技術改造后，進入破碎機的物料由原煤變為精煤，破碎機的處理量及工作強度均大幅降低，事故率顯著降低。同時，進入旋流器系統的物料量和矸石比例下降，降低了旋流器系統設備的磨損程度，延長了設備的使用周期，節省生產成本，選煤廠整體設備開機率大幅度提高。

由表8和表9可知，技術改造前大塊處理車間的整體設備開機率僅為94.46%，低于公司要求值，而原煤破碎機的開機率更是不足90%，嚴重制約生產；技術改造完成后破碎機的開機率提高至99.81%，整體設備開機率提高至98.69%，保證了選煤廠的連續、穩定生產。

表8 技術改造前大塊車間設備開機率Table 8 Operating rate of large-scale workshop equipmentbefore technical transformation

表9 技術改造后淺槽車間設備開機率Table 9 Equipment operating rate of shallow slot sorterworkshop after technical transformation

3.3 降低煤泥水系統運行壓力

增加淺槽系統后，去除了原煤破碎環節，選煤廠次生煤泥量減少，細煤泥含量下降1個百分點，煤泥水系統工作壓力得到較大緩解[13-15]，正常生產時濃縮機耙架運行壓力可控制在1.0 MPa以內，壓濾車間設備工作負荷大幅度降低，壓濾系統故障影響生產的時間逐步降低。2018年9月下旬淺槽系統投入使用后，細煤泥含量情況如圖4所示。

圖4 細煤泥含量走勢圖Fig.4 Fine coal slurry content chart

3.4 減員提效，降低員工勞動強度

原有大塊車間設有兩條大塊原煤手選皮帶，每條手選皮帶需安排16個崗位工，將大塊矸石撿出，人員需求量大，工作強度高，甚至會發生溢煤傷人安全事故；技術改造后不再設置手選環節，可大幅度減輕員工勞動強度，減少崗位工人員數量，選煤廠勞動生產率得到提高。

3.5 分選效率得到提高

改造完成后，選煤廠采用塊末分級入洗工藝，塊煤采用重介質淺槽分選機分選，末煤采用兩產品重介質旋流器分選，充分發揮兩種分選設備的優勢，并提高了單一分選設備的分選精度，使商品煤回收率最大化，減少資源流失及浪費，提高了分選效率，商品煤合格率達99.5%以上，數量效率提高5%以上，不低于95%。

3.6 經濟社會效益

技術改造完成后同忻選煤廠二期事故率顯著降低，產量穩步提升，淺槽正式投用后相比技術改造前每年經濟效益大幅提高。

1) 產能效益增加=①×②-③-④=1 062萬元，其中：①年產量環比增加150萬t；②噸煤洗選加工費11.19元/t；③各項成本費用增加430萬元；④稅費及其他費用增加187萬元。

2) 加工成本降低=①+②-③-④=126萬元，其中：①人工工資降低96萬元；②維修費用降低480萬元；③電費增加180萬元；④介質系統消耗費用和水系統消耗費用增加270萬元(增加了介質系統和水系統)。

綜上，同忻選煤廠每年創造經濟效益1 188萬元。

新系統運行平穩、技術先進、可靠性強，對同煤集團煤質相仿的廠礦乃至全國各地其他選煤廠均有很好的借鑒意義，社會效益顯著。

4 結 論

1) 本次技術改造工程投資2 000萬元，力度大、工期短、應用效果好，技術改造完成后選煤廠洗選工藝更加完善，產能得到進一步提升。

2) 新工藝采用塊末分級入洗，兩種重介質選煤方法優勢互補，工藝調節更加靈活，煤質控制更加穩定。

3) 新進設備技術先進、操作簡便、可靠性強，能最大限度地回收精煤，提高經濟效益。