王愛民, 王濤
(冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司 羊東礦,河北 邯鄲 056000)
羊東礦原選矸系統(tǒng)中原煤主要通過(guò)手選實(shí)現(xiàn)提質(zhì),主要存在如下問(wèn)題:手選揀出率低,尤其是在塊煤量波動(dòng)時(shí),手選效率低的問(wèn)題更加突出。人工手選勞動(dòng)強(qiáng)度大,工作環(huán)境差。手選選矸一直存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、工作環(huán)境差的問(wèn)題,工人極易出現(xiàn)疲勞,并且手選工人人員數(shù)量較多。為了解放勞動(dòng)力,提高分選效率及煤質(zhì),增加銷售收入,采用機(jī)械排矸的方法代替現(xiàn)有人工手選是必要的。
目前國(guó)內(nèi)選矸系統(tǒng)仍以手選為主,手選是靠人工持續(xù)、機(jī)械式的勞動(dòng),揀出塊煤、矸石及雜物。由于受到煤質(zhì)變化和人為因素影響,手選揀出率低。手選作為選煤的傳統(tǒng)作業(yè)環(huán)節(jié)一直存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、工作環(huán)境差(包括噪聲、粉塵)等的問(wèn)題[1]。
為解放勞動(dòng)力,提高分選效率及煤質(zhì),增加銷售收入,采用機(jī)械排矸的方法代替現(xiàn)有人工手選是必要的,并且可實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)型向創(chuàng)新型、由勞動(dòng)密集型向科技型、由苦臟型向體面型、由粗放型向集約型、由數(shù)量型向效益型的5個(gè)方面的轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)了效率、效益兩個(gè)方面的提高,實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)目標(biāo)。
羊東礦主井位于羊一工業(yè)廣場(chǎng),為斜井膠帶機(jī)提升。地面建有一套原煤生產(chǎn)和儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng),生產(chǎn)能力按照2.0 Mt/a設(shè)計(jì)。選矸樓內(nèi)安裝一部手選膠帶機(jī),原煤經(jīng)篩分后,篩上大塊進(jìn)入手選膠帶機(jī),由人工進(jìn)行分揀,分揀出的矸石經(jīng)矸石膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)巾肥飪?nèi),塊煤隨篩下末煤運(yùn)輸?shù)皆号铩5孛鏌o(wú)跨線煤倉(cāng),原煤經(jīng)給煤機(jī)、滾軸篩及人工手選后大部分矸石已被排除,產(chǎn)品直接送到儲(chǔ)煤場(chǎng)儲(chǔ)存。
原選矸樓內(nèi)安裝一部手選膠帶機(jī),原煤經(jīng)篩分后,篩上大塊進(jìn)入手選膠帶機(jī),由人工進(jìn)行分揀,分揀出的矸石經(jīng)矸石膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)巾肥飪?nèi),塊煤隨篩下末煤運(yùn)輸?shù)皆号铩?/p>
原有分選工藝為:原煤經(jīng)過(guò)25 mm分級(jí)篩分級(jí),≤25 mm原煤直接作為入洗原料煤進(jìn)入原煤裝車倉(cāng)外運(yùn);>25 mm原煤進(jìn)入圓振篩和手選皮帶,分選出>50 mm原煤塊煤及矸石,下余25~50 mm作為次煤(動(dòng)力煤)產(chǎn)品。
入洗原煤:≤25 mm,螺旋分級(jí)篩篩下物,經(jīng)鐵路運(yùn)輸?shù)较催x廠進(jìn)行配煤入洗;手選塊煤:>50 mm,地銷或者運(yùn)至洗選廠作為配煤入洗;次煤(動(dòng)力煤):25~50 mm,作為動(dòng)力煤銷售,或者運(yùn)至洗選廠作為配煤入洗。
入洗原煤產(chǎn)品可通過(guò)汽車或者火車運(yùn)輸,塊煤可通過(guò)汽車運(yùn)輸。
羊東礦TDS智能選矸系統(tǒng)核心原理是采用X射線進(jìn)行智能識(shí)別,針對(duì)入選原煤的煤質(zhì)特征,建立與之相適應(yīng)的分析模型,通過(guò)大數(shù)據(jù)分析,對(duì)煤與矸石進(jìn)行數(shù)字化識(shí)別,通過(guò)高壓風(fēng)排矸系統(tǒng)將矸石排出。具體設(shè)計(jì)與實(shí)施方法如下:
羊東礦原篩分樓中的螺旋篩作為備用設(shè)備保留,對(duì)原手選一部帶式輸送機(jī)進(jìn)行改造,增加7 m中間機(jī)身,增加傳動(dòng)裝置,更換膠帶,改造后使用電動(dòng)機(jī)功率為30 kW,帶速為1.25 m/s。保留現(xiàn)有塊煤分選車間和設(shè)備,在原手選一部帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒位置安裝一臺(tái)單側(cè)電動(dòng)犁式卸料器,在新系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),可馬上恢復(fù)為原有工藝。
新建一塊煤分選車間,其中包括2條皮帶走廊和1個(gè)鋼結(jié)構(gòu)車間,一條走廊安裝原煤入料帶式輸送機(jī),把原煤輸送到新車間內(nèi)的三段交叉篩上。另一條走廊安裝選后返回帶式輸送機(jī),與末煤帶式輸送機(jī)搭接。三段交叉篩分級(jí)后,不大于35 mm的末煤直接由選后返回帶式輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)侥┟簬捷斔蜋C(jī);中段35~200 mm塊煤通過(guò)進(jìn)入振動(dòng)布料器,塊煤被均勻鋪開后進(jìn)入TDS智能干選機(jī)中分選。在下方的2個(gè)出料口分別安裝電動(dòng)三通分料器,實(shí)現(xiàn)打矸和打煤兩種功能;大于200 mm的大塊落到與TDS智能干選機(jī)并列的新建手選帶式輸送機(jī)上,通過(guò)1~2人將大塊煤炭撿出。選后的煤塊全部進(jìn)入破碎機(jī),將所有塊煤粉碎后,通過(guò)選后返回帶式輸送機(jī)運(yùn)至末煤帶式輸送機(jī),最后運(yùn)輸?shù)絻?chǔ)煤棚存儲(chǔ)。由TDS智能干選機(jī)洗出的大塊矸石落入新建的矸石棚儲(chǔ)存[2],如圖1所示。

圖1 智能選矸系統(tǒng)工藝流程圖
1)原煤入料皮帶,型號(hào)為DTL100/60/30,輸送長(zhǎng)度為37 m,帶速為2.5 m/s,運(yùn)輸能力為600 t/h,運(yùn)輸傾角為10.88°。
2)TDS手選皮帶,型號(hào)為DTL/100/5/15,輸送長(zhǎng)度為9 m,帶速為0.5 m/s,運(yùn)輸能力為50 t/h,運(yùn)輸傾角為0°。
3)大塊煤皮帶,型號(hào)為DTL80/5/4,輸送長(zhǎng)度為22 m,帶速為1.6 m/s,運(yùn)輸能力為50 t/h,運(yùn)輸傾角為10.4°。
4)選后返回皮帶,型號(hào)為DTL100/50/37,輸送長(zhǎng)度為52 m,帶速為2.5 m/s,運(yùn)輸能力為500 t/h,運(yùn)輸傾角為8.32°~11°。
5)正弦滾軸篩,型號(hào)為FZS6035200-21/10,滾柱材質(zhì)為鎳錳合金,給料能力為600 t/h,篩下粒度為0~35 mm、35~200 mm,軸數(shù)為21軸。
6)振動(dòng)布料器,型號(hào)為TDS16-300-Z1424,處理量為200 t/h,入料粒度為0~300 mm,振幅為6~9 mm,振動(dòng)頻率為960 r/min。
7)智能干選機(jī),型號(hào)為TDS16-300-S2D2,處理量為150 t/h,分選粒度為35~200 mm,頭尾滾筒間距為8 m,主機(jī)功率為35 kW。
8)破碎機(jī),型號(hào)為2DSKP70100,生產(chǎn)能力為100 t/h,入料粒度為300 mm,出料粒度不大于50 mm,破碎強(qiáng)度不小于200 MPa。
本系統(tǒng)安裝設(shè)備臺(tái)數(shù)共計(jì)18臺(tái),其中工作臺(tái)數(shù)為17臺(tái)。安裝容量為564 kW,工作容量451 kW。在羊東一坑工業(yè)廣場(chǎng)設(shè)置控制室一座,為選矸系統(tǒng)設(shè)備供電及控制,電源引自工業(yè)廣場(chǎng)6/0.4 kV變電所低壓備用回路,電源進(jìn)線采用雙根并聯(lián)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜(YJV22-1 kV-4×300+1×150 mm2)沿墻吊掛敷設(shè)至選矸控制室內(nèi),供電距離L=100 m。在變電所內(nèi)新增2臺(tái)TJJ-1-0.38 kV型低壓開關(guān)柜作為選矸系統(tǒng)饋出柜,在控制室內(nèi)5臺(tái)TJJ-1-0.38 kV型低壓配電柜(其中進(jìn)線柜2臺(tái),饋電柜2臺(tái),聯(lián)絡(luò)兼饋電1臺(tái)),TDS干選機(jī)電控1臺(tái),為各設(shè)備放射配電。
本次新建配電室內(nèi)設(shè)置PLC控制分站,該控制站接入干選機(jī)控制主站,干選機(jī)控制主站預(yù)留通信口提供給全廠集控系統(tǒng),并留有基本起停干接點(diǎn)。部分控制系統(tǒng)不再單獨(dú)新建集控室,對(duì)新增設(shè)備的監(jiān)控考慮由干選機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控管理。TDS智能干選機(jī)可提供無(wú)源干節(jié)點(diǎn)形式的運(yùn)行信號(hào)及故障信號(hào)給全廠集控系統(tǒng)。
本次設(shè)計(jì)全站安裝設(shè)備臺(tái)數(shù)共計(jì)18 臺(tái),其中工作臺(tái)數(shù)為17臺(tái)。其中空壓機(jī)2 套,功率為112.2 kW,一臺(tái)工作,另一臺(tái)備用;智能選矸機(jī)1套,功率為42 kW;除塵器1套,功率為60 kW;塊煤破碎機(jī)1套,功率為2×22 kW;新建原煤搭接平行膠帶機(jī)1臺(tái),功率為2.2 kW;新建原煤入料膠帶運(yùn)輸機(jī)1臺(tái),功率為30 kW;除鐵器一套功率為7 kW;犁式卸煤器1臺(tái),功率為2.2 kW;冷干機(jī)1套,功率為3.568 kW;三段交叉篩1套,功率為48.5 kW;手選帶式輸送機(jī)1臺(tái),功率為15 kW;振動(dòng)布料器1臺(tái),功率為7×2 kW;電動(dòng)三通分料器2臺(tái),功率為0.75 kW;電動(dòng)葫蘆1臺(tái),功率為5 kW;新建干洗后返回帶式輸送機(jī)1臺(tái),功率為30 kW;一部手選膠帶機(jī)1臺(tái),功率為15 kW;設(shè)備電壓等級(jí)均為0.38 kV。
經(jīng)計(jì)算,全站負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如下:安裝容量為564 kW,工作容量為451 kW;全站計(jì)算負(fù)荷為:有功功率Pjs=332 kW;無(wú)功功率Qjs=289 kW;視在功率Sjs=441 kW;功率因數(shù)cos Φ=0.7;計(jì)算電流Ijs=672.58 A。
1)新建原煤入料皮帶走廊,鋼桁架結(jié)構(gòu),長(zhǎng)為24 m,寬為2.8 m,高為2.2 m,屋面及圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用單層彩鋼板結(jié)構(gòu)。新建干洗后返回皮帶走廊,鋼桁架結(jié)構(gòu),長(zhǎng)為38 m,寬為2.8 m,高為2.2 m,地基擬采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ),基礎(chǔ)埋深為1.5 m。
2)將原有部分矸石棚拆除,并新建干選車間1個(gè),呈長(zhǎng)方形,鋼框架結(jié)構(gòu),長(zhǎng)為20 m,寬為7 m,建筑總面積為140 m2,建筑高度為14.3 m。屋面及四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用彩鋼板結(jié)構(gòu)。
3)新建配電室,砌體結(jié)構(gòu),長(zhǎng)為10.2 m,寬為4.6 m,建筑總面積為47 m2,建筑高度為3.5 m。
4)新建皮帶機(jī)設(shè)備平臺(tái),鋼結(jié)構(gòu),長(zhǎng)為6 m,寬為5.5 m,高為10 m,屋面及6.5 m以上圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用彩鋼板。
5)新建大塊矸石棚1個(gè),呈長(zhǎng)方形,鋼框架結(jié)構(gòu),長(zhǎng)為10 m,寬為5 m,建筑高度為5.2 m。屋面及四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用彩鋼板結(jié)構(gòu)。
1)車間通風(fēng)采用自然通風(fēng)的形式,室外新鮮空氣通過(guò)車間的門和窗進(jìn)入車間,對(duì)車間進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)。
2)粉塵治理目標(biāo)。a.產(chǎn)塵點(diǎn)粉塵捕集率為98%以上,塵氣不外溢,積塵罩內(nèi)無(wú)煙塵外溢現(xiàn)象;b.布袋除塵器去除0.3 μm以上的粉塵顆粒后達(dá)到10.0 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)15 m排氣管道高空排放;c.主要生產(chǎn)設(shè)備周邊1 m處,顆粒物濃度小于2.0 mg/m3;d.廠界邊界大氣污染物濃度限值,顆粒物濃度小于1.0 mg/m3。
3)除塵工藝流程。分選系統(tǒng)振動(dòng)篩和各下料口處設(shè)置獨(dú)立集塵罩,并配套除塵設(shè)施將各集塵罩收集的除塵進(jìn)行處理,分選系統(tǒng)除塵設(shè)施不與其他工序混用。
4)在分選系統(tǒng)振動(dòng)篩、振動(dòng)器、破碎機(jī)和各下料口處各獨(dú)立集塵罩頂部連接通風(fēng)管道,風(fēng)管沿墻面和立柱固定,接至分選系統(tǒng)西側(cè)新增袋式除塵裝置。利用袋式除塵器配套風(fēng)機(jī)通過(guò)集氣罩和除塵通風(fēng)管道,對(duì)分選系統(tǒng)振動(dòng)篩、振動(dòng)器、破碎機(jī)和各下料口產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行收集,收集后的粉塵通過(guò)袋式除塵器處理達(dá)標(biāo)后外排[3]。
5)風(fēng)量計(jì)算。
a.分選系統(tǒng)振動(dòng)篩集塵罩集塵口截面積為3.0×1.5=4.5 m2,集塵口風(fēng)速按1.0 m/s計(jì)算。平均總風(fēng)量為4.5 ×1.0 ×3600×1.15=18630.0 m3/h。
b.分選系統(tǒng)振動(dòng)器集塵罩集塵口截面積為2.0×1.5=3.0 m2,集塵口風(fēng)速按1.0 m/s計(jì)算。平均總風(fēng)量為3.0×1.0×3600×1.15=12420.0 m3/h。
c.分選系統(tǒng)破碎機(jī)集塵罩集塵口截面積為1.5×1.5=2.25 m2,集塵口風(fēng)速按1.0 m/s計(jì)算。平均總風(fēng)量為2.25×1.0×3600×1.15=9315.0 m3/h。
在分選系統(tǒng)塊煤和矸石落料口處各設(shè)置鋼制集塵罩1個(gè),共8個(gè)。集塵口截面積均為1.0×1.0=1.0 m2,因塊煤和落料口輸送物料含水量較大,集塵口風(fēng)速按0.5 m/s計(jì)算。平均總風(fēng)量為1.0×0.5×3600×1.15=2070.0 m3/h。即除塵器需處理總風(fēng)量為18630.0+12420.0+9315.0+2070.0 ×8=56925.0 m3/h。
6)除塵設(shè)備選型。分選系統(tǒng)需處理風(fēng)量為56 925.0 m3/h,因此選擇96-9型氣箱脈沖袋式除塵器1臺(tái),分別處理分選系統(tǒng)振動(dòng)篩、振動(dòng)器、破碎機(jī)和各下料口處集塵罩收集的粉塵。96-9型氣箱脈沖袋式除塵器的處理風(fēng)量為60 100 m3/h,過(guò)濾面積為836.0 m2,過(guò)濾風(fēng)速為1.2~2.0 m/min,濾袋數(shù)量為864條(防靜電、防水、防油),耗氣量為2.7 m3/min,設(shè)備阻力不大于1200 Pa,除塵效率為99.9%,排放濃度不大于10 mg/m3。除塵器選用具有防爆設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,除塵器內(nèi)設(shè)有鋁箔防爆閥、電動(dòng)機(jī)采用防爆電動(dòng)機(jī),收塵器內(nèi)部不能留有堆料死角,設(shè)備應(yīng)有防雷和接地設(shè)計(jì)[4]。
7)除塵通風(fēng)管道。
a.集塵罩至除塵器除塵通風(fēng)管道。
根據(jù)《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50019-2015中附錄K“除塵風(fēng)管的最小風(fēng)速”規(guī)定:礦物粉塵垂直風(fēng)管最小風(fēng)速為14 m/s,水平管最小風(fēng)速為16 m/s。
根據(jù)規(guī)范要求、通風(fēng)量和風(fēng)管計(jì)算,振動(dòng)篩集塵罩至除塵器除塵通風(fēng)管道管徑選用φ600 mm鍍鋅圓鋼板風(fēng)管,壁厚為2.0 mm;振動(dòng)器集塵罩至除塵器除塵通風(fēng)管道管徑選用φ500 mm鍍鋅圓鋼板風(fēng)管,壁厚為2.0 mm;破碎機(jī)集塵罩至除塵器除塵通風(fēng)管道管徑選用φ450 mm鍍鋅圓鋼板風(fēng)管,壁厚為2.0 mm;各下料口集塵罩至除塵器除塵通風(fēng)管道管徑選用φ200 mm鍍鋅圓鋼板風(fēng)管,壁厚為1.5 mm。除塵通風(fēng)主管管道管徑選用φ1120 mm鍍鋅圓鋼板風(fēng)管,壁厚為2.0 mm。
b.排氣筒。根據(jù)《煤炭工業(yè)供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50466-2018中規(guī)定:除塵器后風(fēng)管風(fēng)速宜取8~14 m/s。根據(jù)規(guī)范要求、通風(fēng)量和風(fēng)管計(jì)算,排氣筒管徑選用φ1250 mm鍍鋅圓鋼板風(fēng)管,壁厚為5.0 mm,管道連接采用焊接,焊接處和鍍鋅層破壞處刷防銹漆2道。
8)除塵風(fēng)機(jī)。a.風(fēng)阻。根據(jù)各風(fēng)管管徑長(zhǎng)度和沿程損失統(tǒng)計(jì),經(jīng)計(jì)算最不利點(diǎn)除塵管道和排氣筒沿程損失為732.8 Pa,除塵器阻力為1200 Pa,風(fēng)閥和局部阻力系數(shù)為0.2。總風(fēng)阻為(732.8+1200)×1.2=2319.36 Pa。b.風(fēng)量。除塵總風(fēng)量為56 925.0 m3/h。
9)風(fēng)機(jī)選型。除塵風(fēng)機(jī)選擇4-68NO-10D型防爆除塵風(fēng)機(jī),轉(zhuǎn)速為1450 r/min,風(fēng)機(jī)通風(fēng)量為35 420~61 179 m3/h,全壓為3442~2422 Pa,電動(dòng)機(jī)功率為55.0 kW,電動(dòng)機(jī)采用防爆電動(dòng)機(jī)。
10)其它設(shè)備及附件。除塵器旁1.0 m處各設(shè)置1套7參數(shù)檢測(cè)設(shè)備,檢測(cè)參數(shù)包括PM2.5、PM10、TSP、溫度、濕度、噪聲和視頻,并應(yīng)具備聯(lián)網(wǎng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳功能。
除塵器獨(dú)立安裝智能電表,智能電表需具備運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)電壓、電流、功率數(shù)據(jù)采集上傳功能。
TDS為干選設(shè)備,不需要生產(chǎn)用水,生活污水進(jìn)入污水處理設(shè)施處理后,均可進(jìn)行綜合利用。設(shè)備噪聲采取降噪綜合措施。煤矸石全部運(yùn)往矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng),生活垃圾采取無(wú)害化處理[5]。
1)降低人工工作強(qiáng)度,減員增效,節(jié)約成本;2)可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守,自動(dòng)化水平高,提高生產(chǎn)效率和精度;3)有效改善生產(chǎn)車間工作環(huán)境,減少對(duì)人體健康的損害。
1)產(chǎn)品質(zhì)量。人工未能分揀出的矸石進(jìn)入次煤產(chǎn)品,降低了次煤產(chǎn)品的煤質(zhì);次煤產(chǎn)品需運(yùn)至馬頭洗選廠及邯鄲洗選廠進(jìn)一步洗選,增加了無(wú)效運(yùn)輸費(fèi)用及后續(xù)洗選費(fèi)用。TDS智能干選機(jī)矸石排出率高,可降低無(wú)效運(yùn)輸費(fèi)用及洗選費(fèi)用。其中,至洗選廠運(yùn)輸費(fèi)用為15 元/t,洗選廠洗選加工費(fèi)用為30 元/t。
以2016年為例,根據(jù)生產(chǎn)報(bào)表、羊東礦試驗(yàn)預(yù)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,增加TDS智能干選機(jī)后,大于35 mm的產(chǎn)品每年可排出矸石21.75 萬(wàn)t,則每年可節(jié)省運(yùn)費(fèi)為21.75×15=326.25 萬(wàn)元/a。每年可節(jié)省洗選廠加工費(fèi):21.75×30=652.5 萬(wàn)元/a。綜上,共計(jì)節(jié)省運(yùn)費(fèi)及加工費(fèi)978.75 萬(wàn)元。
2)提高自動(dòng)化水平。手選作為選煤的傳統(tǒng)作業(yè)環(huán)節(jié)一直存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度高,工作環(huán)境差(包括噪聲、粉塵)的問(wèn)題。而TDS智能干選機(jī)基本上實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守,自動(dòng)化水平高,提高了生產(chǎn)效率與精度的同時(shí),也避免了對(duì)人體健康的損害。由于TDS本機(jī)配備有除塵系統(tǒng),這也極大地改善了原煤車間的工作環(huán)境。羊東礦實(shí)施智能選矸系統(tǒng)前有手選工人數(shù)量為54人,人員數(shù)量較多。實(shí)施智能化選矸系統(tǒng)后,人數(shù)降為10人,按照人均每年工資5 萬(wàn)元計(jì)算,每年可節(jié)省人工費(fèi)用5×44=220 萬(wàn)元。
智能選矸系統(tǒng)投運(yùn)后,達(dá)到了自動(dòng)化選矸和減人提效的目的,降低了手選工勞動(dòng)強(qiáng)度,為礦井生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)高質(zhì)量發(fā)展注入了新活力、提供了新動(dòng)能。