智能粗煤泥分選機在鹿臺山選煤廠的應用

翟 欣

(山西焦煤 山煤國際鹿臺山煤業有限公司， 山西 晉城 048200)

選煤工藝中的粗煤泥是指2～0.25 mm粒級煤,這部分粗煤泥的主要來源是開采過程中產生的原生煤泥和洗選過程中產生的次生煤泥。隨著煤礦開采情況逐漸復雜，采煤機械化程度不斷提高，開采設備逐漸大型化，導致末煤在原煤中所占比例逐漸增大，在選煤生產過程中，煤塊之間的相互碰撞及其與設備器壁之間的碰撞而產生次生煤泥難以避免[1-2]. 鹿臺山選煤廠采用原煤不脫泥無壓三產品重介旋流器分選，1～0.25 mm粗煤泥經分級脫水后摻入重介中煤銷售，粗煤泥產品質量灰分在25%左右。根據選煤廠設計資料，粗煤泥產率按9.88%進行計算，日處理粗煤泥為269.45 t，現階段由于原煤質量變化，粗煤泥產率增大，粗煤泥日產量為360～400 t，單日最大粗煤泥產量達440 t以上,粗煤泥量已超出煤泥離心機處理能力，成為制約洗煤生產的關鍵環節之一。同時，粗煤泥產品灰分在25%左右，摻入重介中煤銷售，受中煤管控影響銷售不暢時還可能造成儲存場地緊張，增加管理難度，帶來環保問題。

1 鹿臺山選煤廠概況

鹿臺山選煤廠主要入洗鹿臺山礦主采的2號、15號煤層，品種為無煙煤3號，部分原煤性質接近貧煤，選煤工藝為：50～0 mm 無壓三產品重介分選；1～0.25 mm粗煤泥經分級旋流器分級后的底流經煤泥離心機脫水后摻入重介中煤，0.25～0 mm煤泥濃縮壓濾脫水回收。主要產品指標見表1.

表1 鹿臺山礦選煤廠主要產品指標表

根據山西省地質礦產局二一三實驗室提供的《煤炭篩分浮沉試驗報告》可知，鹿臺山礦井下生產的原煤，綜合灰分為30.25%，屬中高灰煤；硫分為0.33%，屬于特低硫煤；煤質地較脆，易碎，毛煤中-3 mm物料占比28.19%.

2 粗煤泥可選性分析

對該礦原煤中-3 mm及1～0.2 mm粗煤泥分別進行小篩分、小浮沉試驗，試驗結果見表2、表3.

由表2可知，1～0.25 mm粗煤泥占比為61.28%，占毛煤比例為17.27%，粗煤泥再回收可使噴吹精煤產率達到最大化，經濟效益也會顯著提高。

由表3可知，>2.0 g/cm-3密度級含量為13.12%，灰分為84.06%，高密度物含量較低、灰分高。主導密度級為1.3～1.4 g/cm3，產率為48.15%，灰分6.79%，其次為1.4～1.5 g/cm3，產率為23.66%，灰分13.51%，中間密度級物料少，使用粗煤泥分選工藝分選較容易。

粗煤泥中輕產物和重產物含量均較高，呈現兩頭大，中間小的分布狀態，對分選有利，另一方面也反應出，采用粗煤泥分選工藝分選時中煤產量低可直接摻入尾煤中[3-4].

表2 -3 mm入料粒度組成表

表3 1～0.25 mm粗煤泥浮沉實驗結果表

3 粗煤泥分選技術研究與工藝確定

根據煤源可選情況,并對國內外現有的粗煤泥分選技術進行綜合經濟技術效益比較后發現，TCS智能粗煤泥分選機是在現有TBS干擾床分選技術基礎上進行創新研發的智能分選設備，更適用于鹿臺山選煤廠粗煤泥精選及排矸工藝[5-7].

3.1 設備選型

根據鹿臺山選煤廠基本情況選用一套型號為TCS-1×30C1型智能粗煤泥分選機，具體參數型號見表4.

TCS智能粗煤泥分選機包括筒體、定壓水箱、頂水系統、排料泵、智能控制系統等。在頂水管、補水管、排料泵出口管、溢流管均設置流量計，且補水管還設置電動調節閥門，流量計選用進口E+H的，調節閥選用進口TYCO. 在排料箱上增加一個電控氣動開關閘閥，當短時停車時需關閉此閥，排空泵體內的物料。

表4 TCS智能粗煤泥分選機型號參數表

3.2 粗煤泥分選工藝

主選系統脫介產生的稀介質及分流的合格介質經磁選機磁選，磁選尾礦經煤泥濃縮分級旋流器分級，底流(1.0～0.25 mm)粗煤泥進入TCS分選機分選，TCS分選機的溢流經弧形篩、煤泥離心機脫水后，粗精煤泥與主選系統末精煤(25～1.0 mm)混合成為噴吹煤產品，TCS分選機底流經高頻篩脫水后與重介矸石一起進入矸石倉。

4 TCS操作參數調整及分選效果

4.1 操作參數調整

TCS智能粗煤泥分選機其主要工作原理為：利用上升水流在槽體內產生紊流床層，一定壓力和流速的上升水流進入壓力水箱，通過紊流板均勻地分布到分選機底部。固體物料進入分選機后在上升水流的作用下開始分層，粗顆粒高密度的物料集中于槽體的底部，細顆粒和低密度物料則流向槽體上部。隨著物料的連續給入，細而輕的物料不斷溢流至溢流收集槽，高密度的物料通過由PID閉環控制器控制的排料閥排出[7].

采用進口密度傳感器浸入到紊流層中相應高度，對槽體內的床層密度進行不間斷的監測。床層密度的任何變化都將產生一個4～20 mA的輸入信號到PID控制器，電流信號與傳感器上方的擾動懸浮液的實際密度成正比，實際密度與設定的密度值進行比較后，調整尾礦排料泵的頻率，保證床層穩定。

如果檢測密度高于設定密度，調高尾礦泵頻率，擾動床層中多余的物料排出量增大，反之，則調低尾礦泵頻率，限制床層的物料排放，以使槽體內干擾床層保持穩定的設定密度,從而實現穩定床層和連續排料。TCS智能粗煤泥分選機實現了無論是高密度分選、還是低密度分選，即便是在排料量較小的情況下，也能實現連續、穩定排料，從而達到理想的分選效果[7].

全部數字化監控，無人值守操作，底流、補水和頂水上設置流量計，精礦量、尾礦量在線可知，分選密度自動控制，控制系統穩定。

尾礦采用泵進行排料，尾礦排料連續、穩定，排料量實時連續數字控制，排料量在線已知可控。

設備選型符合大型化、自動化要求，符合技術先進、簡化高效原則。

全流程采用計算機模塊控制，具有手段先進、調節快捷、精確及自動化程度高的特點。

通過2021年全年生產實際操作，確定了TCS 最佳分選條件為：頂水量為75 m3/h ，密度設定為1.371 g/cm3. 在最佳分選條件下，粗精煤產率65.15%，灰分控制在10.90%左右，與重介精煤執行灰分≤11%相符，可直接摻入主選精煤。

4.2 分選效果

4.2.1 TCS分選后精煤指標情況

對2021年全年TCS精煤質量指標進行加權平均統計,見表5，可以看出TCS精煤灰分指標相對穩定，除2021年12月份超過主選精煤灰分指標外，其余指標均在要求質量指標范圍內，說明TCS智能粗煤泥分選機對鹿臺山礦生產的原煤分選效果較好，精煤指標相對達標穩定。

表5 鹿臺山選煤廠TCS精煤質量統計表

4.2.2 TCS分選后尾煤指標情況

TCS分選后的尾礦質量統計見表6，可以看出尾礦灰分波動較大，當灰分>65%時，基本做到“吃干榨凈”，尾礦可以摻入矸石中直接排放，但灰分<65%時仍有利用價值，且在原煤指標變化較大時，分選效果較差，如10月、11月份由于井下出現地質構造，原煤指標波動大，造成TCS分選后的尾礦灰分指標低于60%.

表6 鹿臺山選煤廠TCS尾礦質量統計表

4.3 TCS分選后的粗煤泥產率及灰分

TCS投入使用后，TCS精煤灰分平均10.93%，尾煤灰分高達67.37%，精煤產率達65.15%，粗煤泥占入洗原煤的13.24%，則精煤產率提高8.62%. 粗煤泥分選環節的增設不僅降低了粗精煤灰分，還提高了選煤廠精煤產率，增加了經濟效益。2021年鹿臺山噴吹末精煤全年加權平均售價1 274元/t，中煤全年加權平均售價651元/t，尾煤處置費28元/t，增加粗煤泥分選環節，扣除尾煤處置費用后，比摻入中煤直接銷售增加經濟效益1 339.97萬元。

5 結 論

鹿臺山選煤廠增設高效的粗煤泥分選環節，對粗煤泥實現了有效分選，完善了洗選工藝，有效解決了該廠重介為粗煤泥背灰的難題，提高了粗精煤質量。通過試驗，確定了TCS 最佳分選條件，在最佳分選條件下，粗精煤產率65.15%，灰分控制在10.90%左右，與重介精煤產品灰分≤11%相符，可直接摻入主選精煤，不影響主精煤灰分，從而提高了精煤產率，增加了經濟效益。