鹿臺山礦原煤預排矸方案分析

翟 欣

(山西焦煤 山煤國際鹿臺山煤業有限公司， 山西 晉城 048200)

鹿臺山礦生產能力60萬t/年，毛煤經主井皮帶機提升至地面，經2YK-1848型振動篩初次分選，篩下-50 mm末煤經緩沖倉進入配套的鹿臺山選煤廠，篩上+50 mm大塊煤矸進入手選系統，經人工撿出部分矸石后直接銷售。+50 mm原煤由于含矸量較大為劣質煤，銷售過程中存在環保風險，容易滯銷，頻繁出現“有價無市”的現象，影響礦井原煤生產。根據礦井地質條件和掘進揭露煤層情況，隨著采掘活動向礦井西部延伸，原煤含矸率將逐漸上升。2021年礦井總產量564 726 t，總排矸量為242 435 t，在人工選矸難以選凈的情況下，總排矸量已占礦井產量的43%. 原煤含矸率高對選煤廠設備磨損嚴重，增加了選煤廠的洗煤成本，降低了選煤廠的處理能力，嚴重影響礦井經濟效益。因此，亟需在入洗前對原煤進行預排矸處理。

1 鹿臺山礦選煤廠生產系統基本情況

選煤廠設計能力為90萬t/年，選煤工藝為：50～0 mm無壓三產品重介分選；1～0.25 mm粗煤泥TCS分選，0.25～0 mm煤泥濃縮壓濾脫水回收。主要產品為：50～25 mm塊精煤，25～0 mm末精煤，25～0 mm中煤，0.25～0 mm煤泥，產品主要用作化工煤、高爐噴吹煤和動力煤等。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》(表1、表2)可知，鹿臺山礦井下生產的原煤，+50 mm以上占比20.69%，+50 mm原煤中夾矸和矸石占比54.7%.

表1 自然級篩分試驗報告表

表2 +50 mm原煤破碎篩分試驗報告表

2 原煤預排矸方案設計

2.1 方案一：原煤全部破碎入洗

在篩分樓振動篩前增加一臺破碎機將鹿臺山礦井下生產的+50 mm原煤直接破碎至50 mm以下，與-50 mm篩下原煤混合，進入選煤廠進行洗選。工藝流程圖見圖1.

圖1 方案一工藝流程圖

存在問題：

1) 選煤廠設計時入洗原煤含矸率為16%，目前入洗原煤含矸率為35.5%，已遠超選煤廠設計范圍，加入破碎原煤后，入洗原煤含矸率將增加至46%，洗選加工效率會明顯降低，成本增加。

2) 若通過簡單的系統改造，增加一臺破碎機，將原煤與毛煤全部破碎，實現原煤全部進入重介系統入洗，則會超出現有重介選煤廠入洗能力，最終影響礦井生產。

2.2 方案二：跳汰分選

在現有篩分樓旁增加一套跳汰工藝設備，直接將+50 mm原煤進行跳汰分選，選后的矸石直接排放，產品直接進行銷售。工藝流程圖見圖2.

圖2 方案二工藝流程圖

存在問題：

1) 跳汰選煤需連續供料，現有原煤生產系統不具備連續供料條件，需新建緩沖煤倉，而現有生產場地不具備新建緩沖煤倉的條件。

2) 跳汰選煤產品質量與重介選煤產品不同，并且產量較低，分別銷售存在一定困難。跳汰洗選需新建一套煤泥水處理系統，土建費用高，需要增加投資和運行成本。

3) 該方案無法解決-50 mm篩下末煤含矸率高的問題。

2.3 方案三：干法選煤

將現有的振動篩拆除更換為一臺通過式破碎機，原煤出井后通過破碎機全部破碎，進入原煤緩沖倉，在現有的原煤轉載皮帶機頭增加一臺分級篩，從緩沖倉出來的原煤通過轉載皮帶進入分級篩進行篩分。

經分級篩分級，篩下末煤含矸率低，可直接進入選煤廠；篩上塊煤含矸率高，經皮帶機轉載進入干選系統處理，選出的產品經皮帶機轉載與篩下末煤混合進入選煤廠洗選，選出矸石直接進入矸石倉，系統產生煤塵由除塵器收集后根據煤塵總量和灰分可進入選煤廠加工或進入矸石倉外排。工藝流程圖見圖3.

圖3 方案三工藝流程圖

2.4 方案比較

方案一原煤破碎后直接入洗投資最少，但不能從根本上解決問題，在運行過程中會存在礦廠能力不匹配影響礦井生產的情況。

方案二跳汰預排矸系統繁雜，土建工程量較大，需在回填區上方進行，投資可能超出預期，且建設工期長。

方案三干法預排矸系統簡單，不需要大量土建工程，建設工期短；雖然洗選效率偏低，但足以滿足需要；沖洗產生的少量煤泥水便于處理；作業場所的粉塵可通過系統自帶除塵器和轉載點噴霧控制；投資預算比較可靠。

結合該礦目前實際情況，從經濟效益、投資規模、洗選效率、質量、運行成本、人工投入等方面綜合考慮，優先選用干法工藝選擇性預排矸。由于該方案只是原煤預排矸工藝，其目的是降低入洗原煤的含矸率，結合投資規模及選煤廠洗選加工能力，可選擇含矸量較大的部分原煤進行預處理。

由表1,2可知，+25 mm級原煤灰分45.94%，占比33.75%，+13 mm級原煤灰分39.20%，占比51.8%. 由試驗可知,其矸石含量超過65%，而-13 mm級原煤灰分較低僅為21%. 通過對原煤成分分析可知：1) 原煤中+13 mm塊煤灰分高于原煤綜合灰分。2) 原煤粒度較大時，含矸率較高，隨粒度減小各粒級原煤灰分逐級降低。所以選擇+13 mm原煤進行預排矸處理，處理后的+13 mm原煤與未進行預排矸處理的-13 mm原煤混合，進入選煤廠進行精選。

3 干法選煤技術

干法選煤技術適用于矸石含量高以及矸石易泥化的原煤分選排矸。 目前，干法選煤應用比較成熟的主要有復合式干法分選機、風力干法分選機、空氣流化床重介分選機、塊煤智能分選機等，應用最普遍的是復合式干法分選機[1].

復合式干選機的分選數量效率在90%以上，入料為80～0 mm混煤時有效分選粒級范圍為80～3 mm，可能偏差Ep=(0.15～0.25) g/cm3；對+20 mm粒級高密度(>1.8 g/cm3)的原煤排矸時，可能偏差Ep=0.11 g/cm3左右。該設備吸取了風力搖床和流化床的優點并采用多種綜合分選原理，使物料在分選床上實現按密度分層，分選效果好，具有結構優化、配置精簡、投資運行成本低、環保效果好、不產生煤泥、商品煤產率高、占地面積小、節約水資源等優點，適合短、平、快項目[1-4].

4 工藝及設備選型

全部系統主要包含原煤破碎機，原煤分級篩，干選上料皮帶，干選機及配套除塵系統，精煤產品皮帶，配套的棧橋、封閉，控制系統等。

1) 具體工藝流程：

a) 原煤-通過式齒輥破碎機—原煤緩沖倉。根據礦井生產能力、主井皮帶機運量、選煤廠重介旋流器入料要求及風選機入料要求，選擇破碎機通過能力300 t/h、破碎粒度為60 mm的雙齒輥破碎機。安裝地點位于現原煤分級篩處。

b) 原煤緩沖倉出料—原煤分級篩選擇性分級。考慮預處理原煤總量、預排矸率、篩分效果及安裝空間等因素，選擇篩分粒度為+13 mm,通過能力250 t/h的滾軸篩。要求滾軸篩具備旁通功能，在原煤含矸率較低或風選系統故障時原煤可不經預排矸直接入洗。安裝地點位于原煤緩沖倉下皮帶機機頭和原煤入廠皮帶機機尾轉載點。

c) 0～13 mm末煤直接進入選煤廠，13～60 mm塊煤經皮帶運輸至干選機處理，處理后粗精煤經過精煤皮帶轉載與篩下末煤混合再進入選煤廠精選，矸石直接落入矸石倉。復合式干選機系統圖見圖4.

圖4 復合式干選系統圖

2) 干選機選型。綜合考慮選煤廠處理能力、預處理原煤含矸率，選用處理能力為120 t/h的FGX 復合式干法選煤設備，該設備分選面積12 m2，入料粒度0～80 mm，外形尺寸5.3 m×4.5 m×2.1 m，安裝地點位于現矸石倉上方。

3) 能力配套分析。原煤破碎前，+13 mm級占比51.8%，破碎后占比略低于50%. 原煤綜合含矸率43%，+13 mm級塊煤含矸率大于65%. 要求排出矸石帶煤率≤2%. 按選煤廠入洗量60萬t/年分析預定緩沖倉放煤量200 t/h，經分級后，+13 mm級塊煤約100 t/h. 入料原煤經預排矸50%后，剩余50 t/h，與篩下末煤混合后，入洗原煤量150 t/h，含矸率24%. 通過調節緩沖倉放煤量可以適應選煤廠入洗能力。預排矸量占礦井總產量的25%. 采用預排矸系統后入洗原煤量由礦井總產量的79%減少為75%；入洗原煤含矸率由35.5%降至24%. 入洗原煤總量的減少和含矸率的降低有利于保證生產精煤品質。

5 改造后經濟效益分析

1) 預排矸前。+50 mm原煤產量為60萬t/年×20.69%=12.41萬t/年，按2021年+50 mm原煤平均售價256.71元/t，直接銷售可實現銷售收入3 185.77萬元/年。

2) 預排矸后。每年12.41萬t +50 mm原煤進入重介洗選，按目前實際產率估算，可洗出噴吹末精煤2.88萬t、塊精煤0.67萬t、中煤約0.6萬t、煤泥0.52萬t、矸石7.74萬t. 增加商品煤4.67萬t.

按2021年產品售價(末精煤1 274元/t，塊精煤1 184元/t，中煤651元/t，煤泥211元/t)計算，可得銷售收入4 962.72萬元/年。

新增矸石處理費：

28元/t×7.74萬t/年=216.72萬元/年

新增預排矸系統運營費(含電費):

預排矸系統處理+13 mm原煤60萬t×51.8%=31.08萬t/年，運營費2.5元/t,則全年排矸系統運營費為77.7萬元。

新增洗選加工費：

12元/t×4.67萬t=56.04萬元

實際收入=銷售收入-矸石處理費-系統運營費-洗選加工費=4 612.26萬元

3) 效益分析對比。建立預排矸系統可為礦井增加效益1 426.49萬元/年。

6 結 語

復合式干法分選機具有分選精度高、分選粒度寬、煤質適應能力強，處理能力大、次生煤泥少、自動化程度高等優點，目前已普遍應用于選煤廠煤炭洗選預排研系統，并取得了較好的效果。鹿臺山選煤廠根據原煤煤質特征、產品結構、市場行情等因素，通過分析與研究，確定選用復合干法分選機作為原煤預排矸設備，目前項目正在實施中，預計2022年底可聯合試運轉，2023年上半年即可正式投產，預計投產后可獲得良好的技術經濟效果。