關于煉焦煤礦井天然焦及熱變煤分選的探索

梁增田

（開灤能源化工股份 范各莊礦業分公司，河北 唐山 063100）

1 概 況

范各莊礦業分公司始建于1958 年，1964 年正式建成投產，是新中國成立后第一座自行勘探、自行設計、自行建造的大型機械化礦井，被譽為“新中國第一礦”，礦主要產品為36 號肥煤，廣泛應用于煉焦配煤。隨著礦井的深度開采，地質構造導致斷層影響越來越大，部分斷層成為巖漿巖侵入通道，由于巖漿放出大量的熱液，使附近的煤層受熱干餾及巖漿運移的推擠等作用影響而變成天然焦和熱變煤（本文將受巖漿巖影響的受熱煤總稱為變質煤，變質煤中與正常煤之間已經受熱變質但未形成天然焦的煤稱為熱變煤），變質煤中天然焦占比較大，天然焦揮發分極低，一般5%～10%，粘結性和膠質層缺失，且存在熱爆性，天然焦由于賦存不穩定目前開發利用較少，一些發熱量較高的天然焦主要用于發電配煤、民用型煤、燒制水泥等燃料，這也是國內天然焦的主要用途。受巖漿巖影響的變質煤與煤炭生產有著緊密的關聯，范各莊礦2021年7 月至2022 年4 月開采的2227 工作面巖漿巖侵入范圍大，導致該工作面原煤受熱變質影響較大，變質煤由于密度區間分布大，在洗選過程中大部分會進入矸石產品，小部分會混入精煤，一定程度影響煉焦煤精煤膠質層和粘結性，如何降低變質煤對煉焦精煤指標的影響，同時將變質煤最大化回收是維護精煤品牌和企業利益的關鍵。

2 巖漿巖的侵入范圍和煤炭變質程度

2.1 侵入范圍

范各莊礦2227 工作面位于二水平南二采區，該工作面煤層為復雜結構中厚煤層，工作面于風道110～ 201 m、運道256～ 454 m、切眼0～ 24 m 均揭露有巖漿巖，巖漿巖主要以巖床形式侵入，局部以串珠狀形式侵入，厚度在0.1～3.0 m 變化，在傾向上貫穿整個工作面，局部煤層因巖漿巖侵入影響變質為天然焦，厚度在0.5～3.0 m，在開采時運道揭露巖漿巖后范圍逐漸向風道延伸，影響范圍越來越大，具體如圖1 所示。

圖1 2227 工作面巖漿巖侵入范圍Fig.1 Magmatic rock intrusion range in No.2227 Face

2.2 巖漿巖導致煤層變質程度分析

通過開采過程現場勘查，巖漿巖主要在煤層下部侵入，巖漿侵入煤層時，發生接觸變質作用，根據取樣分析，其天然焦呈現出致密性，采割時其痕跡類似巖石性，光澤銀灰，熱變煤顏色發暗，表面無光澤，塊狀較大，塊狀凸顯，在采面較易確認，天然焦的厚度與巖漿巖厚度直接相關，巖漿巖厚度越大相應天然焦厚度越大，該工作面受巖漿巖影響區域天然焦厚度平均在1.5 m 左右，天然焦與正常煤之間的熱變煤，厚度平均0.3 m 左右，經取2227采面熱變煤及天然焦做浮沉分析，其指標見表1。

表1 2227 工作面變質煤浮沉數據Table 1 Floating and sinking data of metamorphic coal in No.2227 Face

通過表1 分析，巖漿巖導致的變質煤密度1.4～+1.8 g/cm3均存在，樣品最高密度1.92 g/cm3，最低密度1.38 g/cm3，距離巖漿巖越遠受熱影響越小密度越低，越接近巖漿巖，焦化程度越高，密度越高，該礦變質煤發熱量達到5 500 kcal，變質煤由于高密度級含量占比明顯高，密度超過1.84 g/cm3的變質煤在洗選過程中會進入矸石產品中（選煤廠排矸比重1.84 g/cm3），造成資源浪費，熱變煤由于存在熱變程度不均，其密度區間分布較廣，低于1.6 g/cm3的熱變煤在洗選過程中容易進入精煤，變質煤整體灰分高，揮發分明顯低于該工作面28.5%水平且沒有粘結性，在高比重洗煤過程中低密度熱變煤容易混入精煤，根據熱變煤及天然焦密度及在煤層的侵入厚度數據測算，巖漿巖導致的變質煤中+1.80 g/cm3含量為79.60%，-1.60 g/cm3含量占3.45%，在選煤理論分選比重超過1.60 g/cm3時，3.45%變質煤會進入精煤產品，分析研究并實驗，通過多煤層搭配入洗降低巖漿巖侵入煤層配洗比例，可有效降低變質煤對煉焦煤指標的影響，但考慮不合理煤層搭配理論分選比重偏高因素，仍需通過配洗措施進行去除并回收，同時由于+1.80 g/cm3含量達到79.60%，如不進行調控，大量高熱值變質煤會進入矸石產品，造成資源浪費。

3 降低變質煤對精煤污染及變質煤回收方法

范各莊礦選煤廠為礦井型配套選煤廠，主要洗選工藝為80～ 13 mm 采用立輪洗選，13～ 0.5 mm采用三產品重介旋流器分選工藝，0.5～0 mm 采用浮選工藝。

3.1 適量配洗降低變質煤入洗比例

范各莊選煤廠原煤入洗能力1 000 t/h，該礦2021 年井下4 個工作面生產，可以充分發揮多煤層搭配入洗優勢，避免受巖漿巖影響煤層單獨入洗或入洗比例過高，導致變質煤進入精煤比例增加。按照測算每小時配洗量不超過300 t 時，對精煤指標影響較小，因此在煤層配洗方面，2227 工作面單獨裝倉，嚴格控制入洗量不超300 t/h。

3.2 降低變質煤污染精煤措施

根據表1 采樣數據，該礦變質煤存在隨密度降低，含量明顯降低的趨勢，通過煤層搭配降低入洗原煤理論分選比重可有效控制熱變煤進入精煤比例，范各莊礦2021 年井下開采5、7、12、12.5 煤層，7 槽煤與12.5 煤層分選比重最低且分選比重接近，可以混合裝入原煤1 倉，5 槽煤中間產物少，為極易選煤，分選比重最高，單裝原煤2 倉，12槽煤單裝原煤3 倉，洗12 級煉焦精煤時，為防止變質煤污染精煤，通過調控井下各煤層出煤量，適量增加7 槽煤與12.5 槽煤占比，減少5 槽煤占比，可有效降低分選比重，結合各槽煤篩分浮沉數據及入洗比例，利用可選性曲線查找相關分選比重，按照原煤1 倉500 t/h，2 倉200 t/h，3 倉300 t/h 配洗，配洗后原煤浮沉數據見表2，該配洗可以將精煤理論分選比重控制在不高于1.51 g/cm3，從而將變質煤從旋流器精煤及塊煤重介精煤中分選出來，降低污染精煤。

表2 配洗后入洗原煤浮沉數據Table 2 Float and sink data of rawcoal after washing

3.3 天然焦和熱變煤回收措施

根據天然焦和熱變煤特性，其質地較硬，不易破碎，通過取樣分析，其+13 mm 粒度級達到60%，13～0.5 mm 粒度級含量為38.20%，小于0.5 mm 粒度級含量僅為1.80%，進入浮選量極少，因此考慮通過提高塊煤重介系統用于排矸的一段分選比重，可最大化回收變質煤進入中煤。由于變質煤中+1.80 g/cm3占比達到79.60%，選煤廠重介立輪一段分選比重原設定為1.84 g/cm3，而該礦熱變煤樣品最大比重1.92 g/cm3，考慮樣品代表性因素，通過提升重介系統一段1.95 g/cm3，可確保了該礦大于1.84 g/cm3密度級天然焦和熱變煤的回收，避免進入矸石廢棄。

3.4 效 果

目前2227 工作面已開采完畢，通過前期對天然焦和熱變煤取樣分析并精準調控配洗比例，2227工作面變質煤混入精煤比例由3.45%減少至1.02%，再通過嚴格控制每小時2227 工作面配洗不超過300 t，變質煤進入總精煤可以控制在0.4%以下，開采期間通過持續取樣化驗，精煤各項指標維持正常水平，維護了精煤品牌，提高了用戶滿意度。

將重介一段比重提升至1.95 g/cm3，可回收該礦2227 工作面絕大部分天然焦和熱變煤，2227 工作面2017 年7 月至2022 年4 月累計出煤50.71 萬t，按照變質煤含量按12%，進入塊煤重介系統占比60%計算，考慮選煤廠二次破碎因素，調整重介1 段比重，此工作面累計增加回收+1.84 g/cm3密度級變質煤15 503 t 進入塊中煤，塊中煤按照售價800 元/t 計算，回收天然焦和熱變煤共計創效1 240.24 萬元。

4 結 語

巖漿巖侵入煤層不可避免，對于稀缺煉焦煤礦井，有效分選出天然焦及伴生熱變煤可以避免污染精煤，確保稀缺煉焦精煤各項指標，同時將天然焦和熱變煤分選進入中煤產品，充分利用其發熱量價值，達到資源充分利用目的。