原煤重介浅槽排矸技术应用实践

裴彦峰

(西山煤电集团公司 生产技术处，山西 太原 030053)

1 应用背景

近年来，随着采掘装备大型化和设备性能的不断提高，采煤工作面几何尺寸也相应加大，加之矿井瓦斯治理所需的高抽巷、底抽巷等工程没有独立的矸石外排系统，使矸石混入毛煤中，导致毛煤含矸率显著增加。统计资料显示，近十年来，西山煤电集团毛煤灰分提高了约10%，个别矿井甚至提高了15%以上。对于原煤直销的单位来说，毛煤含矸率的增加，直接导致商品煤发热量大幅度下降。从实际销售规格可见，十年来，西山煤电集团直销原煤的质量规格由原来以20.934 ～23.027 kJ/g 为主，逐步演变为以18.841 kJ/g 为主，产品性价比显著下降。对于毛煤进入洗选加工的选煤厂来说，毛煤含矸率的增加不但限制了洗选能力的充分发挥，还导致生产成本的增加和效益的减少。原有的手选系统、碎选系统、动筛系统，无论从处理能力还是从分选效果上，都已经很难满足现实需要。

针对这种情况，西山煤电集团公司决定对毛煤排矸系统进行升级改造，使毛煤中的矸石尽可能在生产系统的前端排出，以提高原煤质量，减少带煤损失，为后续销售或洗选加工创造良好条件。

从技术先进程度、设备可靠程度、洗选效率、经济社会效益等方面对传统筛分手选破碎、动筛跳汰、重介斜轮/立轮、重介浅槽排矸等技术进行论证和对比，最终决定采用重介浅槽排矸技术。

2 重介浅槽排矸技术及其特点

2.1 工作原理

重介浅槽排矸技术的核心设备是重介浅槽分选机，其工作原理遵循阿基米德原理，即矿粒在介质(悬浮液)中所受到的力等于矿粒的重力与同体积介质(悬浮液)重力(即浮力)的差。当原煤进入装有比重大于水的重介质悬浮液的分选槽内，比重低于介质比重的精煤上浮，随介质溢流流出，而比重高于介质比重的矸石下沉，并由横向运动的刮板排出，使煤和矸石分离。源源不断的上升流和水平流使分选槽内的悬浮液得到补充，从而实现连续生产。

2.2 主要特点

1)分选效率高。其分选效率可达98%以上，EP值0.03 ～0.04，与其它毛煤排矸技术相比，具有明显优势，分选密度可根据需要在较宽范围内无级调整。

2)适用粒度范围广。一般情况其入料粒度下限可达6 mm，上限可达300 mm，甚至还可以根据需要，进一步拓展粒度范围。

3)可与其它选煤工艺灵活组合。重介浅槽既可以高密度排矸，也可以低密度生产精煤，还可以根据需要，与其它选煤工艺一起实现主再洗组合。

4)对原煤适应性强。对于原煤含矸率变化、可选性变化适应性很强，同时由于其分选时间短，对于减少易泥化煤的泥化程度也很有好处。

5)处理能力大。单位出料口宽度的处理能力可达到100 t/m/h，甚至更高，易于实现大型化生产。

6)体积小，重量轻，可以安装在煤矿井下。

7)运行平稳，噪音小，故障率低，作业环境明显改善。

8)自动化程度高，操作简单，可减轻职工劳动强度。

3 应用情况和效果

3.1 应用情况

西山煤电集团公司目前采用重介浅槽排矸系统的有5 个矿厂，共10 套系统，不同单位由于粒度组成、浮沉组成和产品要求不同，所选用的重介浅槽分选机也不同，见表1.

表1 选用重介浅槽分选机型号及主要性能参数表

3.2 使用效果

各单位重介浅槽分选系统自运行以来，运行稳定可靠，排矸效果明显，且各项技术经济指标较好。下面根据运行时间较长的斜沟矿选煤厂、西曲矿选煤厂、马兰矿选煤厂的实际运行数据，介绍重介浅槽排矸系统的使用效果。主要指标见表2.

表2 改造前后技术经济指标对比表

从表2 可以看出，重介浅槽排矸系统与原有排矸系统相比，技术经济指标均有较大幅度提高和改善。

1)从分选精度来看，重介浅槽的分选精度EP值达到或接近于重介旋流器一段的分选精度，效果显著。

2)数量效率明显提高，尤其西曲矿选煤厂，重介浅槽的数量效率比原使用的碎选机的数量效率提高了19.6%.

3)有效降低了矸石带煤损失，大矸带煤由原来的8%左右降到了1%以下，甚至接近0，大幅度减少了原煤损失。

4)有效降低了毛煤灰分和硫分，提高了入洗原煤质量。据统计，经过浅槽排矸后，毛煤灰分可降低4% ～6%，最高时灰分降低8%，硫分降低0.1% ～0.3%，后续直销混煤和入洗原煤的质量明显改善。

5)从介耗指标来看，达到了0.3 ～0.4 kg/t 的设计指标，最低的达到0.25 kg/t.

6)经济效益显著提高。a)由于分选效率的提高和矸石带煤损失的减少，原来损失在矸石中的原煤被有效回收，减少了浪费。b)减少了排矸和矸石山治理的费用。c)在原煤准备环节多排矸石，可以使后续主洗环节的生产能力得到充分发挥，增加处理量和入洗能力，提高生产效率。d)部分矸石不再进入主洗环节，降低了主洗环节的生产加工费用。

3.3 存在的不足

3.3.1 运行费用相对增加

由于重介浅槽生产系统设备相对较多，装机功率大，设备磨损较严重，加之需要消耗介质，因此，运行费用有所增加，为0.4 ～0.6 元/t 原煤。但与其所产生的效益相比，比例很小。

3.3.2 杂物对设备运行影响较大

毛煤中所含的木棍、铁器、钢丝绳及油管等杂物含量多时，缠绕刮板、驱动齿轮等部件，导致刮板链被卡断，影响正常生产。

3.3.3 检修维护工作量相对增加

系统设备数量增加且浅槽的刮板、链条、齿轮等转动部件长期浸没在悬浮液中运行，磨损快，刮板、链条更换频繁(3 ～5 个月更换一次)，因此，浅槽系统的检修维护工作量有所增加。

4 建 议

4.1 系统能力确定

对于毛煤出井后直接进入浅槽系统处理的矿井或选煤厂来说，浅槽系统既是销售或者选煤厂入洗前的准备环节，更是矿井连续稳定生产的最后环节。设计中往往仅考虑矿井或者选煤厂的设计能力、核定能力等因素，而忽略了与矿井主提升能力的匹配，有时反而成了制约矿井生产的瓶颈。因此，建议浅槽系统设计时要充分考虑矿井主提升系统的最大能力，并与之相匹配。这是生产现场实践的经验和教训，也是煤炭洗选工程设计规范中明确要求的。

4.2 入选粒度上限和下限的确定

入选粒度上限的确定一般主要考虑毛煤中夹矸的含量以及解离性质，建议要同时考虑后续环节的设备通过能力。实际应用中，有的矿井将入选粒度上限定得较高，出现了大块矸石在矸石脱介筛上，因筛子横梁阻挡而不能通过的问题，值得注意。入选粒度下限则要综合考虑后续产品质量规格要求、选煤厂入洗粒度要求以及工艺流程的经济性等因素。

4.3 主要设备选型

对于有些矿井或者选煤厂而言，所需要处理的毛煤来自两层或者更多煤层，而且不同煤层毛煤的规定粒级含量及其密度组成差别常常很大。设计单位一般会按照不同煤层的产量比例对毛煤煤质资料进行综合，然后按照综合后的煤质资料进行流程计算和设备选型。事实上在浅槽环节，多数矿井或者选煤厂是采用不同煤层的毛煤轮流处理，在装车或者入洗时才配煤装车或配煤入洗的作业方式。而按照综合煤质资料选择的工艺和设备未必能适应所有煤层的毛煤。因此，建议制定流程和设备选型时，要充分考虑不同煤层的特性。比如，矸石系统设备选型要按照含矸率最大的煤层进行计算和选型，而精煤系统要按照精煤产率最高的煤层进行计算和选型。

4.4 入浅槽前脱泥的确定

大量煤泥进入浅槽，对于稳定分选密度及介质系统的正常运行十分不利，至于入浅槽前是否脱泥，主要看3 个方面的因素:1)分选粒度下限。一般来说，粒度下限为50 mm 或更高时;可以不设置脱泥系统;当粒度下限为25 mm 或更低时，则需要设置脱泥系统;粒度下限在25 ～50 mm 时，需要根据原煤性质确定。2)毛煤水分。当毛煤水分＜7%时，分级过程易于进行，随着毛煤水分的增加，则分级效率逐渐降低，进入浅槽的煤泥也会逐渐增加。3)分级筛的类型、震动方式、筛网材质、筛孔形状也会影响分级效率。实际设计和选型时，应综合考虑上述因素。

4.5 选前除杂

毛煤中所含的煤矿井下生产所使用的木材、铁器、钢丝绳及油管等杂物含量多时，缠绕刮板、驱动齿轮等部件，导致刮板链被卡断，影响正常生产。因此，建议通过加强井下杂物管理、地面设置除杂除铁设施等措施，尽可能避免或减少这些杂物进入浅槽生产系统。

4.6 设备耐磨和结构优化

重介浅槽和所有的重介系统一样，设备、管路、溜槽等的耐磨问题是维持正常生产和降低生产成本的关键因素之一，应当选择可靠的耐磨材料和设备。同时，现在所使用的浅槽，底部垫板使用寿命短，浅槽底部链条滑道间隙较大，而且滑道内侧附有1 层耐磨瓷砖，极易脱落，脱落后间隙会加大，进入系统的钢筋、皮带等井下杂物容易进入滑道，卡住链条运行，建议设备生产企业进一步优化设备结构，提高设备的适应能力。

5 结 论

重介浅槽排矸技术是一项有效的毛煤排矸技术，具有分选效率高、适应能力强、工艺组合灵活、经济社会效益显著等优点，推广应用前景广泛。