双柳选煤厂重介浅槽排矸可行性分析

吴文波

(1.太原理工大学，山西　太原　030024； 2.煤炭工业太原设计研究院，山西　太原　030001)



双柳选煤厂重介浅槽排矸可行性分析

吴文波1，2

(1.太原理工大学，山西太原030024； 2.煤炭工业太原设计研究院，山西太原030001)

针对双柳选煤厂现有块煤排矸工艺在生产中存在的问题以及动筛排矸带煤严重，在分析入选原煤特性及可选性基础上，提出了重介浅槽分选上下限分别为200 mm和25 mm的技术改造方案，并对其进行可行性分析，降低了矸石入选比例，社会经济效益显著。

块煤；重介浅槽；矸石；分选粒度；上、下限

双柳选煤厂地处山西柳林，是一座1.50 Mt/a的矿井型选煤厂，于2003年投产运行，经2008年技术改造后，目前的洗选工艺为动筛跳汰预选排矸后，采用无压三产品重介旋流器+煤泥重介旋流器+微泡浮选床联合工艺。目前主要入选双柳矿3#、4#合并煤层，该原煤为中灰(Ad=20.09%)、特低硫(St=0.40%)、中等挥发分(Vdaf=27.54%)、强黏结性(G=92.00；Y=20.00 mm)的主焦煤，是我国的稀缺煤种。

1　技术改造的必要性

随着矿井开采深度的增加，原煤中含矸量增大，尤其9#煤层煤质极差，现有的工艺已不适应矿井发展的需要，双柳选煤厂由于动筛跳汰系统设备性能等原因，洗选后的矸石带煤高达7%，造成粗精煤损失严重；另外50～30 mm粒级的矸石进入重介车间，增加了设备运行负荷，造成设备运行故障多，日常维护量大，严重制约矿井的生产。因此，需要对原有的排矸系统进行升级改造，以实现选煤厂的“减员增效”和生产自动化。

2　可行性分析

2.1煤质特性

根据现场提供的煤质资料，分析得出：1) 3#、4#入选原煤灰分为31.90%，属中高灰分煤，矸石较硬不易破碎，煤较软。自然级+25 mm粒级含量占31.44%，灰分为40.82%，+50 mm粒级中矸石产率为34.00%，灰分为81.86%，矸石纯度较高。2) +25 mm浮沉综合中主导密度级为+2.0 kg/L，产率达34.17%，灰分为74.36%，说明该粒度级矸石含量大且成分很纯，通过原煤准备的排矸工艺会有效降低原煤灰分；1.5～1.8 kg/L中间密度物含量低，有利于精煤回收；浮沉煤泥产率为2.02%，灰分为22.52%，较原生煤泥灰分低，说明矸石不存在泥化现象。3) 经计算，当分选密度为1.80 kg/L时，浮物累计产率59.33%，灰分为19.11%，±0.1含量15.11%，可选性为中等可选，200～25 mm综合级的可选性曲线见图1.

图1　200～25 mm综合级的可选性曲线图

随着双柳矿矿井开采机械化程度的不断提高和采煤工艺的变化，3#、4#原煤可供开采的储量已大为减少，接下来将对8#、9#煤层进行开采。8#、9#煤层的原煤大筛分实验结果见表1.

表1　8#、9#煤层的原煤大筛分实验结果表

由表1可以看出：1) 8#原煤灰分为27.27%，属中等灰分煤，50～0 mm粒级含量较高，为91.22%；矸石与煤的抗碎强度差异较大，+100 mm粒级为纯矸石，所以，在洗选之前应尽可能将矸石排出，避免矸石进入洗选系统，造成设备大量磨损，以及过多的无效分选；自然级+50 mm粒级含量占8.78%，灰分为52.57%，原煤-13 mm粒级产率73.63%，粉末煤含量高。2) 9#原煤灰分为51.97%，属高灰分煤，矸石较硬而煤较软；+100 mm粒级为纯矸石，自然级+50 mm粒级含量占11.62%，灰分为75.76%；自然级中50～25 mm、25～13 mm粒级灰分分别为68.26%、66.65%，可以看出这两级灰分仍非常高，如将该粒级中的矸石预先排出，对后续的洗选作业非常有利。原煤-13 mm粒级产率61.72%，粉末煤含量大。综上所述，后续入选的8#、9#原煤中矸石含量较大，且多集中在50 mm以上的粒度级，因此，需要进行预先排矸以提高洗选效率。8#、9#原煤200～25 mm综合级浮沉试验结果见表2.

由表2可以看出：1) 8#煤中200～25 mm粒度级主导密度级为+1.8 kg/L，产率达56.77%，灰分为69.68%，该粒度级矸石含量较大；9#煤中200～25 mm粒度级中主导密度级为+1.8 kg/L，产率达91.90%，灰分为76.28%. 通过预先排矸能有效降低原煤灰分，避免大量无效分选。2) 8#煤的中间密度物(1.5～1.8 kg/L)含量为6.66%，灰分为30.21%；9#煤的中间密度物含量低，有利于精煤回收；-1.50 kg/L含量为5.06%，灰分为9.47%，有利于回收精煤。3) 8#煤浮沉煤泥灰分31.99%，灰分较原生煤泥灰分高10.58%，9#煤中浮沉煤泥产率为1.93%，灰分较原生煤泥灰分高9.47%，两个煤样中矸石均存在泥化现象，应当尽量避免煤泥进入分选系统。8#、9#煤200～25 mm综合级的可选性曲线图见图2，图3.

表2　8#、9#原煤200～25 mm综合级浮沉试验结果表

图2　8#煤200～25 mm综合级的可选性曲线图

图3　9#煤200～25 mm综合级的可选性曲线图

由图2，图3可以看出：当分选密度为1.80 kg/L时，8#煤浮物累计产率43.23%，灰分11.19%，±0.1含量为2.32%，可选性等级为易选；9#煤的浮物累计产率8.10%，灰分18.37%，±0.1含量为2.53%，可选性等级为易选。

2.2浅槽排矸分析

重介浅槽分选机是根据不同比重的物料在重介悬浮液中的沉浮原理来工作的槽式分选设备。原煤从入料端给入充满重介悬浮液的槽体内，其中 80%～90%的悬浮液从给料端的水平流管给入，以形成纵向水平流；10%～20%的悬浮液通过槽底数排孔给入，形成上升流，使精煤上浮。浮起的块煤在水平流的作用下，从另一侧溢流至块煤脱介筛，矸石沉至浅槽的底部，由链条带动刮板把矸石抬起一定倾斜度，经矸石溜槽排至块矸脱介筛，见图4.

采用重介浅槽分选机预排矸，预先排除原煤中的大块矸石，可以改善三产品旋流器的入料组成，减少三产品旋流器入料中的矸石量，降低一段旋流器的排矸负荷，提高了旋流器的处理能力，达到增加选煤厂生产能力的效果；采用浅槽分选预先排矸，进入三产品旋流器煤泥量减少，降低了介质分流量，进入磁选机的稀介质量减少，增加了介质系统的稳定，从而提高产品质量。

图4　浅槽排矸结构及原理图

2.3分选粒度上、下限分析

3#+4#原煤的筛分资料表明：50～0 mm自然级的原煤灰分为27.80%、灰分较低。说明50～0 mm级原煤中矸石含量低，不需要预先排矸；根据确定的块煤分选设备，浅槽分选机的有效分选粒度范围为200～13 mm. 因此，分选3#+4#煤时，分选上限确定为200 mm、下限为50 mm.

由8#、9#煤质资料可以看出，+100 mm粒级为纯矸石，通过反手选直接排弃即可。根据矿井开拓方案，在3#+4#煤开采后期，3#+4#、8#煤两个工作面交替出煤，3#+4#、8#煤轮换入洗。为避免交替更换预先分级筛筛板，造成频繁停产，考虑将预先分级筛筛孔(分选上限)定为200 mm. 由于8#煤50～25 mm，9#煤50～13 mm粒级原煤中矸石产率仍然较高，将排矸粒度下限确定为13 mm后可多排22.31%矸石，减少后续三产品重介旋流器的排矸负荷。依据煤质资料计算：13 mm分级所需筛面为900÷25=36 m2，最少选用2台3661型香蕉筛。选用浅槽槽宽大于4 m；精煤、矸石脱介筛均为2460型，所需厂房体积大，投资高。同时，9#煤储量小，开采年限短，当洗选3#+4#煤及8#煤时存在大马拉小车的情况，造成了设备能力的浪费。如将分选下限定为25 m，洗选8#煤时可多排3.68%矸石，洗选9#煤时可多排9.29%矸石。3#+4#煤25～1 mm自然级产率高达52.11%，主选系统选用的旋流器规格为2台d1200/900型，一段排矸能力将达到240～480 t/h. 9#煤25～1 mm自然级+1.8 kg/L重产物产率为34.39%，最大矸石量为309.54 t/h，旋流器一段能够轻松将该部分矸石排出，不会对旋流器处理能力及分选效果造成影响。由此，将分选下限定为25 mm.

综合上述分析，推荐块煤排矸上限为200 mm，下限为25 mm.

2.4改造方案

综上所述，提出的改造思路为：新增加的浅槽分选机取代现有的动筛跳汰机。利用浅槽分选机对200～25 mm块原煤进行预先排矸,分选的矸石进入矸石仓；分选的精煤破碎至-50 mm以后掺入25～0 mm原煤进入主厂房洗选，介质独立回收；产生的煤泥水采用浓缩+压滤工艺回收。

2.5社会经济效益分析

该矿主要为焦煤和肥煤，属于稀缺宝贵资源，改造后回收的粗精煤进入后续系统洗选，回收更多炼焦精煤，最大限度地提高稀缺煤类资源的利用率。同时改造可有效避免洗后矸石带大量煤排入周边环境，污染地表水及地下水环境，以及由于自燃造成大气污染。

此次改造预计投资5 074.01万元，回收的粗精煤按330元/t计算，销售收入增加1 584万元/年。洗选成本增加459万元/年，增加效益1 125万元/年，投资回收期为4.5年。

3　结　论

双柳选煤厂排矸系统经过充分论证,能够适应双柳原煤特性,且工艺稳定可靠,分选效率高，确保了双柳选煤厂的洗选处理能力以及节能环评等各项指标处于同行业先进水平，选煤厂更能适应目前煤炭市场和深加工发展的需要，多出高质量炼焦精煤，洁净生产，有力地促进了经济的发展。

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2016-03-22

吴文波(1987—)，男，四川德阳人，2010年毕业于太原理工大学，太原理工大学在读工程硕士研究生，助理工程师，主要从事选煤设计工作，(E-mail)wenbowd@163.com

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