选煤工程设计中多煤层煤质分析方法应用研究

郭大林，王 洋，卫中宽，吴鹏飞

(中煤天津设计工程有限责任公司，天津 300131)

煤质分析是选煤厂设计最基础、最重要的环节[4]。在选煤厂设计过程中，正确分析煤炭和煤质的用途，对确定合理的选煤方法和工艺流程很重要，同时也能为出资方进一步落实目标市场、项目决策提供可靠的依据[5]。东欢坨矿井可采煤层众多，依据东欢坨矿井2017—2030年回采衔接表，矿井主采煤层共5层，包括8号、9号、11号、12-1号和12-2号。多个主采煤层同时开采，开采煤层、煤层配比不固定，且变化范围及频率非常大。东欢坨矿复杂的原煤条件提高了煤质分析的难度。

1 传统煤质分析方法

为准确分析不同时期出井原煤的煤质情况，传统煤质分析方法需依赖准确的矿井开采接续表[6]。首先，依据矿井开采接续表确定不同时期的开采煤层数量及其开采比例[7]。之后依据各开采煤层煤质数据及开采比例加权平均得到出井原煤的煤质数据，进而进行原煤煤质分析[8]。按以上分析步骤对不同时期的处境原煤煤质进行分析后，最终将得到符合矿井开采接续安排的各时期出井原煤煤质分析数据[9]。

根据东欢坨矿井2017—2030回采衔接表分析发现东欢坨矿井开采煤层及开采比例变化十分频繁且没有明显的规律，2020年的矿井开采接续数据见表1。

表1 2020年矿井开采接续表 万t

如采用传统煤质分析方法，则需逐年逐月进行出井原煤煤质的综合及分析，分析结果的准确度虽然很高，但也存在很多的不足：①工作量大、周期长。初步估算，需整理出井原煤煤质数据128组，并进行相应的煤质分析；②分析结果为随机数据，规律性不强；③分析过程严重依赖于矿井开采接续表的准确性，开采接续表发生变化则分析结果变得毫无意义。

影响矿井生产的因素很多，其生产情况也在不断变化，矿井开采接续表需相应进行动态调整[10]。这一问题是传统煤质分析方法所不能解决的，其分析结果对实际生产的指导意义不大。因此，传统的煤质分析方法仅适用于开采煤层单一或开采比例较为确定的开采多煤层矿井。

2 新煤质分析方法

统计分析各层原煤的煤质资料后，发现8煤和9煤较为相似，11煤、12-1煤和12-2煤较为相似。如果能够将8煤和9煤归为一组(简称为“上煤”)，11煤、12-1煤和12-2煤归为另一组(简称为“下煤”)，就可以将5煤层配采问题简化为2煤层配采问题，原煤的配采情况可简化为上煤与下煤的0∶10～10∶0共11种，从而大大简化分析计算工作。更为重要的是，简化后，可以煤层配比为变量绘制出生产动力煤和炼焦配煤时的利润变化曲线(如图1所示)，并依据两条曲线的相互关系，确定生产动力煤和炼焦配煤的煤层配比范围，规律性更强，对实际生产更具指导意义。

图1 不同产品利润变化曲线

为验证煤层简化合并的可行性，本文从工业分析指标、粒度组成特性和浮沉组成特性三个方面进行论证。

虽然湿地类型多种多样，大都适合旅游开发利用，但并不是所有的湿地都可以纳入旅游资源的范围。湿地旅游资源是指具有一定可进入性和观赏性，具有现存或潜在的客源市场，并能为旅游业所利用的湿地。湿地利用是严格的保护性利用，即进行湿地生态恢复和湿地生态建设，目前安徽沿淮地区已经开发利用的湿地旅游资源主要有湿地保护区、湿地公园、水利风景区三大类。

2.1 工业分析指标

各层原煤主要工业分析指标见表2。分析表2可知，各煤层原煤的煤种均为45号气煤。8煤和9煤的工业分析指标更为接近，11煤和12-1煤的工业分析指标更为接近。8煤和9煤的共同特点是灰分高、硫分低、发热量低、粘结指数低；11号煤和12-1号煤的共同特点是灰分低、硫分高、发热量高、粘结指数高。

2.2 粒度组成特性

煤层赋存条件和开采方法是决定出井原煤粒度的重要因素[11]。各层原煤煤层赋存条件及开采方法统计见表3。

分析表3可知，8煤和9煤的赋存条件相似，煤层均较厚，采煤方法都是轻型放顶；11煤、12-1煤和12-2煤的赋存条件相似，煤层均较薄，采煤方法都是轻型综采。8煤和9煤的煤层赋存条件相似、开采方法相同，其出井原煤粒度组成应具有很大的相似性[12]。同理，11煤、12-1煤和12-2煤的出井原煤粒度组成也应具有很大的相似性。

2.3 浮沉组成特性

浮沉组成是原煤煤质的关键数据[13]。本文主要从基元灰分和浮物累计特性两个方面来分析原煤浮沉组成特性。

2.3.1 基元灰分

设计统计了各层原煤150～0.5mm粒级的各密度基元灰分，统计结果见表4—6。

分析表4可知，8煤和9煤的各密度级基元灰分较为相似，且低密度级基元灰分较高；11煤、12-1煤和12-2煤的各密度级基元灰分较为相似，且低密度级基元灰分较低。

表2 原煤工业分析指标统计表

表3 煤层赋存条件统计表

表4 原煤基元灰分统计表

表5 8煤和9煤原煤基元灰分比较表

分析表5可知，当灰分小于20%时，8煤和9煤的基元灰分与平均基元灰分的相对差均不高于10%；当灰分大于20%时，8煤和9煤的基元灰分与平均基元灰分的绝对差均不高于2%。

表6 11煤、12-1煤和12-2煤原煤基元灰分比较表

分析表6可知，当灰分小于20%时，11煤、12-1煤和12-2煤的基元灰分与平均基元灰分的相对差均不高于10%；当灰分大于20%时，除12-1煤的1.5～1.6kg/L和1.6～1.7kg/L密度级外，11煤、12-1煤和12-2煤的基元灰分与平均基元灰分的绝对差均不高于2%。

《煤炭浮沉试验方法》(GB/T 478—2008)中规定了浮沉试验过程中的允许试验误差，当煤样中最大粒度大于或等于25mm时，煤样灰分小于20%时，灰分相对差值不大于10%；煤样灰分大于20%时，灰分绝对差值不大于2%[14]。将表5和表6的分析结果与《煤炭浮沉试验方法》中规定的允许试验误差相比，8煤和9煤的各密度级基元灰分差在允许试验误差范围内，11煤、12-1煤和12-2煤的各密度级基元灰分差也基本处于允许试验误差范围内。因此，可以认为8煤和9煤的浮沉试验结果是同一煤样的平行样，11煤、12-1煤和12-2煤的浮沉结果也是同一煤样的平行样。

2.3.2 浮物累计特性

本文统计了各层原煤150～0.5mm粒级的浮物组成情况，统计结果见表7。

表7 原煤浮物累计统计表

分析表7可知，8煤和9煤的-1.4kg/L浮物累计灰分均在12%左右，产率却存在较大差别；11煤、12-1煤和12-2煤的-1.4kg/L浮物累计灰分均在7%左右，产率也存在较大差别。究其原因，本文认为是原煤的灰分不同造成的。因此，本文将8煤和9煤校正至同一灰分，11煤、12-1煤和12-2煤校正至同一灰分，校正后的结果见表8。

表8 原煤浮物累计统计表(校正后)

分析表8可知，当8煤和9煤的原煤灰分均校正至39.44%时，两煤层原煤的-1.4kg/L浮选累计灰分和产率均非常接近，累计灰分分别为12.14%和12.26%，产率分别为45.08%和48.63%。当11煤、12-1煤和12-2煤的原煤灰分均校正至42.47%时，三煤层原煤的-1.4kg/L浮选累计灰分和产率均非常接近，累计灰分分别为7.08%、7.92%和7.88%，产率分别为43.04%、41.62%和42.86%。这说明8煤和9煤的浮沉组成相似，浮物累计产率上的差别是原煤开采过程中混入的矸石量不同造成的，与浮沉特性无关与开采区段相关。11煤、12-1煤和12-2煤的情况也是如此。各层原煤的浮物累计灰分曲线，结果如图2所示。分析图2可知，8煤和9煤的浮沉特性相似，11煤、12-1煤和12-2煤的浮沉特性相似。

图2 原煤浮物累计灰分曲线

综合以上原煤工业分析指标、粒度组成特性和浮沉组成特性三个方面的论证，本文认为8煤和9煤的原煤煤质相似，可共用1套煤质资料，简称为“上煤”；11煤、12-1煤和12-2煤的原煤煤质相似，可共用1套煤质资料，简称为“下煤”。

确定5个煤层可简化为“上煤”和“下煤”两组煤层后，可分别选用各自的代表煤层资料进行煤质分析及后续的分选工艺比选工作。相似煤层可进行合并分析的前提条件如下：

1)各煤层的工业分析指标高度相似。具体应包括煤种、灰分、硫分、水分、发热量等影响产品使用的关键指标。

2)各煤层的粒度组成高度相似。如无粒度组成资料，则需煤层赋存条件及开采方式相似。

3)各煤层的密度组成高度相似。各煤层的各密度级基元灰分差值应不高于《煤炭浮沉试验方法》中规定的浮沉试验过程允许试验误差。同时，各煤层的浮物累计灰分也应具有高度相似性。

3 结 语

采用新煤质分析方法，东欢坨矿复杂的5煤层同时开采问题简化为2煤层同时开采问题，分析过程更简单，可脱离开采接续表确定生产炼焦配煤和动力煤的生产区段，对实际生产更具指导意义。面对复杂原煤条件，新煤质分析方法通过工业分析指标、粒度组成特性及浮沉组成特性三个方面的分析论述，将相似煤层进行简化合并，利用减少变量简化分析过程，分析结果规律性更强，对选煤厂设计更具指导意义。