煤矿选矿技术的现状与发展

＊刘泽祺

（晋能控股煤业集团忻州公司 山西 034000）

我国的煤矿选矿技术研究开始于二十世纪四十年代，由于国内各煤矿区出产的煤炭质量参差不齐，选矿的技术和具体的流程也有较大的差异。十余年后，我国的煤矿选矿技术逐渐随着科技的发展而改善，最终形成较为稳定的机械选矿技术。进入六七十年代后，自动选矿、检测设备开始在煤矿选矿过程中进行应用，有效提高了选矿的质量和效率。

1.选矿技术概述

选矿技术顾名思义是一种优选矿石的技术。这种技术的原理是根据矿石有用组分的特定、状态来区分有用矿物和脉石矿物，将有用矿物尽可能分离，不止分离杂质，还要将高品位和低品位的矿石区分开，提高矿石的利用率。经过选矿后，矿产中的有用组分得到有效富集，能够大幅度减少需要运输的矿石体量，减少冶炼、加工矿石过程中消耗的燃料数量，从而有效降低矿石开采的成本投入，提高矿产企业的经济效益。选矿技术主要可分为拣选、电选、浮选、重选、化选五个种类，煤矿选矿多采用浮选或重选技术。浮选技术主要借助不同矿物表面对水的亲疏程度不同来进行筛选，浮选过程中通常会用到起泡剂。在浮选技术操作过程中，选矿技术人员可以加入起泡剂和调整剂，前者负责产生气泡，让疏水的矿物颗粒附着在气泡上，随着气泡上浮而分离；后者负责提高气泡的选择性，提高浮选的选矿质量和效率。浮选技术是普适性最高的一种选矿技术，在各种采矿领域中都有应用的空间。重选技术主要借助矿物在流体介质中的不同比重来进行筛选，也是煤矿选矿过程中的常用技术。重选技术设备常见摇床、溜槽等单一运动设备，也有离心机、摇动翻床、振摆溜槽等复合型运动设备，能够有效提高重选技术的应用质量和效率。

2.煤矿选矿技术现状

(1)选矿工艺的发展和进步

我国由于煤矿种类齐全、品质跨度大，所以各种煤矿选矿技术在我国的煤矿开采场地中都有应用。目前，我国的煤矿选矿技术主要有跳汰、重介选、浮选等，其中跳汰技术成熟、流程简单、成本低，虽然所占比例有所下降但仍然是我国煤矿选矿主要技术；重介选是国内大型选煤厂多用的主导技术，国内应用占比超半数；浮选技术随着井下机械化开采技术不断成熟而大量应用，成为井下选煤的常用技术之一。除此外，我国干法煤矿选矿技术得到长足的发展和进步，这与我国西部煤矿开发范围的加大有很大关系。毕竟西部地区水资源珍贵，干旱缺水地区煤矿选矿更需要干法的辅助。

(2)选矿设备大型化、低成本、安全趋势明显

在发展煤矿选矿技术的同时，我国的选矿设备也在不断发展与成熟。目前，我国的煤矿选矿成套设备已经实现了国产化，并且开始自主研发大型全自动成套设备，不仅可应用于国内煤矿开采领域，还可以出口到国外。我国自主研发的选矿设备大型化趋势明显，能够有效满足我国煤矿开采量大、需求量大的现状。跳汰机、离心脱水机、分级破碎机、浮选机等设备在大型化的同时还能够达到国际领先技术水平。这些选矿设备国产化的过程中，不仅能够满足国内煤矿开采的应用需求，还反向迫使进口同类设备降低价格，降低我国煤矿开采的总成本。

(3)选矿流程向自动化方向发展

目前，澳大利亚、美国等国家的煤炭开采领域基本实现了流程自动化，这也是我国煤矿选矿流程及其系统研究的主要方向。近些年，我国在感知元件、检测仪表、传感器、控制器、微处理器等方面的研究有了长足的进步，这些研究成果应用在煤矿选矿领域中促进了其自动化发展。比如能够在线监测煤矿灰分、水分、料液位的装置，应用到煤矿选矿流程中能够有效实现选煤自动控制，从而提高煤矿开采的生产质量和效率。

3.煤矿选矿领域中应用的设备

(1)重介质旋流器

在煤矿选矿技术中，重介质技术设计的核心是重介质旋流器。重介质旋流器是控制重介质选煤质量和效率的关键，其各项参数、性能一直是技术人员研发的重点课题，比如耐磨材质选用、介质和煤的入料方式等。目前，我国已研制成功了直径1.5m的、世界上尺寸最大的重介质旋流器，处理能力范围在520～780t/h，能够分选原煤的尺寸范围为0～120mm。其中，重介质旋流器有不同的型号分类，各自有不同的特点和优势。比如3SNWX1500/1100－Ⅳ型重介质旋流器，这是一种四给介无压三产品的型号，处理能力为550～650t/h，原煤分选下限为0.5mm。这种型号的重介质旋流器的重点优势在于相较于单给介旋流器的能耗大幅度降低，根据已投入使用的四给介型号旋流器使用成果来看，能耗降幅在20%左右，是一个非常亮眼的成绩。又比如3DMC1500/1100AP型重介质旋流器，这是一种有压三产品的型号，处理能力为580～620t/h，原煤分选范围为0～30mm。这种型号的重介质旋流器的重点优势在于，实际应用过程中的分选下限可以探到0.25mm，是目前重介质旋流器众多型号中下限最低的。除此外，还有FZJ1500型重介质旋流器，这是一种入料结构为蜗壳、两产品的型号，也是我国众多重介质旋流器中直径最大的。这种旋流器的处理能力最高可达到780t/h，原煤分选范围为1.5～120mm，是最适合应用在动力煤分选的旋流器。

(2)跳汰机

跳汰机属于煤矿选矿领域中应用历史最长的设备，具备单机处理量大的优势，也是比较适合进行大型化发展的煤矿选矿设备之一。目前，我国主要应用和研究的跳汰机品类是SKT型筛下空气室跳汰机，这是一种最大面积已经达到36m2的处理设备，处理能力最高可达650t/h。SKT型筛下空气室跳汰机的内部结构包括风阀、空气室、机体、入料、排料等数个部分，具体应用中可根据需求进行两段配置或三段配置。所以，跳汰机的工作面积并不固定，需要根据实际情况来进行选择和调整。常规跳汰机存在指标难以稳定的问题，是跳汰机研发的难题之一，也是影响跳汰机分选范围下限的关键因素。我国研发的SKT型筛下空气室跳汰机在主振的基础上增加了辅助振动，形成复振的效果，这样SKT型筛下空气室跳汰机在实际应用过程就呈现了分选时间延长的结果，提高了处理质量和效率。SKT型筛下空气室跳汰机的分选范围上限扩大至200mm，下限扩大至30mm，处理后矸石的带煤量不超过4%，有效提高了分选质量和效果。

(3)浮选设备

在世界范围内，浮选设备都是一种使用比例较高的选煤技术设备，其中机械搅拌式浮选设备占比最高，比例约为八成，浮选柱和喷射式浮选设备占据剩下的二成。我国国内的选煤厂设备使用情况也基本如此，比例比较相近。国内常见的机械搅拌式浮选设备为自吸空气机械搅拌式，这是一种适应性较强的浮选设备，能够满足我国煤矿种类全、品质跨度大的选煤现状。这种浮选设备设计了“假底下吸、周边串流”的入料渠道，满足煤矿选矿处理需求量大的现状；配合叶轮、稳流板形成了设备内立体循环模式，能够有效提高浮选质量和效率；还能够根据入料的可浮性来选择一次浮选还是二次浮选，适应性强，适合在煤矿品质复杂的情况下应用。除了机械搅拌式浮选设备外，浮选柱设备占据剩下浮选设备的75%，喷射式浮选设备只占据25%，是浮选领域中最少的一种。FCSMC系列是一种浮选柱设备，利用的是逆流碰撞矿化原理，能够在相对静态的环境中完成煤炭细颗粒的分选，实现灰分的有效降低，降低幅度为0.5%～1%。FJCA系列是一种喷射式浮选设备，利用的是喷射过程中形成的空气微泡，用空气微泡来带动三相混合物中的煤炭颗粒析出。喷射式浮选设备所需要的占地面积比较小，矿化器设备规格通常不超过6m，单槽容积不超过44m³。

4.煤矿选矿技术的发展趋势

(1)选煤工艺流程自动化、智能化

随着煤矿选矿技术的不断成熟，设备的不断精研，控制设备、传感元件、监测仪表的不断精进，我国选煤工艺流程必将逐渐呈现自动化、智能化的趋势。我国目前针对煤矿选矿设备、技术的研究也主要朝向这方面，开发适合用于千万吨产量的块煤、末煤、细颗粒分选成套设备，和适合用于选煤系统监测、控制的配套设备，为实现千万吨级别自动化、智能化选煤提供技术支持。

(2)井下完成选矿过程

煤矿作为深埋地下的资源，开采过程中伴随着对地质结构的必然影响，在井下完成分选，一方面可以实现对矸石的就地回填，减少因采煤产生的岩层沉降和地表环境破坏，而且矸石不在地表产生还能够有效避免矸石长期堆放产生的粉尘污染和自然隐患；另一方面还可以实现对升井能源利用率的提高，减少升井运输中为矸石做功的部分能耗，降低升井设备的磨损程度，延长使用寿命，降低煤矿开采企业的运行成本。除此外，井下选矿还能够降低噪音，对生产工作人员的身心健康更加友好。井下空间不比井上地表空间大，需要小型化、一体化、紧凑型的选矿设备。

5.结束语

我国煤矿选矿技术及其设备正在朝着大型化、自动化方向发展，未来随着技术的成熟，还会逐渐实现智能化。井下选煤更适合我国的生产和环境需求，未来井下选矿技术及设备的小型化、紧凑化发展也会是重点内容。这些都是煤矿选矿领域追求经济效益、社会效益、环境效益最大化的必然结果。