袁大滩选煤厂设计分析

陈警卫

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

袁大滩煤矿地处陕北侏罗纪煤田榆横北区东北部，隶属于陕西煤业化工集团陕北矿业公司，位于榆林市榆阳区芹河乡。为推进陕北大型煤炭基地建设，保障能源稳定供应，优化煤炭产业结构，集团加快了袁大滩煤矿的建设步伐。袁大滩矿井含有可采煤层7层，其中大部分可采煤层有4层，为2、3-1、4-2、5号煤层；局部可采煤层3层，为7、8、9号煤层。矿井设计可采储量为437.45 Mt， 2号煤和4-2煤均采用长壁采煤方法； 3-1号煤和5号煤采用长壁薄-中厚煤层一次采全高采煤方法。袁大滩矿井原煤属于中灰中硫煤，为了响应国家节能减排政策，稳定煤矿煤质，降灰降硫，提高企业经济效益，特提出建设配套选煤厂。选煤厂设计能力为5.0 Mt/a，属大型矿井型动力煤选煤厂。

1 煤层及煤质特征

1.1 煤层特征

袁大滩矿初期开采2号煤层，此煤层可采厚度为1.2～4.26 m，平均可采厚度为1.76 m，属薄煤层。该煤层大部分不含夹矸，个别含1～2层夹矸，厚度为0.10～0.69 m，岩性主要为粉砂岩。煤层顶板岩性主要为细粒砂岩、粉砂岩；底板岩性主要为粉砂岩，该煤层属大部可采的稳定型煤层。

1.2 煤质特征及煤的用途

矿区主要可采煤层为中灰、中高全水、高挥发分、高热值、中硫、低磷、低氟、低氯、一级含砷、高热稳定性、较低软化温度灰、黏结指数为0的长焰煤。主采的2号煤以不黏煤和长焰煤为主，个别为弱黏煤。

根据煤质特点，确定袁大滩矿井煤的主要用途为[1-2]：①因挥发分和发热量均较高，故燃烧性能良好，发火快，排渣量小，有害气体少，是优质发电用煤，且煤中砷含量<8 μg/g，是食品工业的优质燃料；②因灰分中等，挥发分高，是较好的气化、间接液化、化工用煤原料；③因该矿煤焦油产率高，为富油煤，可作低温干馏原料煤。

1.3 煤的可选性分析

袁大滩矿首采区为2号煤层，对其进行钻孔资料统计，预测原煤灰分。按照预测的原煤灰分校正就近生产煤矿小纪汗2号煤筛分浮沉资料，得到袁大滩选煤厂入选原煤筛分试验结果(表1)和200～13 mm原煤浮沉试验结果(表2)[3-5]。

表1 原煤筛分试验结果

表2 200～13 mm原煤浮沉试验结果

注：当理论分选密度<1.70 g/cm3时，以扣除沉矸(>2.00 g/cm3)为100%计算δ±0.1含量；当理论分选密度≥1.70 g/cm3时，以扣除低密度物(<1.50 g/cm3)为100%计算δ±0.1含量

由表1和表2可以看出[6-8]：

(1)袁大滩矿原煤灰分为18.80%，属于低灰分煤，不经过洗选亦可满足一般动力煤用户的要求，但对于发热量要求较高的用户，在井下煤质发生变化时，不经过洗选的原煤市场竞争力不强，企业效益最大化没有保障，故增加原煤分选环节十分必要。

(2)>13 mm粒级块原煤含量为45.78%，其灰分为18.84%，稍高于原煤灰分，说明块煤中含有相对较多的矸石，工艺选择时可考虑通过块煤洗选加工，实现排矸降灰。

(3)<0.5 mm粒级原生煤泥含量为5.04%，灰分为26.14%，含量不多，但灰分较原煤高，说明原生煤泥中含有一定量的高灰细泥，因此在工艺选择和设备选型中应予以重视。

(4)<1.4、>2.00 g/cm3密度级为主导密度级，其中<1.4 g/cm3密度级灰分较低，>2.00 g/cm3密度级矸石灰分高达76.56%，说明在采用较高密度分选时，可以排出纯矸，洗选出低灰精煤。

(5)1.4～2.0 g/cm3密度级含量较少，说明煤的可选性较好，分选密度在此范围变化时，对精煤产率的影响不大。

(6)从浮沉煤泥含量和灰分来看，浮沉煤泥的含量不大，灰分较原煤灰分低，说明矸石泥化不严重。

2 选煤方法及工艺流程

2.1 选煤方法

袁大滩矿原煤为不黏煤和长焰煤，为典型的动力煤，为节约洗选成本和提高企业效益，采取原煤部分洗选工艺，但根据原煤筛分资料分析可知：块煤(>13 mm)与末煤(<13 mm)灰分差别不大，难于确定分选粒级。考虑到煤层厚度为薄煤层(平均厚度为1.7 m)，采煤机容易割顶板和底板而引起块煤实际灰分比预测偏高，再综合煤质及用户需求后，最终确定的选煤方法为：200～13 mm(预留下限降至8 mm的可能)块煤采用浅槽重介分选，<13 mm末煤暂不分选(预留分选的可能性)，粗煤泥采用离心机回收，细煤泥采用压滤回收[9]。

2.2 工艺流程

根据确定的选煤方法及分选粒级，最终确定的工艺原则流程如图1所示。该工艺包括：原煤准备系统、浅槽重介分选系统、介质回收系统、煤泥水处理系统等[10-11]。

图1 袁大滩选煤厂分选工艺原则流程

2.2.1 原煤准备系统

袁大滩矿原煤(300～0 mm)分级采用双层弛张筛，弛张筛上层为固定筛，筛孔为35 mm(出料端局部为100 mm)，下层为弛张筛，筛孔为13 mm(预留筛孔降至8 mm的可能)，原煤经过弛张筛两层分级后，<13 mm末煤直接作为末煤产品；>100 mm大块原煤经过手选和破碎至<200 mm后与上层筛前100～13 mm原煤共同作为块煤产品。

2.2.2 浅槽重介分选系统[11-13]

进入主选系统的块原煤(200～13 mm)先进行φ6 mm脱泥，脱泥筛筛下<6 mm末煤直接进入末原煤处理系统中，经过弧形筛和离心机脱水后掺入末煤产品；块原煤(200～13 mm)经脱泥后进入浅槽重介分选机分选，分选出的精煤由双层香蕉筛(上层筛孔为φ30 mm，下层筛孔为φ0.75 mm)脱水脱介后，上层直接作为块精煤产品，筛下30～13 mm小块精煤经离心脱水后既可以掺入最终块精煤产品，也可以通过转载掺入混煤产品。块煤产品有三种生产方式：①大块精煤(200～13 mm)直接破碎至<50 mm后作为混精煤产品；②大块精煤(200～13 mm)破碎至<80 mm后去块煤地销仓上进行分级，分出洗中块(80～30 mm)、洗小块(30～13 mm)两种产品；③大块精煤(200～13 mm)去块煤地销仓上进行分级，分出洗大块(200～80 mm)、洗中块(80～30 mm)、洗小块(30～13 mm)三种产品。浅槽重介分选的矸石经脱介筛脱介后作为最终产品被运至矸石仓。此外， 200～13 mm块原煤设计有旁路系统，可以不经过洗选，破碎至<50 mm后直接作为最终产品，同时系统预留分选下限降至8 mm的可能性。

2.2.3 介质回收系统

精煤固定筛下的合格介质经分流大部分返回合格介质桶，小部分合格介质与精煤脱介筛、矸石脱介筛下稀介质一起进入磁选机磁选净化，精矿返回合格介质桶循环使用，尾矿一部分作为脱泥筛的冲水，另一部分进入煤泥回收系统进行回收净化。

2.2.4 煤泥水处理系统

块煤进入脱泥筛(φ6 mm)后，筛下水经弧形筛和末原煤离心机脱水后掺入末煤产品，弧形筛筛下水、离心机离心液经煤泥泵打入浓缩旋流器进行浓缩分级；浓缩旋流器底流再经粗煤泥弧形筛和粗煤泥离心机脱水回收，旋流器溢流、粗煤泥弧形筛筛下水和粗煤泥离心机离心液全部进入浓缩机浓缩；浓缩机底流进入快开式隔膜压滤机回收，回收的煤泥掺入末煤产品，浓缩机溢流作为循环水使用。煤泥水经粗煤泥、细煤泥分别回收后，可完全做到煤泥厂内回收和洗水闭路循环。

3 产品结构

根据邻近矿区已建成选煤厂的产品结构[14-15]，并结合该厂原煤煤质，确定袁大滩选煤厂有三种不同的生产方式，每种生产方式的产品结构如下：

(1)洗精煤(50～0 mm)，灰分<10%，全水分≤16.0%，硫分≤1.0%，低位发热量>23 MJ/kg； 混煤(13～0 mm)，低位发热量≥21 MJ/kg。产品平衡表见表3。

(2)洗中块精煤(80～30 mm)，低位发热量>23 MJ/kg；洗小块精煤(30～13 mm)，低位发热量>23 MJ/kg；末煤(13～0 mm)，低位发热量≥21 MJ/kg。产品平衡表见表4。

(3)洗大块精煤(200～80 mm)，低位发热量>23 MJ/kg；洗中块精煤(80～30 mm)，低位发热量>23 MJ/kg； 混煤(30～0 mm)，低位发热量≥21 MJ/kg。产品平衡表见表5。

由表3、表4、表5可知：生产<50 mm洗精煤及<13 mm末煤产品可按照表3的方式生产，产品可主要供电厂和化工厂；生产洗小块、洗中块精煤产品可按照表4的方式生产，产品以化工用户为主；生产洗大块、洗中块精煤产品可按照表5的方式生产，精煤产品以地销为主。

表3 生产<50 mm洗精煤及<13 mm末煤产品平衡表

表4 生产30～13 mm洗小块及80～30 mm洗中块精煤产品平衡表

表5 生产200～80 mm洗大块及80～30 mm洗中块精煤产品平衡表

4 效益分析

2020年袁大滩选煤厂经济效益分析见表6。

表6 2020年袁大滩选煤厂经济效益分析

袁大滩选煤厂于2019年10月投产，2019年原煤处理量为510万t，2020年原煤处理量为520万t，生产洗精煤200万t，平均精煤灰分为7.0%，达到了设计能力及产品指标，2020年选煤厂利润达7 800万元。

5 结语

袁大滩选煤厂工艺流程的制定充分考虑了原煤煤质特点和产品市场的需求，产品以电力用煤为主，兼顾民用，系统简单，处理能力大，分选精度高，可适应煤质变化和产品多样化的需求，在任何情况下均可以最大限度地提高精煤产率，同时能够满足市场对产品煤的质量要求,从而为企业带来良好的经济效益。袁大滩选煤厂的生产实践可为其他动力煤选煤厂的设计提供良好的借鉴。