X射线智能选矸技术在姚桥选煤厂的应用

蒋林龙

(上海大屯能源股份有限公司选煤中心，江苏 徐州 221611)

大屯姚桥选煤厂建成投产于20世纪90年代末，是矿井型选煤厂，设计能力为3.00 Mt/a，生产工艺为：小于50 mm原煤无压三产品重介旋流器分选+煤泥直接浮选。姚桥煤矿井下0～300 mm原煤提升出来后进入选煤厂准备车间，经过50 mm分级筛，筛上物料通过三通溜槽进入2条人工手选胶带上，选出大块矸石，分选后的原煤进入破碎机破碎至50 mm以下，与分级筛筛下物料进入原煤储运系统作为重介主洗原煤。

1 矸石分选

人工手选矸石工艺存在劳动强度大、效率低的弊端，特别是井下采煤过断层、矸石含量超过40%以上时，只能靠不断增加人员维持系统正常生产。经过多方走访调研，选煤厂决定进行技术改造，将工人从繁重低效的体力劳动中解脱出来，最终确定采用X射线智能风力选矸工艺代替人工手选。

2 技术改造

2.1 试验

2018年1月16日，于姚桥新井原煤车间手选带采集煤样共4 t，运至设备厂家进行试验。共进行4次干选试验，每次试验入料约300 kg，4次试验入料块煤占比逐步增加。试验结果见表1。

分析表1发现，第1次和第2次入料中煤与矸石质量比分别为：0.21、0.38，在这种条件下煤中含矸石分别为2.50%、2.53% ；第3次和第4次入料中煤与矸石质量比分别为：0.72、1.6，在这种条件下煤中含矸石分别为0.78%、0.71% 。可以推测出随着煤与矸石质量比比值的增加，煤中含有矸石的量呈下降趋势；同时表1中也可以看出随着煤与矸石的质量比比值的增加，矸石中含有煤的量呈上升趋势。

表1 试验结果

2.2 工程改造

通过统计姚桥选煤厂新井大于50 mm 原煤产量的质量数据，原来进入人工手选系统的块煤占原煤产量的35.21%，原煤选煤系统设计生产能力为455 t/h，最大产量为550 t/h，最大矸石处理量为193.66 t/h，因此选择的X射线风选排矸系统处理能力为200 t/h。

2.3 改造后原煤准备系统工艺流程

原煤经50 mm分级后，大于50 mm块煤被 运转至X射线风选排矸系统的分级布料筛，均匀分布在X射线识别的胶带上，通过智能识别系统接收装置的反馈对矸石或煤炭进行识别，系统通过107个高压风阀进行风选，高压风阀吹出煤或矸石后，煤与布料筛下的物料一起进入原煤新破碎机，破碎后，物料进入原煤储运系统，矸石则通过矸石缓冲仓进入矸石运输系统。改造后原煤准备系统工艺流程见图1。

图1 改造后原煤准备系统工艺流程

3 改造应用效果

2019年12月15日，姚桥选煤厂X射线风选排矸系统改造完成，带煤试生产。2020年4月13日开始，姚桥选煤厂X射线风选排矸系统进入带负荷正常运转，生产期间各系统运转正常。至2020年4月27日，X射线风选排矸系统累计运行220 h，分选新井原煤95 558 t，煤中带矸及矸中带煤各项指标达到设计要求。

2020年4月，姚桥选煤厂X射线风选排矸系统正式投入使用，与新井原煤提升同步运行，对分选效果进行了采样分析，结果见表2。

分析表2得出，设备运行期间各项指标较为正常，平均矸中带煤率低于2.0%，平均煤中带矸率4.17%，低于5.0%，达到设计标准。

表2 实际运行分选效果

4 生产运行中存在的问题

X射线风选排矸系统是通过X射线发射与接收后将其识别为矸石和煤并加以准确跟踪定位，待其在机头抛出时，系统根据已经识别的结果，用高压风阀将矸石或煤打出。保证高压风系统稳定运行的重要部件是电磁阀，电磁阀在4 s中可以工作(喷气的次数)20次左右，所以对环境要求也比较高，阀体里的每个部件出问题都有可能降低其应用效果。车间于2020年9—12月连续4个月对电磁阀的使用情况做了跟踪检查，并作记录(表3)。经过长时间现场观察和统计得出以下几点分析报告：

表3 电磁阀维修记录

(1)电磁阀故障率较高，为了维护生产的正常运行，需要及时维护。主要故障情况如下：漏气占74%、气小占13%、喷气口堵占10%，其他个别更换的铁锈堵在先导阀里。

(2)高压风进风管道有铁锈，粗略统计在修复的电磁阀里50%是被进风管里面的铁锈堵住的。

(3)滤网容易脱落，由于阀门进气口有铁锈进入，从而导致铁锈在滤网上积聚，长时间的聚集使滤网承受的压力增大，最终导致滤网滑进先导阀里，阻碍执行机构动作，不能及时打风。

(4)阀门出气口阻塞，电磁阀是在由执行动作指令时工作，如果在煤多的情况下“打矸”，那么在一段时间内有一个阀门出气口上方一直有煤落下，在此期间恰好该电磁阀不工作，就会有很多煤渣和煤灰进入吹起口，长时间会使其进入电磁阀里，导致出气口堵橡胶铁芯不运作。

12月份电磁阀更换较少，较上个月相比减少了50%，看上去很可观，实则进入系统的矸石量在逐步增大，因为没有O形圈和新阀可更换，在现场修一个漏风的阀超过4次后，对其进行封堵，保证矸石中不带煤。

目前10月、11月更换的新阀还未出现问题，还不能测出一个电磁阀使用周期。电磁阀出现堵塞时不能拆，因为拆过之后安装必会出现漏风。2021年1月5日测试后共有27个阀出现问题，其中堵塞16个，喷气效果差的11个。

5 结 语

(1)通过实验室试验和工业生产分析，发现入料中煤与矸石的质量比对分选效果有一定的影响，煤与矸石的质量比比值越大，分选后煤中含有矸石的量呈下降趋势，而矸石中含有煤的量呈上升趋势。

(2)X射线风选排矸系统投入运行后，吨原煤电耗与维检成本增加0.79元；由机械选矸替代人工选矸，减少用工30人，工人平均年工资5万元/人，全年节省人工成本150万元，折合吨入洗原煤成本减少0.5元；机械选矸效率(95%以上)比人工选矸效率(50%左右)提高45%，月累计选矸量增加1.7万t，年累计多选矸石量20.94万t；选煤成本按照30元/t核算，年洗选成本降低628.2万元，折算吨原煤成本降低2.09元。合计吨入洗原煤可节约人工及加工费1.80元。

(3)采用X射线风选排矸系统替代人工选矸，减少用工，降低职工劳动强度，改善了工作环境；实现了机械化换人、自动化减人的安全生产目标，提高了选煤厂智能化水平；改善了入洗原煤质量，洗选生产系统、精煤产品质量稳定性提高，保障了选煤效率和效益。

(4)该套系统共有106个电磁阀，通过目前生产运行看，供风系统是维修的重点，需要及时维护更新确保系统生产的正常运转。