智能干选机在转龙湾煤矿选煤厂的应用

刚罗宝，张衍军

(鄂尔多斯市转龙湾煤炭有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017205)

转龙湾煤矿选煤厂原设计为5.00 Mt/a(设备按8.00 Mt/a配置)，产品结构为30～100 mm块煤、13～30 mm籽煤及小于13 mm混煤。选煤厂原设计为混合跳汰工艺，粗煤泥处理系统采用旋流器+弧形筛+煤泥离心机工艺，因单段跳汰机矸石带煤率超过7%，造成精煤回收率低、矸石易自燃且粗煤泥水分超标，影响产品质量；另外矿井构造带较多，过断层及薄煤带期间矸石含量达到40%以上，造成矸石分选及运输环节压力增大。针对以上问题，2019年对选煤厂进行了技术改造，增加1套4.00 Mt/a的TDS智能干选系统，处理50～200 mm级原煤，0～50 mm级原煤由原跳汰系统处理，改造后处理能力达到12.00 Mt/a。

1 入洗原煤煤质分析

转龙湾煤矿目前主要开采Ⅱ-3层煤，煤层厚度在2.5～4.2 m，平均厚度3.59 m，煤层地质构造复杂，薄煤带、断层分布较多，顶板通常为粉砂质泥岩，底板泥质粉砂岩较多，原煤平均灰分在26%左右，个别时段原煤灰分达到40%，矸石多以块状出现，泥化较严重，给选煤厂煤泥水处理带来较大压力。矿井原煤的筛分浮沉试验结果见表1。

通过表1数据可以得出，50～200 mm块煤含量高；原煤随着粒度减小，灰分逐渐降低(小于0.5 mm除外)，说明块煤含矸石量较多，灰分比临近粒度级的高。小于0.5 mm原生煤泥产率为4.81%。而在实际生产全入洗情况下，细煤泥的产率达到8%～14%，说明洗选过程中次生煤泥和浮沉煤泥产率高，应尽量减少原煤下水。

表1 原煤筛分试验

分析表2可知，小于1.3 g/cm3密度级的产率为46.42%，灰分5.81%；大于1.8 g/cm3密度级的产率为44.91%，灰分为90.90%；中间产物含量极低。两头大，中间小，有利于分选，而且大于1.8 g/cm3密度级的灰分很高，说明矸石纯度高。对于200～50 mm原煤，当分选密度为1.3 g/cm3时，入选煤的可选性等级为极难选；当分选密度为1.4～1.8 g/cm3时，入选煤的可选性等级为易选。

表2 200～50 mm浮沉综合

50～200 mm原煤进行预先排矸从工艺上可行，为减少原煤入水泥化给后续环节带来的煤泥水处理压力，选择块煤干法选煤技术(X射线选煤)对转龙湾选煤厂进行技术改造。

2 智能干法选煤工艺(TDS)

2.1 TDS智能干选机分选原理

TDS智能干选系统包括给料、布料、识别、执行几大主要系统，以及供风、除尘、配电、控制等辅助系统。TDS智能干选机采用X射线智能识别方法，X射线的穿透力与物质密度有关，利用X射线穿过该物质后的衰弱强度不同，可以把密度不同的物质区分开来。然后针对不同的煤质特征建立与之相适应的分析模型，通过大数据分析，对煤与矸石进行数字化识别，最终通过智能排矸系统将矸石排出(图1)。

图1 TDS智能干选机工作原理示意

2.2 TDS智能干选机应用领域

(1)替代手选；

(2)代替动筛排矸；

(3)代替块煤重介浅槽排矸；

(4)适用于高水分原煤和见水后水分增加的原煤分选；

(5)适用于缺水地区煤炭的分选和褐煤的分选；

(6)适用于次生煤泥含量高的原煤的分选。

2.3 TDS智能干选机特点

(1)系统简单。TDS智能干选机与传统湿法选煤系统的最大区别在于不用水，没有传统湿法分选系统复杂的煤泥水浓缩压滤系统，没有生产管道；而且设备数量少，关联衔接点少，系统简单。

TDS智能干选工艺因不需借助水和介质对煤炭的分选，从而没有产品脱水、脱介、水处理及介质回收系统，大大简化了工艺流程。

(2)处理粒度范围宽。TDS智能干选机可分别处理300～50 mm、100～25 mm的块原煤，能实现块煤的有效分选。

(3)分选精度高。TDS智能干选机采用大数据及智能分析技术，准确辨别煤与矸石，并实时跟踪物料的动态变化，锁定执行目标，寻找最佳执行时机，实现精确分选。其分选精度优于动筛及跳汰分选。

(4)不产生煤泥。TDS智能干选机采用先进的检测及执行技术，分选过程不需水，不产生煤泥，可大大提高企业效益。

(5)节能降耗。TDS智能干选机以X射线作为识别手段，高压空气作为分选执行介质，主要能耗设备为空压机。与传统水洗工艺相比，不需要大量的水和介质的循环，省去了合介泵、煤泥水泵等大功耗设备，不用水、不用介质、不加药，生产消费大大降低。

(6)维护量低，用人少。TDS智能干选机系统设备数量少，各设备及部件均结实耐用，维护周期长，维护量小。TDS智能干选机采用前沿科技技术，系统高度自动化，正常生产时仅需1人监控即可，实现无人值守。

3 产品质量分析

转龙湾煤矿选煤厂块煤智能干选系统2019年12月底投入运行，前期进行200～50 mm粒级两产品分选，系统调试运行2周后，进行了三产品分选，对各种产品进行了取样实验，见表3。

表3 两产品分选试验结果

根据表3中数据分析可知，200～50 mm块原煤的矸石平均产率为29.18%。综合分析，经过TDS智能干选机分选后，干选矸石的平均矸中带煤率为0.12%，干选精煤的平均煤中含矸率为0.87%，说明排矸效果明显、分选精度高。

根据表4中数据综合分析可知，经过TDS智能干选机进行三产品分选后，干选矸石的矸中带煤率0%，干选精煤的煤中含矸率为0.15%，干选中煤占产品总量的4.23%左右，占比较低，中煤产品内含少量的矸石错配，可经过后续洗选排矸。从以上数据来看，经过三产品分选，干选精煤及干选矸石均比较纯净，说明排矸效果明显、分选精度高。

表4 三产品分选试验结果

4 效益分析

4.1 提高块煤率

TDS工艺较其他洗选工艺最明显的特点就是块煤不入水，避免长时间浸泡在水中，降低了块煤崩解率，同时分选环节少，跌落高度低，也会减少块煤损失率。TDS分选工艺块煤产率会比原跳汰工艺提高2%左右，块煤与混煤综合差价按120元/t计，按年8.00 Mt/a处理量核算(不考虑产能增加部分)，则每年TDS干选+跳汰工艺比单纯跳汰工艺提升效益：800×2%×120=1920(万元)。

4.2 次生煤泥效益

块煤系统中TDS工艺较跳汰工艺减少2%煤泥量，入洗块煤量按照4.00 Mt/a计算，年减少煤泥8万t，煤泥掺入混煤中，块煤与混煤综合差价160元/t，则每年TDS工艺比浅槽方案提升效益8×160=1280(万元)。

4.3 块煤加工费

TDS设备台数少，备品备件及维修费用低；TDS智能干选系统装机功率比跳汰及浅槽少，电耗少，并且没有水耗及介耗。因此，TDS系统运营费远低于跳汰系统。

估算跳汰加工成本为7元/t，TDS加工成本为3元/t，设计入洗块煤量按照4.00 Mt/a计算，TDS工艺可降低生产成本400×(7-3)=1600(万元)。

4.4 综合经济效益

综合以上比较，在保块煤率效益、次生煤泥效益、块煤加工费方面，TDS系统比浅槽系统每年至少多产生6 000余万元的经济效益。

5 存在问题

(1)辅助设施的可靠性决定分选效果。转龙湾选煤厂TDS干选机执行机构配置的电磁阀数量达到348 个/台，单台TDS用风量达到30 m3/min，风压需在0.7～0.8 MPa，电磁阀对风质、风压要求较高，压风必须干燥清洁，防止铁锈或杂质堵塞电磁阀造成长喷或不喷，容易形成矸石带煤或煤种含矸率超标。

(2)除尘设施要完善。块煤干选过程中，出料端因压风不停喷吹，吹起的矸石连续碰撞箱体，造成大量扬尘，如果干选机除尘器、后续胶带机转载点除尘设施不完善，容易造成系统起尘，严重威胁安全生产和人身健康。

(3)噪声控制。干选机压风在喷吹的瞬间，会产生的较大噪声，吹起的矸石碰撞箱体也容易产生噪声，如果4台干选机生产，将有1 000个以上的电磁阀不停的喷吹，若现场降噪设施不完善，会严重影响职工身心健康。

6 结 语

TDS块煤智能干法选煤工艺无论是在经济效益上、运营上还是投资上都有明显的优势，尤其是三产品块煤智能干选机首次成功运用于转龙湾煤矿选煤厂，确保了矸石、精煤质量。针对煤泥量大，煤泥难处理，无法单独销售的难点，TDS具有更明显的工艺优势，更适用于类似于转龙湾煤矿的原煤煤质。下一步如果将视频识别技术与X射线识别有效结合，产品质量会有更大的改善。