永定庄选煤厂TDS 智能干选工艺的应用研究

靖吉东

（晋能控股煤业集团大地选煤公司永定庄选煤厂，山西 大同 037003）

1 概况

永定庄选煤厂隶属于大同煤矿集团有限责任公司，位于大同煤田向斜中段东南侧，地理位置在大同市西南约23.5 km 处。永定庄选煤厂设计能力210 万t/a，小时处理量400 t/h，属大型模块化动力煤选煤厂。2016 年集团公司发展规划，永定庄矿井产能将提升到3.60 Mt/a（小时能力681 t/h），选煤厂入洗能力为2.10 Mt/a（小时能力400 t/h），存在1.50 Mt/a 能力缺口，无法满足矿井原煤全部入洗的要求。为了满足入洗规模提升需求，提升矿井产能，选煤厂对原有选矸系统进行TDS 智能干选升级改造，将洗选能力提升至3.60 Mt/a。

2 TDS 智能干选原理分析

TDS 智能干选实际上是一种基于智能识别方法的分选系统，通过给料系统将待选的煤块平铺在布料器上，煤块平铺需要单层，增加分选精度，然后通过识别装置对布料器上的煤块和矸石进行识别[1]。常用的识别装置为X 射线穿透识别器，X 射线对物料的识别信息会实时转化为数字信号后上传到服务器，服务器通过接收数据并智能运算后，输出系统上选料阀门的动作信号，控制选料阀门的开闭，同时控制高频电磁阀的动作，对物料进行喷吹，实现煤块与矸石的精准分选[2]。TDS 智能干选原理如图1。

图1 TDS 智能干选原理图

TDS 智能干选系统由给料、识别、执行和辅助四大系统构成[3]。给料系统主要实现原料的布料功能，由布料电动机、联轴器、减速机、皮带、滚筒以及防护罩等零部件构成，与传统的带式输送机有一定的相似。识别系统则主要由X 射线发生器以及各种防护箱构成，防护箱用于防止X 射线对系统外设备和人造成影响。TDS 智能干选系统上的X 射线源属于Ⅲ类射线发生装置[4]，结构如图2。执行系统主要通过接收控制信号，执行电磁阀动作，控制喷气装置的开闭，完成分选，结构组成包括电磁阀组、分隔板、缓冲皮帘以及收集罩等。执行系统的喷吹机构由于结构特点，要求经过分选通道的原料必须不能重叠，保证分选精度。辅助系统主要实现供风、除尘、冷却、提供电能等功能，辅助以上三个系统实现各自功能[5]。

图2 X 射线源装置结构示意图

3 TDS 智能干选系统优化与设备选型

进行TDS 智能干选系统改造后，智能干选工艺流程为：矿井原煤首先通过条型筛进行筛分，将300 mm 以上的大块原煤筛选排出，300 mm 以下的原煤进入到原煤分级筛。通过筛分后，筛下煤为-50 mm，直接通过皮带输送到上仓，筛上原煤则进入到振动布料筛作为TDS 智能干选机的原料。通过TDS 智能干选机在设备皮带上通过识别系统和执行动作系统的配合作用下，控制喷吹控制电磁阀的开闭，利用空气压缩机产生的高压洁净压缩气体将原料中的煤和矸石分开。煤经过破碎机破碎后通过运输皮带进入原煤转载系统，矸石则进入限下分级筛，经过振动筛分完成矸石和末煤的分离。其中矸石通过矸石转载系统运输装载，末煤通过原煤转载系统进行运输转载。整个TDS 干选流程如图3。

图3 TDS 智能干选系统工艺流程示意图

TDS 智能干选系统可以根据煤质变化实现煤、矸切换。筛分车间原筛分手选系统作为干选系统的备用系统，当矿井与选煤厂生产不同步时，可以将原煤系统切换到现有筛分手选系统。干选系统设备选型主要依托煤场原煤质量以及当前干选系统现状。

（1）智能干选机

智能干选机是干选系统改造的重点，选煤厂平时选煤处理量685 t/h，最大来煤量800 t/h，选用一台带宽为2.4 m、最大运载量850 t/h 的干选机。

（2）气源系统

空气压缩机作为分离煤和矸石的气源，性能参数是喷吹分离效果的关键[6]。通过分选试验发现，在带煤量保持稳定的情况下，原煤中的含矸率较高，通过对矸石喷吹后，系统的气压损失约为0.2 MPa，而为了保证喷吹效率，要求作用在原煤上的气压不能低于0.55 MPa。根据系统设定，一旦喷吹气压低于0.55 MPa，系统风压低报警程序开启，TDS 智能干选系统会执行报警停机动作。因此空气压缩机的选择除了要满足气量要求后，还要满足气压要求[7]。经过核算，系统选用两台SA185/0.8 风冷双级螺杆型，双级压缩空压机的排气量较单机压缩空压机气量更大，而螺杆压缩机的排气压力可以稳定在0.8 MPa，如果用气端出现憋压现象，空气压缩机会自动卸载压力，保证气源的稳定安全。排风压力选择0.8 MPa，并设定其自动启动压力为0.60 MPa，自动卸载压力为0.85 MPa，通过PLC 进行智能自动控制，满足喷吹气源性能要求。

（3）布料筛选型

TDS 智能干选系统对原料布料有很高的要求，需要原料单层布料[8]，才能最大程度进行原料筛选。影响布料层数的因素主要有两个：布料胶带的宽度以及布料筛与干选机的角度[9]。布料胶带的宽度太小，在处理量一定的情况下，更容易发生堆料现象。通过研究发现，布料筛上的大粒径原料在布料过程中可能会出现后翻现象，导致原料重叠[10]。基于以上原因，结合永定庄选煤厂原煤处理量，选取布料胶带宽度为1.2 m 的3YA1237 型振动布料筛，并调整布料筛与干选机入料滑板的角度，杜绝后翻情况发生。关键设备选型见表1。

表1 TDS 智能干选系统主要设备选型汇总表

4 应用效果

永定庄选煤厂干选车间建成使用后，带煤量为800 t/h 依然能够保证整个生产系统平稳运行。日常对TDS 干选机分选出精煤和矸石取样进行浮沉试验。浮沉试验结果：精煤带矸率4.55%，矸石带煤率2.8%，产品符合生产标准。根据生产实际情况制成产品平衡表，由表2 数据可以看出，干选车间的应用，能够保证外运精煤产品达到集团公司2.092 9×104kJ 的要求，取得了良好的效果。

表2 TDS 干选系统应用后产品平衡表

TDS 智能干选系统投入使用后，通过现场煤样采集以及进行工业试验检验发现，分离后的矸中带煤率为0.66%，极大程度低于煤矿要求的1.2%含量要求，说明TDS 智能干选系统对煤矸分离效果明显，提升了煤炭的分离效率，保证经济效益。另外，通过资料统计，应用TDS 智能干选系统后，系统人员结构配置发生了很大变化，专职操作实际和浓缩池运行司机工作全部由机械自动化完成，另外设备维护人员数量和工作量也大大减少，相较于原来的干选系统，共减少人员32 人，按照每人每年8 万元收入来计算，每年可以节省人工开支约250 万元。