关于炼焦煤矿井天然焦及热变煤分选的探索

梁增田

（开滦能源化工股份 范各庄矿业分公司，河北 唐山 063100）

1 概 况

范各庄矿业分公司始建于1958 年，1964 年正式建成投产，是新中国成立后第一座自行勘探、自行设计、自行建造的大型机械化矿井，被誉为“新中国第一矿”，矿主要产品为36 号肥煤，广泛应用于炼焦配煤。随着矿井的深度开采，地质构造导致断层影响越来越大，部分断层成为岩浆岩侵入通道，由于岩浆放出大量的热液，使附近的煤层受热干馏及岩浆运移的推挤等作用影响而变成天然焦和热变煤（本文将受岩浆岩影响的受热煤总称为变质煤，变质煤中与正常煤之间已经受热变质但未形成天然焦的煤称为热变煤），变质煤中天然焦占比较大，天然焦挥发分极低，一般5%～10%，粘结性和胶质层缺失，且存在热爆性，天然焦由于赋存不稳定目前开发利用较少，一些发热量较高的天然焦主要用于发电配煤、民用型煤、烧制水泥等燃料，这也是国内天然焦的主要用途。受岩浆岩影响的变质煤与煤炭生产有着紧密的关联，范各庄矿2021年7 月至2022 年4 月开采的2227 工作面岩浆岩侵入范围大，导致该工作面原煤受热变质影响较大，变质煤由于密度区间分布大，在洗选过程中大部分会进入矸石产品，小部分会混入精煤，一定程度影响炼焦煤精煤胶质层和粘结性，如何降低变质煤对炼焦精煤指标的影响，同时将变质煤最大化回收是维护精煤品牌和企业利益的关键。

2 岩浆岩的侵入范围和煤炭变质程度

2.1 侵入范围

范各庄矿2227 工作面位于二水平南二采区，该工作面煤层为复杂结构中厚煤层，工作面于风道110～ 201 m、运道256～ 454 m、切眼0～ 24 m 均揭露有岩浆岩，岩浆岩主要以岩床形式侵入，局部以串珠状形式侵入，厚度在0.1～3.0 m 变化，在倾向上贯穿整个工作面，局部煤层因岩浆岩侵入影响变质为天然焦，厚度在0.5～3.0 m，在开采时运道揭露岩浆岩后范围逐渐向风道延伸，影响范围越来越大，具体如图1 所示。

图1 2227 工作面岩浆岩侵入范围Fig.1 Magmatic rock intrusion range in No.2227 Face

2.2 岩浆岩导致煤层变质程度分析

通过开采过程现场勘查，岩浆岩主要在煤层下部侵入，岩浆侵入煤层时，发生接触变质作用，根据取样分析，其天然焦呈现出致密性，采割时其痕迹类似岩石性，光泽银灰，热变煤颜色发暗，表面无光泽，块状较大，块状凸显，在采面较易确认，天然焦的厚度与岩浆岩厚度直接相关，岩浆岩厚度越大相应天然焦厚度越大，该工作面受岩浆岩影响区域天然焦厚度平均在1.5 m 左右，天然焦与正常煤之间的热变煤，厚度平均0.3 m 左右，经取2227采面热变煤及天然焦做浮沉分析，其指标见表1。

表1 2227 工作面变质煤浮沉数据Table 1 Floating and sinking data of metamorphic coal in No.2227 Face

通过表1 分析，岩浆岩导致的变质煤密度1.4～+1.8 g/cm3均存在，样品最高密度1.92 g/cm3，最低密度1.38 g/cm3，距离岩浆岩越远受热影响越小密度越低，越接近岩浆岩，焦化程度越高，密度越高，该矿变质煤发热量达到5 500 kcal，变质煤由于高密度级含量占比明显高，密度超过1.84 g/cm3的变质煤在洗选过程中会进入矸石产品中（选煤厂排矸比重1.84 g/cm3），造成资源浪费，热变煤由于存在热变程度不均，其密度区间分布较广，低于1.6 g/cm3的热变煤在洗选过程中容易进入精煤，变质煤整体灰分高，挥发分明显低于该工作面28.5%水平且没有粘结性，在高比重洗煤过程中低密度热变煤容易混入精煤，根据热变煤及天然焦密度及在煤层的侵入厚度数据测算，岩浆岩导致的变质煤中+1.80 g/cm3含量为79.60%，-1.60 g/cm3含量占3.45%，在选煤理论分选比重超过1.60 g/cm3时，3.45%变质煤会进入精煤产品，分析研究并实验，通过多煤层搭配入洗降低岩浆岩侵入煤层配洗比例，可有效降低变质煤对炼焦煤指标的影响，但考虑不合理煤层搭配理论分选比重偏高因素，仍需通过配洗措施进行去除并回收，同时由于+1.80 g/cm3含量达到79.60%，如不进行调控，大量高热值变质煤会进入矸石产品，造成资源浪费。

3 降低变质煤对精煤污染及变质煤回收方法

范各庄矿选煤厂为矿井型配套选煤厂，主要洗选工艺为80～ 13 mm 采用立轮洗选，13～ 0.5 mm采用三产品重介旋流器分选工艺，0.5～0 mm 采用浮选工艺。

3.1 适量配洗降低变质煤入洗比例

范各庄选煤厂原煤入洗能力1 000 t/h，该矿2021 年井下4 个工作面生产，可以充分发挥多煤层搭配入洗优势，避免受岩浆岩影响煤层单独入洗或入洗比例过高，导致变质煤进入精煤比例增加。按照测算每小时配洗量不超过300 t 时，对精煤指标影响较小，因此在煤层配洗方面，2227 工作面单独装仓，严格控制入洗量不超300 t/h。

3.2 降低变质煤污染精煤措施

根据表1 采样数据，该矿变质煤存在随密度降低，含量明显降低的趋势，通过煤层搭配降低入洗原煤理论分选比重可有效控制热变煤进入精煤比例，范各庄矿2021 年井下开采5、7、12、12.5 煤层，7 槽煤与12.5 煤层分选比重最低且分选比重接近，可以混合装入原煤1 仓，5 槽煤中间产物少，为极易选煤，分选比重最高，单装原煤2 仓，12槽煤单装原煤3 仓，洗12 级炼焦精煤时，为防止变质煤污染精煤，通过调控井下各煤层出煤量，适量增加7 槽煤与12.5 槽煤占比，减少5 槽煤占比，可有效降低分选比重，结合各槽煤筛分浮沉数据及入洗比例，利用可选性曲线查找相关分选比重，按照原煤1 仓500 t/h，2 仓200 t/h，3 仓300 t/h 配洗，配洗后原煤浮沉数据见表2，该配洗可以将精煤理论分选比重控制在不高于1.51 g/cm3，从而将变质煤从旋流器精煤及块煤重介精煤中分选出来，降低污染精煤。

表2 配洗后入洗原煤浮沉数据Table 2 Float and sink data of rawcoal after washing

3.3 天然焦和热变煤回收措施

根据天然焦和热变煤特性，其质地较硬，不易破碎，通过取样分析，其+13 mm 粒度级达到60%，13～0.5 mm 粒度级含量为38.20%，小于0.5 mm 粒度级含量仅为1.80%，进入浮选量极少，因此考虑通过提高块煤重介系统用于排矸的一段分选比重，可最大化回收变质煤进入中煤。由于变质煤中+1.80 g/cm3占比达到79.60%，选煤厂重介立轮一段分选比重原设定为1.84 g/cm3，而该矿热变煤样品最大比重1.92 g/cm3，考虑样品代表性因素，通过提升重介系统一段1.95 g/cm3，可确保了该矿大于1.84 g/cm3密度级天然焦和热变煤的回收，避免进入矸石废弃。

3.4 效 果

目前2227 工作面已开采完毕，通过前期对天然焦和热变煤取样分析并精准调控配洗比例，2227工作面变质煤混入精煤比例由3.45%减少至1.02%，再通过严格控制每小时2227 工作面配洗不超过300 t，变质煤进入总精煤可以控制在0.4%以下，开采期间通过持续取样化验，精煤各项指标维持正常水平，维护了精煤品牌，提高了用户满意度。

将重介一段比重提升至1.95 g/cm3，可回收该矿2227 工作面绝大部分天然焦和热变煤，2227 工作面2017 年7 月至2022 年4 月累计出煤50.71 万t，按照变质煤含量按12%，进入块煤重介系统占比60%计算，考虑选煤厂二次破碎因素，调整重介1 段比重，此工作面累计增加回收+1.84 g/cm3密度级变质煤15 503 t 进入块中煤，块中煤按照售价800 元/t 计算，回收天然焦和热变煤共计创效1 240.24 万元。

4 结 语

岩浆岩侵入煤层不可避免，对于稀缺炼焦煤矿井，有效分选出天然焦及伴生热变煤可以避免污染精煤，确保稀缺炼焦精煤各项指标，同时将天然焦和热变煤分选进入中煤产品，充分利用其发热量价值，达到资源充分利用目的。