雷公山及挖隴溝聯(lián)合選煤廠原煤可選性的評定

李 梅

(煤炭科學研究總院唐山分院,河北唐山 063012)

雷公山、挖隴溝兩對礦井隸屬于貴州世紀資源勘查開發(fā)有限責任公司，生產(chǎn)的原煤煤種為無煙煤，主要市場方向為電煤，供應給鄰近的黔北火電廠(裝機容量1200MW)和黔西火電廠(裝機容量1200MW)。雷公山、挖隴溝礦井可采煤層有6層，可采煤層厚薄不一，加上礦井開采中頂、底板及夾矸的混入，使煤質(zhì)波動大、原煤質(zhì)量差，礦井原煤直接銷售，難以滿足電廠用煤要求(Qnet,ar>5000kcal/kg)。因此，雷公山、挖隴溝兩礦井需要建設配套的選煤廠對原煤進行洗選加工，同時選煤廠可生產(chǎn)市場價格高于電煤的塊精煤產(chǎn)品(50～30mm洗中塊、30～13mm洗小塊)。因此，公司根據(jù)自身發(fā)展及產(chǎn)品市場的需要，為了滿足用戶對煤炭質(zhì)量的要求，合理利用煤炭資源，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，提出建設與雷公山和挖隴溝兩對礦井相配套的1.20Mt/a選煤廠。

1 煤源及儲量

煤源：選煤廠入選原煤主要來自雷公山、挖隴溝兩對礦井。兩礦井原設計能力均為0.45Mt/a，煤源不足部分外購周邊地方煤礦原煤。

儲量：挖隴溝礦井含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)，開采其中的2、5、9、13、14、15共六層煤，開采深度為+1200m～+500m。井田范圍內(nèi)共有煤炭資源/儲量為51000kt，其中：2#煤層平均厚0.89m、資源/儲量7390kt；5#煤層平均厚0.84m、資源/儲量6670kt；9#煤層平均厚1.39m，資源/儲量12120kt；13#煤層平均厚1.24m，資源/儲量8230kt；14#煤層平均厚1.24m，資源/儲量5930kt；15#煤層平均厚1.69m，資源/儲量10660kt。硫份>3%的資源量13320kt。全礦井設計可采儲量為24182kt。

雷公山礦井含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)，開采其中的2、5、9、13、14、15共六層煤，開采深度為+1200m～+600m。井田范圍內(nèi)共有煤炭資源/儲量為68510kt，其中：2#煤層平均厚1.11m、資源/儲量10060kt；5#煤層平均厚1.0m、資源/儲量9730kt；9#煤層平均厚1.91m，資源/儲量19770kt；13#煤層平均厚1.44m，資源/儲量14540kt；14#煤層平均厚1.05m，資源/儲量5330kt；15#煤層平均厚1.12m，資源/儲量9080kt。其中硫份>3%的資源量15390kt。全礦井設計可采儲量為32615kt。

2 煤質(zhì)特征

2.1 煤層概況

挖隴溝井田位于黔西縣北東部，隸屬黔西縣花溪彝族苗族鄉(xiāng)和中建苗族彝族鄉(xiāng)管轄，其地理座標為：東經(jīng)106°18′00″～106°19′45″；北緯27°13′15″～27°18′45″。井田形狀為南北走向的長條形，南北長約5km，東西寬約1～2km，面積為7.503km2。

雷公山井田位于黔西縣北東部，隸屬黔西縣花溪彝族苗族鄉(xiāng)和中建苗族彝族鄉(xiāng)管轄，其地理坐標值為：東經(jīng)106°18′00″～106°19′45″，北緯27°16′00″～27°18′45″。井田形狀大致為南北走向的長條形，南北長約5km，東西寬約1～2km，面積約8.168km2。

挖隴溝、雷公山井田內(nèi)的煤系地層同為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)，由細砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、煤層、黏土巖及石灰?guī)r構成的韻律層組成。挖隴溝井田內(nèi)的煤系地層厚150～190m，含煤13～17層，煤層累計總厚10.19～12.13m，平均11.29m，含煤系數(shù)6.23%；雷公山井田內(nèi)的煤系地層厚160～220m，含煤13～17層，煤層累計總厚10.19～12.13m，平均11.29m，含煤系數(shù)6.23%。兩井田可采煤層均為6層，自上而下分別編為2、5、9、13、14、15#煤，可采煤層總厚7.38～7.59m，可采煤層含煤率3.45%，井田內(nèi)煤層傾角變化不大，一般為30°～34°，屬傾斜煤層。兩井田區(qū)內(nèi)煤層頂板多數(shù)為頁巖及泥巖，其穩(wěn)固性均較差，開采時一般均需支護；15#煤層部份地段間接頂板雖是灰?guī)r，但直接頂板為頁巖，其穩(wěn)定性也是較差的。煤層底板則多為黏土巖，遇水易產(chǎn)生膨脹而出現(xiàn)“底臌”現(xiàn)象。

2.2 煤巖特征

2.2.1 宏觀煤巖特征

宏觀煤巖類型：14#、15#煤層多由暗淡型煤條帶組成，且含較多黃鐵礦顆粒；9#、13#煤層多由半亮型煤條帶組成；而2#、5#煤層則多由半亮及半暗型煤條帶相間組成。

2.2.2 微觀煤巖特征

本井田煤層的鏡煤反射率，由上部煤層至下部煤層有逐漸增高的趨勢，說明煤的變質(zhì)程度由上至下逐漸增高；顯微硬度值亦顯示下部煤層比上部煤層大，也說明煤的變質(zhì)程度由上至下逐漸增高；煤的變質(zhì)程度總體屬無煙煤Ⅶ1階段；煤的變質(zhì)因素推測為區(qū)域變質(zhì)。

2.3 物理性質(zhì)

挖隴溝、雷公山井田內(nèi)，各可采煤層均呈黑色，瀝青-玻璃光澤。外觀2#、5#煤層多呈小碎塊狀，9#、13#煤層多呈粉末狀，14#、15#煤層多呈片狀。各煤層的容重為：2#煤層1.53t/m3，5#煤層1.54t/m3，9#煤層1.485t/m3，13#煤層1.57t/m3，14#煤層1.58t/m3，15#煤層1.58t/m3。

2.4 化學性質(zhì)

2.4.1 水分(Mad)

挖隴溝井田可采煤層空氣干燥基平均水分為1.12%～1.93%。其中，2#煤層水分最低，為0.06%～2.10%，平均1.12%；5#煤層水分最高，為0.47%～3.15%，平均1.93%。

雷公山井田可采煤層空氣干燥基平均水分為1.43%～2.11%。其中，9#煤層水分最低，為 0.73%～3.01%，平均1.43%；14#煤層水分最高，為 0.97%～4.02%，平均2.11%。

2.4.2 灰分(Ad)

挖隴溝井田可采煤層干燥基灰分為21.02%～31.04%，屬中灰煤～中高灰煤；其中，2、5、9、13、14、15#煤層的干燥基平均灰分，分別為：25.00%、21.02%、22.69%、21.59%、31.04%、27.58%。

雷公山井田可采煤層干燥基灰分為20.80%～30.50%，屬中灰煤～中高灰煤；其中，2、5、9、13、14、15#煤層的干燥基平均灰分，分別為：29.24%、20.80%、22.65%、24.82%、30.50%、23.85%。

挖隴溝井田可采煤層浮煤干燥基平均灰分為12.37%～15.53%。雷公山井田可采煤層浮煤干燥基平均灰分為11.68%～16.63%。雷公山煤礦生產(chǎn)煤樣浮煤(-1.5kg/L)干燥基灰分為8.29%，硫分1.38%，浮煤回收率僅有24.13%。

從灰分指標分析可以看出，挖隴溝、雷公山井田煤質(zhì)波動很大，原煤質(zhì)量很不穩(wěn)定。

2.4.3 硫分(St,d)

挖隴溝井田可采2、5、9、13、14、15#煤層的平均硫分，分別為：5.04%、1.29%、1.52%、1.97%、4.75%、1.77%。

雷公山井田可采2、5、9、13、14、15#煤層的平均硫分，分別為：5.32%、0.80%、1.52%、2.03%、4.86%、1.99%。

從各煤層硫分分布來看，挖隴溝、雷公山井田2、14#煤層屬高硫煤，其余煤層屬低硫～中高硫煤層。

雷公山煤礦生產(chǎn)煤樣原煤硫分為2.29%，屬于中高硫煤。原煤中無機硫鐵礦硫含量為1.69%，占全硫73.80%；有機硫含量為0.58%，占全硫的25.33%。鑒于硫分形態(tài)這種組成特點，說明煤中的硫通過洗選加工可以大大降低，達到有關產(chǎn)品質(zhì)量要求。

2.4.4 揮發(fā)分

挖隴溝可采煤層干燥無灰基揮發(fā)分平均為7.10%～10.44%；雷公山可采煤層干燥無灰基揮發(fā)分平均為8.04%～10.92%。可采煤層揮發(fā)分屬特低揮發(fā)分煤～低揮發(fā)分煤。

2.4.5 發(fā)熱量

挖隴溝井田可采煤層發(fā)熱量(Qnet,d)平均為22.61%～26.83MJ/kg；雷公山井田可采煤層發(fā)熱量(Qnet,d)平均為22.61～26.83MJ/kg；可采煤層發(fā)熱量屬中發(fā)熱量煤～中高發(fā)熱量煤。雷公山煤礦生產(chǎn)煤樣的發(fā)熱量(Qgr,d)為21.64MJ/kg，屬中發(fā)熱量煤。

可以看出，挖隴溝、雷公山井田可采煤層煤質(zhì)變化范圍大，發(fā)熱量不穩(wěn)定；若不進行洗選加工，煤炭產(chǎn)品發(fā)熱量等指標難以得到保證。

3 原煤可選性

3.1 煤質(zhì)分析

挖隴溝、雷公山井田可采煤層原煤均屬于無煙煤3#。原煤灰分以高灰分煤為主，中高灰煤次之。各煤層硫分屬低中-中高硫煤，其中2、14#煤層屬高硫煤層，硫的賦存狀態(tài)以硫化鐵硫為主。由于缺少相關煤質(zhì)資料，采用具有代表性的雷公山煤樣進行煤質(zhì)分析。

原煤屬3#無煙煤，灰分36.1%，為高灰分原煤，揮發(fā)分為6.84%。原煤中全硫為2.29%，為高硫煤。見表1。

表1 雷公山煤礦煤質(zhì)檢測報告表

3.2 篩分資料分析

自然級篩分試驗報告表，見表2；破碎級篩分試驗報告表，見表3；綜合級篩分試驗報告表，見表4。

由篩分表2、表3、表4可以看出：

1) 原煤灰分為36.10%、硫分為2.61%，屬高灰高硫煤。而1.5kg/L浮煤硫分為1.38%，說明原煤硫份主要附著在高密度物內(nèi)，在洗選降灰的同時，可以降低精煤和電煤的硫分。

2)+50mm粒度級含量為19.204%，灰分為47.11%，硫分為3.64%；可見矸石含量為5.476%，矸石含量和硫分均較高。

3)原生煤泥量為13.751%，灰分為23.63%，原生煤泥量不大，灰分較臨近粒度級低，說明煤質(zhì)易碎。

4)除13-6mm粒級含量為6.425%外，其余各粒級含量比較接近，說明原煤粒度分布比較均勻；隨著粒度的減小灰分逐漸降低，說明煤質(zhì)易碎。

5)-13mm原煤累計產(chǎn)率為48.76%，累計灰分為29.68%，累計硫分為1.86%，發(fā)熱量為5134.1kcal/kg，已能滿足發(fā)電用煤的要求，具備篩分末原煤不入選的條件。在后續(xù)工藝中，可以將-13mm篩下原煤直接作為電煤產(chǎn)品，簡化選煤廠分選工藝系統(tǒng)，同時減輕后續(xù)煤泥水處理負荷。如果煤質(zhì)變差，就將-6mm篩下原煤直接作為電煤產(chǎn)品。

6)破碎級各粒度級灰分均>45%，且硫分也較高，因此破碎級中-13mm粒級不能直接摻入電煤產(chǎn)品中。因此，后續(xù)工藝中，破碎級中-13mm粒度級原煤必須進入分選系統(tǒng)，降灰降硫后再摻入到電煤中。

表2 原煤篩分試驗報告表

表3 破碎級篩分試驗報告表

表4 綜合級篩分試驗報告表

3.3 浮沉資料分析

50～0.5mm原煤(校正后)浮沉實驗綜合表，見表5；入選原煤(校正后)浮沉實驗綜合表，見表6。由浮沉綜合表5、表6可以看出：

1)50～13mm粒度級中，<1.5 kg/L低密度級產(chǎn)率為33.49%，灰分為11.64%，灰分較低；中間密度級，1.5kg/L～1.8kg/L產(chǎn)率占22.73%， >1.8 kg/L高密度級物產(chǎn)率為38.21%，灰分73.94%，高密度級和低密度級含量較高；

2)50～13mm粒度級，浮沉煤泥灰分為52.29%，高于50-13mm原煤灰分40.47%，說明矸石存在泥化現(xiàn)象。

表5 50～0.5mm原煤(校正后)浮沉實驗綜合表

表6 入選原煤(校正后)浮沉實驗綜合表

3.4 泥化試驗分析

為了進一步了解雷公山煤礦生產(chǎn)煤樣矸石的泥化程度，貴州煤田地質(zhì)局試驗室進行了泥化程度試驗報告，結果見表7。

表7 泥化程度試驗報告

依據(jù)行業(yè)標準《選煤廠 煤伴生礦物泥化程度評定(MT/T1075-2008)》，500μm試驗篩篩下物質(zhì)量分數(shù)W500=10.07%>1.0%。根據(jù)泥化比可劃分出雷公山煤礦生產(chǎn)煤樣矸石泥化程度為：中泥化程度(MDW)。

3.5 可選性評定

入選原煤可選性曲線，見圖1。

圖1 入選原煤可選性曲線

經(jīng)產(chǎn)品預測，當電煤灰分為30.86%(要求產(chǎn)品灰分<32%)時，浮物累計(洗中塊、洗小塊、

洗末精煤累計)灰分為17.40%。由入選原煤可選性曲線圖1可以看出：當浮物累計灰分為17.40%,此時理論浮物產(chǎn)率為57.5%，此時理論分選密度為1.74kg/L，δ±0.1含量(扣除低密度-1.50g/cm3計算)19.55%。依據(jù)煤炭可選性標準GB/T16417-1996，屬中等可選煤。

4 結語

雷公山礦井、挖隴溝礦井及外購煤均為無煙煤，配套建設選煤廠是煤炭生產(chǎn)企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，適應激烈的市場競爭的需要。

[1] 重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗站. 雷公山煤礦《篩分浮沉試驗報告》[R].2011.

[2] 中煤科工集團重慶設計研究院. 貴州世紀資源勘查開發(fā)有限責任公司挖隴溝選煤廠可行性研究報告[R]. 2011.

[3] 貴州世紀資源勘查開發(fā)有限責任公司.雷公山及挖隴溝聯(lián)合選煤廠設計招標招標文件[Z]. 2012.