TDS智能干選機在干河煤礦的應用

段福山，孫友彬

(霍州煤電集團公司 煤質加工部，山西 霍州 031400)

1 概述

山西焦煤霍州煤電集團干河煤礦礦井設計能力為2.10 Mt/a，于2004年6月開工建設，2010年3月通過驗收并順利投產。 后經擴能改造，目前生產能力達到3.3 Mt/a，生產煤種為1/3焦煤和肥煤。礦井原來配套建有原煤動篩排矸系統(圖1),排矸工藝為：原煤經50 mm分級后，>50 mm粒級原煤再經200 mm篩分，篩上物破碎后與篩下50～200 mm粒級原煤混合，脫泥后給入動篩跳汰機，分選出塊煤和矸石；煤泥不分選，由快開壓濾機脫水后，與塊煤一起摻入<50 mm粒級混煤，采用汽車運到周邊選煤廠入選[1]。在生產過程中,由于液壓動篩跳汰機存在設備故障率高、分選效果差(矸石帶煤嚴重，一般在5%左右)等問題，因而未能正常運行，處于停運狀態。

近年來，干河煤礦采區地質構造趨于復雜，導致煤質波動較大。2016年煤質檢測數據顯示，該礦原煤灰分在38.10%～52.71%之間，>50 mm粒級塊原煤含量為在15.70%～27.68%之間，波動輻度均較大。動篩系統停產后，礦井缺乏質量控制設施，不僅無法保證原煤質量合格穩定，而且造成了運費等成本的增加。2017年初，干河煤礦開始立項，擬對原動篩排矸工藝系統進行改造。經過充分調研與論證，比選目前普遍采用的重介排矸工藝[2-4]與近年來興起的智能選矸工藝[5-8]，擬采用TDS智能干選機對原排矸工藝系統進行改造。

圖1 干河煤礦動篩排矸系統原則流程

2 TDS智能干選機

2.1 結構

TDS智能干選機(圖2)主要由給料裝置、布料裝置、識別裝置、執行機構組成，同時還有供風、除塵、電控三個輔助系統。其中：給料裝置位于布料系統的入料端，負責將原料均勻給到布料裝置上；識別裝置包括位于布料裝置上方的X射線源和位于布料裝置下方的X射線探測器，可通過精煤和矸石的物理性質來識別煤和矸石，同時將精煤和矸石在布料裝置上的位置信息傳輸給執行機構；執行機構為出口朝著煤和矸石運動軌跡的空氣噴嘴，呈陣列式布置，根據精煤或矸石的位置信息，智能地開啟相應位置的空氣噴嘴，將精煤或矸石吹出。

2.2 工作原理

TDS智能干選機利用X射線，采用智能識別方法，可針對不同的煤質特征，建立與之相適應的分析模型，再通過大數據分析，對煤和矸石進行數字化識別，最終通過智能排矸系統將矸石排出。

工作時，原料經給料裝置1給到布料裝置2上，在布料裝置上完成布料，實現物塊單層排布，且各物塊與四周相鄰物塊之間均有一定的間距，為檢測執行創造條件；由識別裝置3、X射線線陣探測器4判斷物塊是精煤還是矸石，并將其位置信息傳輸給電控系統10；電控系統10根據被執行對象的位置，開啟智能陣列式空氣噴嘴5中相應位置的一個或多個空氣噴嘴，將煤或矸石吹出；被噴吹出來的矸石由矸石收集溜槽8收集，精煤則保持原來的運動軌跡，由精煤收集溜槽7收集，從而完成礦物的干法分選過程。除塵系統11將因空氣噴吹產生的灰塵除去，保持環境干凈；供風系統6為智能陣列式空氣噴嘴5提供風源。

1—給料裝置；2—布料裝置；3—識別裝置；4—X射線線陣探測器；5—智能陣列式空氣噴嘴；6—供風系統；7—精煤收集溜槽；8—矸石收集溜槽；9—防護罩；10—電控系統；11—除塵系統

2.3 技術特點

(1)投資省，運行成本低。TDS智能干選機不需借助水和其他介質對煤炭進行分選，沒有產品脫水、脫介、水處理及介質回收系統，從而大大簡化了工藝流程，具有運行成本低，建設周期短，設備數量少，系統簡單等特點。

(2)分選精度高。目前TDS智能干選機已實現矸石帶煤率1%～3%、煤中帶矸率3%～5%的工藝指標，分選精度接近淺槽重介分選機，高于動篩跳汰機、跳汰機及其他干選設備。

(3)處理粒度范圍寬。TDS智能干選機可處理300～50 mm和100～25 mm粒級原煤，分選上限為300 mm，下限為25 mm。入料中煤少矸石多執行“打煤”工藝時，最大入料粒度可達1 000 mm。

(4)處理能力大。目前最大型號的TDS40智能干選機處理能力可達380 t/h。

(5)智能化程度高，系統可智能學習，故障可自檢。

(6)部件防爆設計，安全性高。所有部件均采用防爆標準設計，目前已取得煤礦安全認證。

(7)除塵設計完善。采用濾筒式除塵器，與智能干選機一體式集成布置，過濾風速不超過1.2 m/min。濾料采用防靜電產品，過濾精度高，過濾0.5 μm粉塵時，除塵效率不低于99.9%。

(8)輻射量小，防護可靠。TDS智能干選機采用與安檢機同規格的射源，不工作時斷電，斷電后不產生射線。該機采用鉛板全密封來屏蔽輻射，正常生產時外殼四周輻射強度低于2.5 μSv/h，距設備1 m處的平均值約1 μSv/h，巡視工人一年的輻射劑量約為0.55 mSv，小于GB 18871—2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》中1 mSv的公眾照射劑量限值[9]，非常安全。

3 應用實踐

干河煤礦根據生產需要，選擇了TDS20-305型智能干選機，其主要技術參數如下：

布料器寬度/mm

2 000

入料粒級/mm

300～50

處理能力/(t·h-1)

180

電壓/V

380

總功率/kW

57

耗氣量/(Nm3·min-1)

36

閥箱入風口風壓/MPa

0.6～0.8

整機質量/t

38

3.1 選矸工藝

改造后的選矸原則流程(圖3)為： 礦井原煤經50 mm分級后，篩上300～50 mm粒級塊原煤進入TDS智能干選機分選，選出的矸石外運排棄，精煤則與篩下<50 mm粒級原煤混合，由汽車運至選煤廠洗選。

圖3 智能選矸原則流程

3.2 效果分析

干河煤礦TDS20-305智能干選機于2018年1月5日投入試生產，平均處理能力為155.71 t/h，最大可達到170 t/h以上，接近設計值。生產統計數據(表2)顯示，該機矸石帶煤率平均為1.30%，煤中帶矸率平均為5.32%。

表1 TDS 20-305型智能干選機生產數據統計結果

3.3 單機檢查試驗結果

由于目前尚無TDS智能干選機分選效果評定標準，因此參照GB/T 15715—2014《煤用重選設備工藝性能評定方法》[10]中的評定指標對其分選效果進行評定。

單機檢查試驗在給料速度為160.61 t/h(接近TDS智能干選機設計值)條件下進行。干河煤礦原煤可選性曲線如圖4所示，原煤、精煤、矸石浮沉組成與分配率計算結果見表2，分配曲線如圖5所示。錯配物數量計算表見表3，高密度分割錯配物曲線如圖6所示。由圖6可知，在分選密度為1.80 g/cm3的條件下，總錯配物含量為4.73%。

由圖4可知，當精煤灰分為19.15%時，精煤理論產率為24.18%；由表2可知，TDS智能干選機實際精煤產率為22.84%。因此可計算出干選機數量效率η=22.84/24.18×100%=94.45%。根據圖5可知，當分選密度為1.80 g/cm3時，Ep=(δ75-δ25)/2 =(1.856-1.760)/2=0.048。

圖4 原煤可選性曲線圖

表2 格式法計算得到的兩產品分配率結果表Table 2 Result of partition coefficients of 2 products calculated using format method %

圖5 分配曲線圖

表3 錯配物數量計算Table 3 Calculated proportions of misplaced materials %

圖6 高密度分割錯配物曲線

3.4 技術經濟指標

干河煤礦TDS 20-305智能干選機經濟技術指標表見表4。由表4可見，該機電耗、噸煤投資等指標均處于先進水平，矸石帶煤率、煤中帶矸率以及表中未列出的數量效率、可能偏差等指標雖不及淺槽重介分選機，但優于動篩跳汰機，經濟技術效果良好。

表4 TDS 20-305智能干選機經濟技術指標

4 結語

生產實踐表明，對于干河煤礦300～50 mm粒級原煤，TDS智能干選機分選數量效率可達到94.45%，EP值為0.048；在分選密度為1.80 g/cm3的條件下，總錯配物含量為4.73%，矸石帶煤率為1.34%，煤中帶矸率為5.32%，使用效果良好。同時，TDS智能干選機的投用還節約了投資和生產成本，降低了矸石的無效運輸，經濟效益和社會效益良好。

參考文獻：

[1] 孫友彬.干河煤礦原煤排矸系統技術改造方案探討[J].山西焦煤科技，2015(6):4-7.

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[3] 侯曉博，徐初陽，郜 超.重介質淺槽分選機在動力煤選煤廠的應用[J].潔凈煤技術，2010，16(5):19-22.

[4] 匡亞莉.選煤工藝設計與管理(設計篇)[M].徐州：中國礦業大學出版社，2006：50-51.

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[7] 趙宏霞，丁芳亮.KRS-智能干法分選系統在礦物分選中的應用[J].煤炭加工與綜合利用，2016(9)：24-26.

[8] 段進東.TDS智能干選機與重介淺槽分選機的對比應用[J]. 煤炭科技，2017(2)：145-147.

[9] 核工業標準化研究所. 電離輻射防護與輻射源安全基本標準：GB 18871—2002[S]. 北京：中國標準出版社，2003.

[10] 中國煤炭工業協會. 煤用重選設備工藝效果評定方法：GB/T 15715—2014[S]. 北京：中國標準出版社，2014.