CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用

王曉云 李蘭亭 賈清華

(1.大同煤礦集團(tuán)臨汾宏大洪崖煤業(yè)有限公司，山西省臨汾市，041000；2.大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西省大同市，037003；3.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司同大科技研究院，山西省大同市，037003)

大同煤礦集團(tuán)臨汾宏大豁口煤礦一直以原煤生產(chǎn)和銷售為主，原煤出井后沒有經(jīng)過分選加工直接進(jìn)行銷售，因此價(jià)格較深加工的煤炭低20～30元/t，而且由于煤質(zhì)不穩(wěn)定，銷售一度處于滯銷狀態(tài)。另外，由于本礦所屬地區(qū)多旱少雨，水資源匱乏，不適合建設(shè)繁雜的原煤水洗分選系統(tǒng)。經(jīng)過深入調(diào)研和分析論證，決定引進(jìn)波蘭CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有占地面積小、工藝簡單、運(yùn)行成本低、分選精度高、節(jié)水減排等優(yōu)點(diǎn)。而且建設(shè)周期短，投資成本低，能夠盡快適應(yīng)和滿足煤炭市場的需求，拓寬煤炭營銷市場，提高經(jīng)濟(jì)效益，為實(shí)現(xiàn)公司經(jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展提供有力的保障。

1 CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成主要由振動(dòng)給料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、成像分析源、計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)、機(jī)械分離系統(tǒng)等部分組成，其組成示意圖如圖1所示。

圖1 CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖

(1)振動(dòng)給料系統(tǒng)。振動(dòng)給料系統(tǒng)是利用振動(dòng)器中的偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使篩廂、振動(dòng)器等可動(dòng)部分作強(qiáng)制的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。原煤在篩廂篩面上作連續(xù)的拋擲運(yùn)動(dòng)，被連續(xù)均勻地鋪撒在帶式輸送機(jī)膠帶上面。

(2)輸送系統(tǒng)。輸送系統(tǒng)由膠帶、滾筒、驅(qū)動(dòng)設(shè)備等組成，承擔(dān)從振動(dòng)給料系統(tǒng)給入的原煤輸送任務(wù)。

(3)成像分析源。CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是成像分析源，而成像分析源的核心是X射線系統(tǒng)。X射線系統(tǒng)包括安裝在帶式輸送機(jī)上的集成式X射線門，X射線門由X射線源和線掃描傳感器組成，僅在安裝帶式輸送機(jī)時(shí)X射線門才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，屏蔽設(shè)施符合高度的安全標(biāo)準(zhǔn)，不需要另外的屏蔽措施。X射線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖如圖2所示，X射線系統(tǒng)工作原理圖如圖3所示。

圖2 X射線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖

圖3 X射線系統(tǒng)工作原理圖

圖4 分選裝置示意圖

由如圖3可以看出，X射線束進(jìn)過入射窗進(jìn)入聚合器匯集在閃爍晶體上，閃爍晶體將X射線轉(zhuǎn)換為可見光，可見光再被傳輸?shù)焦怆姸O管，檢測給出了代表材料原子密度的圖像。X射線系統(tǒng)根據(jù)原子密度標(biāo)準(zhǔn)分選出不同煤塊和矸石的入料，再根據(jù)不同密度的差異來確定入料的成分。

通過X射線系統(tǒng)的礦物質(zhì)通過微機(jī)成像區(qū)分出煤塊和矸石，其中煤塊標(biāo)記為藍(lán)色，矸石標(biāo)記為黃色。分選機(jī)根據(jù)入料供應(yīng)情況和傳感器設(shè)備，針對每個(gè)分選任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，通過選擇分選程序，快速將機(jī)器進(jìn)行切換，用于分選其它材料。

分選裝置由電氣連接，利用壓縮空氣的動(dòng)力通過噴射模塊，在帶寬800 mm的膠帶下方裝有110個(gè)噴嘴閥門，每個(gè)噴嘴閥門都由一個(gè)相應(yīng)的電磁閥控制排放物料，從而將煤塊和矸石的區(qū)分開，送入不同的儲藏倉。分選裝置示意圖如圖4所示，噴射模塊如圖5所示，噴嘴實(shí)物圖如圖6所示。

圖5 噴射模塊

圖6 噴嘴實(shí)物圖

(4)計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)由硬件和軟件組成，硬件有控制柜、數(shù)據(jù)采集PCI卡和計(jì)算機(jī)等，軟件CXR 操作的基本原理是獲取膠帶上來料的X射線和視覺圖像、啟動(dòng)圖像采集和分析過程以及分析物料密度，然后根據(jù)做出的決定分析并開動(dòng)噴射器對規(guī)定的原煤和矸石進(jìn)行分選。

(5)機(jī)械分離系統(tǒng)。機(jī)械分離系統(tǒng)由電氣設(shè)備、空氣壓縮系統(tǒng)以及帶式輸送機(jī)等組成。

2 CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)主要應(yīng)用于80～25 mm塊煤的分選，處理能力達(dá)60萬t/a，排矸效率在90%以上，矸中帶煤率小于5%。該系統(tǒng)外形尺寸為10700 mm×4470 mm×3000 mm，其中帶式輸送機(jī)和振動(dòng)給料機(jī)尺寸為9540 mm×1460 mm×2400 mm。

3 CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)工作原理

CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)采用光譜成像原理,根據(jù)原子密度差異分選出不同的礦物，該系統(tǒng)主要應(yīng)用于80～25 mm塊煤的分選。CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)工作原理示意圖如圖8所示。

圖8 CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)工作原理示意圖

由圖8可以看出，振動(dòng)給料機(jī)將80～25 mm塊煤輸送至帶式輸送機(jī)上形成礦物流，順序通過成像分析源，進(jìn)入檢測區(qū)域。煤塊進(jìn)入X射線檢測區(qū)域時(shí),應(yīng)用光譜成像原理，X射線智能分析系統(tǒng)對每塊礦石進(jìn)行定性分析，并將結(jié)果輸入到微機(jī)控制器進(jìn)行分析處理成像，微機(jī)控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值判斷被檢測的礦石是精煤還是矸石。該系統(tǒng)將藍(lán)色標(biāo)定為精煤，黃色標(biāo)定為矸石，射線檢測點(diǎn)將檢測源(已被標(biāo)定的礦石)反饋到微機(jī)控制器，并向分選裝置發(fā)出動(dòng)作指令。噴射模塊起動(dòng)后，通過110個(gè)電磁閥和壓風(fēng)系統(tǒng)來控制各個(gè)噴嘴，噴出氣體將下落中的矸石改變軌跡進(jìn)入矸石槽，精煤則落入精煤槽。整個(gè)分選程序完成分選過程僅需0.02 s。

4 現(xiàn)場工藝實(shí)施

80～25 mm CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)車間緊鄰儲煤棚，篩分車間-80 mm的篩下原煤經(jīng)犁式卸料器卸至大傾角波狀擋邊帶式輸送機(jī)上運(yùn)送到弛張篩，弛張篩篩選25～0 mm的原煤輸送到原煤帶式輸送機(jī)上進(jìn)入煤倉，80～25 mm原煤進(jìn)入振動(dòng)給料機(jī)；振動(dòng)給料機(jī)通過設(shè)置粗篩將粒塊機(jī)械分割成粒級，礦料均化后均勻掉落至X射線分選機(jī)；80～25 mm礦物流進(jìn)入分選機(jī)后，通過帶式輸送機(jī)運(yùn)輸至成像分析源的X射線分選器進(jìn)行電離照射，實(shí)現(xiàn)礦料的標(biāo)定和識別，再由微型控制器控制執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精煤和矸石的分離，矸石經(jīng)矸石帶式輸送機(jī)運(yùn)至矸石堆，精煤經(jīng)帶式輸送機(jī)落入儲煤倉。CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)現(xiàn)場工藝實(shí)施示意圖如圖9所示。

圖9 CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)現(xiàn)場工藝實(shí)施示意圖

5 應(yīng)用效果

2015年7月，CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)在大同煤礦集團(tuán)臨汾宏大豁口煤礦投入使用,將原煤和通過CXR-1000 X射線分選系統(tǒng)分選出來的精煤在各項(xiàng)指標(biāo)上做的檢驗(yàn)報(bào)告見表1和表2。

表1 原煤檢驗(yàn)報(bào)告

表2 精煤檢驗(yàn)報(bào)告

從表1和表2可以對比看出，分選后的精煤發(fā)熱量比原煤增加了2.28 MJ/kg，不僅大大提高了煤炭質(zhì)量及產(chǎn)品發(fā)熱量，而且降低了矸石運(yùn)輸成本，減少了環(huán)境二次污染，實(shí)現(xiàn)了銷售產(chǎn)品多樣化，滿足了不同客戶的需求。按每年處理能力60萬t計(jì)算，分選后可銷售原煤53.4萬t，同時(shí)每年減少6.6萬t低發(fā)熱量原煤銷售，增加銷售收入約500萬元。

6 結(jié)語

CXR-1000 X射線原煤分選系統(tǒng)具有分選精度高、配套設(shè)備少、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，投入使用后解決了人工選矸存在的分選精度差、工作效率低、運(yùn)行故障多等難題。特別是在環(huán)保方面，無需水和其它介質(zhì)介入，且分選揚(yáng)塵通過消塵處理避免了環(huán)境污染，徹底告別人工選矸的繁重勞動(dòng)和對人體健康的影響。