X射線智能選矸技術在姚橋選煤廠的應用

蔣林龍

(上海大屯能源股份有限公司選煤中心，江蘇 徐州 221611)

大屯姚橋選煤廠建成投產于20世紀90年代末，是礦井型選煤廠，設計能力為3.00 Mt/a，生產工藝為：小于50 mm原煤無壓三產品重介旋流器分選+煤泥直接浮選。姚橋煤礦井下0～300 mm原煤提升出來后進入選煤廠準備車間，經過50 mm分級篩，篩上物料通過三通溜槽進入2條人工手選膠帶上，選出大塊矸石，分選后的原煤進入破碎機破碎至50 mm以下，與分級篩篩下物料進入原煤儲運系統作為重介主洗原煤。

1 矸石分選

人工手選矸石工藝存在勞動強度大、效率低的弊端，特別是井下采煤過斷層、矸石含量超過40%以上時，只能靠不斷增加人員維持系統正常生產。經過多方走訪調研，選煤廠決定進行技術改造，將工人從繁重低效的體力勞動中解脫出來，最終確定采用X射線智能風力選矸工藝代替人工手選。

2 技術改造

2.1 試驗

2018年1月16日，于姚橋新井原煤車間手選帶采集煤樣共4 t，運至設備廠家進行試驗。共進行4次干選試驗，每次試驗入料約300 kg，4次試驗入料塊煤占比逐步增加。試驗結果見表1。

分析表1發現，第1次和第2次入料中煤與矸石質量比分別為：0.21、0.38，在這種條件下煤中含矸石分別為2.50%、2.53% ；第3次和第4次入料中煤與矸石質量比分別為：0.72、1.6，在這種條件下煤中含矸石分別為0.78%、0.71% ?？梢酝茰y出隨著煤與矸石質量比比值的增加，煤中含有矸石的量呈下降趨勢；同時表1中也可以看出隨著煤與矸石的質量比比值的增加，矸石中含有煤的量呈上升趨勢。

表1 試驗結果

2.2 工程改造

通過統計姚橋選煤廠新井大于50 mm 原煤產量的質量數據，原來進入人工手選系統的塊煤占原煤產量的35.21%，原煤選煤系統設計生產能力為455 t/h，最大產量為550 t/h，最大矸石處理量為193.66 t/h，因此選擇的X射線風選排矸系統處理能力為200 t/h。

2.3 改造后原煤準備系統工藝流程

原煤經50 mm分級后，大于50 mm塊煤被 運轉至X射線風選排矸系統的分級布料篩，均勻分布在X射線識別的膠帶上，通過智能識別系統接收裝置的反饋對矸石或煤炭進行識別，系統通過107個高壓風閥進行風選，高壓風閥吹出煤或矸石后，煤與布料篩下的物料一起進入原煤新破碎機，破碎后，物料進入原煤儲運系統，矸石則通過矸石緩沖倉進入矸石運輸系統。改造后原煤準備系統工藝流程見圖1。

圖1 改造后原煤準備系統工藝流程

3 改造應用效果

2019年12月15日，姚橋選煤廠X射線風選排矸系統改造完成，帶煤試生產。2020年4月13日開始，姚橋選煤廠X射線風選排矸系統進入帶負荷正常運轉，生產期間各系統運轉正常。至2020年4月27日，X射線風選排矸系統累計運行220 h，分選新井原煤95 558 t，煤中帶矸及矸中帶煤各項指標達到設計要求。

2020年4月，姚橋選煤廠X射線風選排矸系統正式投入使用，與新井原煤提升同步運行，對分選效果進行了采樣分析，結果見表2。

分析表2得出，設備運行期間各項指標較為正常，平均矸中帶煤率低于2.0%，平均煤中帶矸率4.17%，低于5.0%，達到設計標準。

表2 實際運行分選效果

4 生產運行中存在的問題

X射線風選排矸系統是通過X射線發射與接收后將其識別為矸石和煤并加以準確跟蹤定位，待其在機頭拋出時，系統根據已經識別的結果，用高壓風閥將矸石或煤打出。保證高壓風系統穩定運行的重要部件是電磁閥，電磁閥在4 s中可以工作(噴氣的次數)20次左右，所以對環境要求也比較高，閥體里的每個部件出問題都有可能降低其應用效果。車間于2020年9—12月連續4個月對電磁閥的使用情況做了跟蹤檢查，并作記錄(表3)。經過長時間現場觀察和統計得出以下幾點分析報告：

表3 電磁閥維修記錄

(1)電磁閥故障率較高，為了維護生產的正常運行，需要及時維護。主要故障情況如下：漏氣占74%、氣小占13%、噴氣口堵占10%，其他個別更換的鐵銹堵在先導閥里。

(2)高壓風進風管道有鐵銹，粗略統計在修復的電磁閥里50%是被進風管里面的鐵銹堵住的。

(3)濾網容易脫落，由于閥門進氣口有鐵銹進入，從而導致鐵銹在濾網上積聚，長時間的聚集使濾網承受的壓力增大，最終導致濾網滑進先導閥里，阻礙執行機構動作，不能及時打風。

(4)閥門出氣口阻塞，電磁閥是在由執行動作指令時工作，如果在煤多的情況下“打矸”，那么在一段時間內有一個閥門出氣口上方一直有煤落下，在此期間恰好該電磁閥不工作，就會有很多煤渣和煤灰進入吹起口，長時間會使其進入電磁閥里，導致出氣口堵橡膠鐵芯不運作。

12月份電磁閥更換較少，較上個月相比減少了50%，看上去很可觀，實則進入系統的矸石量在逐步增大，因為沒有O形圈和新閥可更換，在現場修一個漏風的閥超過4次后，對其進行封堵，保證矸石中不帶煤。

目前10月、11月更換的新閥還未出現問題，還不能測出一個電磁閥使用周期。電磁閥出現堵塞時不能拆，因為拆過之后安裝必會出現漏風。2021年1月5日測試后共有27個閥出現問題，其中堵塞16個，噴氣效果差的11個。

5 結 語

(1)通過實驗室試驗和工業生產分析，發現入料中煤與矸石的質量比對分選效果有一定的影響，煤與矸石的質量比比值越大，分選后煤中含有矸石的量呈下降趨勢，而矸石中含有煤的量呈上升趨勢。

(2)X射線風選排矸系統投入運行后，噸原煤電耗與維檢成本增加0.79元；由機械選矸替代人工選矸，減少用工30人，工人平均年工資5萬元/人，全年節省人工成本150萬元，折合噸入洗原煤成本減少0.5元；機械選矸效率(95%以上)比人工選矸效率(50%左右)提高45%，月累計選矸量增加1.7萬t，年累計多選矸石量20.94萬t；選煤成本按照30元/t核算，年洗選成本降低628.2萬元，折算噸原煤成本降低2.09元。合計噸入洗原煤可節約人工及加工費1.80元。

(3)采用X射線風選排矸系統替代人工選矸，減少用工，降低職工勞動強度，改善了工作環境；實現了機械化換人、自動化減人的安全生產目標，提高了選煤廠智能化水平；改善了入洗原煤質量，洗選生產系統、精煤產品質量穩定性提高，保障了選煤效率和效益。

(4)該套系統共有106個電磁閥，通過目前生產運行看，供風系統是維修的重點，需要及時維護更新確保系統生產的正常運轉。