智能干選機在轉龍灣煤礦選煤廠的應用

剛羅寶，張衍軍

(鄂爾多斯市轉龍灣煤炭有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017205)

轉龍灣煤礦選煤廠原設計為5.00 Mt/a(設備按8.00 Mt/a配置)，產品結構為30～100 mm塊煤、13～30 mm籽煤及小于13 mm混煤。選煤廠原設計為混合跳汰工藝，粗煤泥處理系統采用旋流器+弧形篩+煤泥離心機工藝，因單段跳汰機矸石帶煤率超過7%，造成精煤回收率低、矸石易自燃且粗煤泥水分超標，影響產品質量；另外礦井構造帶較多，過斷層及薄煤帶期間矸石含量達到40%以上，造成矸石分選及運輸環節壓力增大。針對以上問題，2019年對選煤廠進行了技術改造，增加1套4.00 Mt/a的TDS智能干選系統，處理50～200 mm級原煤，0～50 mm級原煤由原跳汰系統處理，改造后處理能力達到12.00 Mt/a。

1 入洗原煤煤質分析

轉龍灣煤礦目前主要開采Ⅱ-3層煤，煤層厚度在2.5～4.2 m，平均厚度3.59 m，煤層地質構造復雜，薄煤帶、斷層分布較多，頂板通常為粉砂質泥巖，底板泥質粉砂巖較多，原煤平均灰分在26%左右，個別時段原煤灰分達到40%，矸石多以塊狀出現，泥化較嚴重，給選煤廠煤泥水處理帶來較大壓力。礦井原煤的篩分浮沉試驗結果見表1。

通過表1數據可以得出，50～200 mm塊煤含量高；原煤隨著粒度減小，灰分逐漸降低(小于0.5 mm除外)，說明塊煤含矸石量較多，灰分比臨近粒度級的高。小于0.5 mm原生煤泥產率為4.81%。而在實際生產全入洗情況下，細煤泥的產率達到8%～14%，說明洗選過程中次生煤泥和浮沉煤泥產率高，應盡量減少原煤下水。

表1 原煤篩分試驗

分析表2可知，小于1.3 g/cm3密度級的產率為46.42%，灰分5.81%；大于1.8 g/cm3密度級的產率為44.91%，灰分為90.90%；中間產物含量極低。兩頭大，中間小，有利于分選，而且大于1.8 g/cm3密度級的灰分很高，說明矸石純度高。對于200～50 mm原煤，當分選密度為1.3 g/cm3時，入選煤的可選性等級為極難選；當分選密度為1.4～1.8 g/cm3時，入選煤的可選性等級為易選。

表2 200～50 mm浮沉綜合

50～200 mm原煤進行預先排矸從工藝上可行，為減少原煤入水泥化給后續環節帶來的煤泥水處理壓力，選擇塊煤干法選煤技術(X射線選煤)對轉龍灣選煤廠進行技術改造。

2 智能干法選煤工藝(TDS)

2.1 TDS智能干選機分選原理

TDS智能干選系統包括給料、布料、識別、執行幾大主要系統，以及供風、除塵、配電、控制等輔助系統。TDS智能干選機采用X射線智能識別方法，X射線的穿透力與物質密度有關，利用X射線穿過該物質后的衰弱強度不同，可以把密度不同的物質區分開來。然后針對不同的煤質特征建立與之相適應的分析模型，通過大數據分析，對煤與矸石進行數字化識別，最終通過智能排矸系統將矸石排出(圖1)。

圖1 TDS智能干選機工作原理示意

2.2 TDS智能干選機應用領域

(1)替代手選；

(2)代替動篩排矸；

(3)代替塊煤重介淺槽排矸；

(4)適用于高水分原煤和見水后水分增加的原煤分選；

(5)適用于缺水地區煤炭的分選和褐煤的分選；

(6)適用于次生煤泥含量高的原煤的分選。

2.3 TDS智能干選機特點

(1)系統簡單。TDS智能干選機與傳統濕法選煤系統的最大區別在于不用水，沒有傳統濕法分選系統復雜的煤泥水濃縮壓濾系統，沒有生產管道；而且設備數量少，關聯銜接點少，系統簡單。

TDS智能干選工藝因不需借助水和介質對煤炭的分選，從而沒有產品脫水、脫介、水處理及介質回收系統，大大簡化了工藝流程。

(2)處理粒度范圍寬。TDS智能干選機可分別處理300～50 mm、100～25 mm的塊原煤，能實現塊煤的有效分選。

(3)分選精度高。TDS智能干選機采用大數據及智能分析技術，準確辨別煤與矸石，并實時跟蹤物料的動態變化，鎖定執行目標，尋找最佳執行時機，實現精確分選。其分選精度優于動篩及跳汰分選。

(4)不產生煤泥。TDS智能干選機采用先進的檢測及執行技術，分選過程不需水，不產生煤泥，可大大提高企業效益。

(5)節能降耗。TDS智能干選機以X射線作為識別手段，高壓空氣作為分選執行介質，主要能耗設備為空壓機。與傳統水洗工藝相比，不需要大量的水和介質的循環，省去了合介泵、煤泥水泵等大功耗設備，不用水、不用介質、不加藥，生產消費大大降低。

(6)維護量低，用人少。TDS智能干選機系統設備數量少，各設備及部件均結實耐用，維護周期長，維護量小。TDS智能干選機采用前沿科技技術，系統高度自動化，正常生產時僅需1人監控即可，實現無人值守。

3 產品質量分析

轉龍灣煤礦選煤廠塊煤智能干選系統2019年12月底投入運行，前期進行200～50 mm粒級兩產品分選，系統調試運行2周后，進行了三產品分選，對各種產品進行了取樣實驗，見表3。

表3 兩產品分選試驗結果

根據表3中數據分析可知，200～50 mm塊原煤的矸石平均產率為29.18%。綜合分析，經過TDS智能干選機分選后，干選矸石的平均矸中帶煤率為0.12%，干選精煤的平均煤中含矸率為0.87%，說明排矸效果明顯、分選精度高。

根據表4中數據綜合分析可知，經過TDS智能干選機進行三產品分選后，干選矸石的矸中帶煤率0%，干選精煤的煤中含矸率為0.15%，干選中煤占產品總量的4.23%左右，占比較低，中煤產品內含少量的矸石錯配，可經過后續洗選排矸。從以上數據來看，經過三產品分選，干選精煤及干選矸石均比較純凈，說明排矸效果明顯、分選精度高。

表4 三產品分選試驗結果

4 效益分析

4.1 提高塊煤率

TDS工藝較其他洗選工藝最明顯的特點就是塊煤不入水，避免長時間浸泡在水中，降低了塊煤崩解率，同時分選環節少，跌落高度低，也會減少塊煤損失率。TDS分選工藝塊煤產率會比原跳汰工藝提高2%左右，塊煤與混煤綜合差價按120元/t計，按年8.00 Mt/a處理量核算(不考慮產能增加部分)，則每年TDS干選+跳汰工藝比單純跳汰工藝提升效益：800×2%×120=1920(萬元)。

4.2 次生煤泥效益

塊煤系統中TDS工藝較跳汰工藝減少2%煤泥量，入洗塊煤量按照4.00 Mt/a計算，年減少煤泥8萬t，煤泥摻入混煤中，塊煤與混煤綜合差價160元/t，則每年TDS工藝比淺槽方案提升效益8×160=1280(萬元)。

4.3 塊煤加工費

TDS設備臺數少，備品備件及維修費用低；TDS智能干選系統裝機功率比跳汰及淺槽少，電耗少，并且沒有水耗及介耗。因此，TDS系統運營費遠低于跳汰系統。

估算跳汰加工成本為7元/t，TDS加工成本為3元/t，設計入洗塊煤量按照4.00 Mt/a計算，TDS工藝可降低生產成本400×(7-3)=1600(萬元)。

4.4 綜合經濟效益

綜合以上比較，在保塊煤率效益、次生煤泥效益、塊煤加工費方面，TDS系統比淺槽系統每年至少多產生6 000余萬元的經濟效益。

5 存在問題

(1)輔助設施的可靠性決定分選效果。轉龍灣選煤廠TDS干選機執行機構配置的電磁閥數量達到348 個/臺，單臺TDS用風量達到30 m3/min，風壓需在0.7～0.8 MPa，電磁閥對風質、風壓要求較高，壓風必須干燥清潔，防止鐵銹或雜質堵塞電磁閥造成長噴或不噴，容易形成矸石帶煤或煤種含矸率超標。

(2)除塵設施要完善。塊煤干選過程中，出料端因壓風不停噴吹，吹起的矸石連續碰撞箱體，造成大量揚塵，如果干選機除塵器、后續膠帶機轉載點除塵設施不完善，容易造成系統起塵，嚴重威脅安全生產和人身健康。

(3)噪聲控制。干選機壓風在噴吹的瞬間，會產生的較大噪聲，吹起的矸石碰撞箱體也容易產生噪聲，如果4臺干選機生產，將有1 000個以上的電磁閥不停的噴吹，若現場降噪設施不完善，會嚴重影響職工身心健康。

6 結 語

TDS塊煤智能干法選煤工藝無論是在經濟效益上、運營上還是投資上都有明顯的優勢，尤其是三產品塊煤智能干選機首次成功運用于轉龍灣煤礦選煤廠，確保了矸石、精煤質量。針對煤泥量大，煤泥難處理，無法單獨銷售的難點，TDS具有更明顯的工藝優勢，更適用于類似于轉龍灣煤礦的原煤煤質。下一步如果將視頻識別技術與X射線識別有效結合，產品質量會有更大的改善。