TDS智能干選機在東曲選煤廠的應用

李文儒，劉國超

(西山煤電(集團)有限責任公司 東曲選煤廠， 山西 古交 030200)

東曲選煤廠屬于礦井型選煤廠，采用脫泥無壓三產品重介旋流器分選+粗煤泥TBS分選+細煤泥浮選的聯合工藝流程。原煤選前準備系統采用常規的篩分+手選+破碎作業流程，即毛煤通過道條篩(分級粒度130 mm)分選大塊矸石，道條篩篩下物再經振動篩(分級粒度50 mm)進行篩分，振動篩的篩上物經手選揀除矸石及雜物后進入破碎機破碎,與振動篩篩下物混合進入原煤洗選系統。

1 排矸系統改造前存在的問題

1) 矸石帶煤量大，后期不易治理。

根據8#、9#毛煤篩分試驗報告結果，+50 mm物料中含煤率高(最高為14.01%). 該廠排矸系統無法有效分選+130 mm大塊煤，道條篩只針對物料的形狀尺寸進行簡單篩分，一方面矸石帶煤量大，帶來較大的經濟損失。同時，大量的煤矸石堆積成矸石山，治理難度大并對環境有較多危害，如占用土地，影響生態；矸石山的淋溶水污染地下水源和江河，危害農作物和水產養殖業；并且環境污染與礦區周邊村莊易發生經濟糾紛,形成了煤礦地區安全和諧發展的一個不穩定因素。

2) 矸石揀出率低、設備負荷大、后續加工費用高。

手選是靠人持續、機械式的勞動，揀出部分大塊矸石及雜物。但是，手選工受人為因素影響，經常會出現疲憊和疏忽，矸石揀出率不能保證，大量矸石經過破碎后進入主洗系統：a) 造成破碎機負荷大、故障率高。b) 三產品重介質旋流器易堵塞、檢修工作量大。c) 增加設備磨損，且部分矸石容易泥化，也會影響浮選及煤泥水系統[1].

3) 手選工人勞動強度大、工作環境差。

手選作為選煤的傳統作業環節,存在勞動強度高，工作環境差等問題，且在手選過程中大塊矸石容易砸落，對選矸工人存在較大的安全隱患。

4) 揀矸崗位人數多，生產效率低。

毛煤+50 mm大塊中雜物、矸石較多，選煤廠原煤準備車間每班生產共有4名揀矸工負責揀矸、揀雜，占用每班生產人數30%，導致原煤選前準備作業生產效率低(揀矸效率為85%～90%).

2 TDS智能干選機改造方案

對于矸石分選，國內較為先進、有效的排矸方案有TDS智能干選和淺槽重介分選。通過調研及兩種方案對比分析，在分選精度基本相近的情況下，TDS智能干選相對于淺槽重介分選具有投資少、運行費用低、用人少、設備檢修維護量少、工程改造容易、便于生產管理等優點[2-3]. 因此，東曲選煤廠于2020年進行了TDS智能干選機替代手選改造。

2.1 TDS智能干選機工作原理及技術參數

2.1.1 TDS智能干選機工作原理

TDS智能干選是一種干法高精度智能煤矸分選方法,選用天津美騰科技有限公司生產的TDS24-300型智能干選機，物料在布料器上均勻布料，由于煤與矸石所含元素不同，當煤與矸石通過X射線裝置時，其對輻射的吸收量不同，針對不同煤質特征建立相適應的分析模型，通過大數據分析，對煤與矸石及其位置進行數字化識別，最終通過智能噴吹系統，對50～300 mm物料進行分選，選出塊煤，將矸石排出[4].

2.1.2 TDS智能干選機設備參數

TDS24-300-W2智能干選機設備參數見表1.

表1 TDS智能干選機設備參數表

2.2 改造后工藝流程

TDS干選系統的工藝流程：毛煤經道條篩(分級粒度130 mm)分選大塊矸石，道條篩篩下物再經原煤分級篩(d50 mm)分級處理，-50 mm的物料進入上倉皮帶，+50 mm的物料通過振動布料篩后均勻進入TDS智能干選機，在TDS智能干選機內部通過X射線識別裝置利用高壓風噴吹分離矸石和塊煤。塊煤經過破碎機后上倉，矸石通過限下篩后篩上物進入矸石皮帶，篩下物進入上倉皮帶，干選系統工藝流程圖見圖1.

圖1 TDS智能干選系統工藝流程圖

3 運行效果

TDS智能干選機投入運行后經試驗檢測，處理量203 t/h，+50 mm的物料經TDS智能干選機分選后，8#、9#煤矸石含煤(<1.8 kg/m3)率0.44%，選后煤中含矸率0.2%，數量效率99.24%，TDS智能干選機工藝指標達到了合同要求的矸石帶煤率<1.50%的目標(見表2，3).

表2 TDS智能干選機分選后矸中含煤率測定表

表3 TDS智能干選機數量效率計算表

表4中毛煤量通過205B皮帶秤計量，道條篩篩上物通過汽車排矸計量，入倉原煤通過223皮帶秤計量。其中：

1) 毛煤處理量=139 665/160=873(t/h).

2) TDS智能干選機處理量=(毛煤量-道條篩篩上物量-入倉原煤量)/運行時間=(139 665-11 185-96 005)/160=203(t/h).

3) TDS分選出的物料量(煤+矸石)：通過汽車排矸計量數25 236 t，計算為(毛煤量-道條篩篩上物量-入倉原煤量)×77.32%=(139 665-11 185-96 005)×77.32%=25 109(t). 因此，采用汽車計量數。

4) TDS分選后煤中含矸率=TDS分選后煤中矸石產率減去自然級的矸石產率，即32.34%-32.11%=0.23%(報0.2%).

5) 數量效率=TDS分選出的矸石量/入TDS的矸石量=25 125/25 317×100%=99.24%.

4 后續問題及處理措施

TDS智能干選機在近兩年的使用中，整體情況良好，設備運行穩定，生產改為無人值守、 有人巡查模式，解決了職工工作環境差的問題，但存在其他問題:

1) TDS智能干選機在分選8#、9#煤時分選效果較好，矸中含煤率可達0.44%，而在分選極易泥化的2#、4#煤時，分選效果較差，矸中含煤率為0.86%，特別是煤矸一體的情況下無法實現有效分選，矸中含煤率高達1.0%及以上。通過改進圖像識別方案，優化識別算法、執行算法，安排專人收集數據信息并對矸石煤形態特征增加數據庫分析，提高矸石煤的識別率并從矸石中選出，進一步降低矸中含煤率。優化算法后分選2#、4#煤，矸中含煤率能保證在0.8%以下。

2) 毛煤中含有部分木材、棉紗等雜物，這部分雜物TDS智能干選機無法識別，進入主洗系統后極易造成三產品重介旋流器二段入料口堵塞從而影響正常生產。通過在TDS智能干選機出料口、原煤倉入料口及脫泥篩篩前溜槽等處設置3道防護篦子，防止雜物進入主洗系統。

3) TDS智能干選機在運行過程中電磁閥大量損壞無法修復，分析原因，為原供風管路使用普通鐵管和普通電磁閥閥板，原鐵管極易銹蝕產生大量鐵屑與水氣混合，閥板容易受反吹風影響，將鐵銹、水汽等雜物吸入閥板內，堵塞閥板。每年更換電磁閥130多個(原廠電磁閥6 000元/個)，更換電磁閥費用高達78萬元，其它材料配件費約40萬元，維修費用高。該廠于2021年3月更換了主體供風管路和電磁閥閥板，將普通鐵管改為鍍鋅管，原電磁閥閥板升級為過渡閥板，改善了用風環境和閥體使用壽命，每年維修費用可降低48萬元。

5 經濟效益

東曲選煤廠每年排矸約45萬t，夾矸煤的含煤率為3.52%，TDS智能干選機分選效率99.0%，人工分選精度為30%，每年多回收原煤=45×3.52%×(99.0%-30%)=1.09萬t，供電廠原煤270元/t，則每年多回收原煤產生的經濟收益294.3萬元。

改造后比改造前功率增加146 kW，每年毛煤拉運量約420萬t，單系統平均處理量800 t/h，年生產時間2 625 h，平均電價0.58元/kWh，電費增加22.2萬元。

通風管路改造后每年更換電磁閥費用30萬元，其他維護費用約40萬元。

年實際新增效益：294.3-22.2-70=202.1(萬元)。

6 結 論

TDS智能干選機在東曲選煤廠投入運行后，分選效果良好，產生了一定的社會經濟效益，但在生產中存在矸石煤識別精度不高的現象，建議廠家進一步改進圖像識別、優化算法，增大數據庫分析能力，以進一步提高TDS智能干選機分選精度。