永定莊選煤廠TDS 智能干選工藝的應用研究

靖吉東

（晉能控股煤業(yè)集團大地選煤公司永定莊選煤廠，山西 大同 037003）

1 概況

永定莊選煤廠隸屬于大同煤礦集團有限責任公司，位于大同煤田向斜中段東南側，地理位置在大同市西南約23.5 km 處。永定莊選煤廠設計能力210 萬t/a，小時處理量400 t/h，屬大型模塊化動力煤選煤廠。2016 年集團公司發(fā)展規(guī)劃，永定莊礦井產能將提升到3.60 Mt/a（小時能力681 t/h），選煤廠入洗能力為2.10 Mt/a（小時能力400 t/h），存在1.50 Mt/a 能力缺口，無法滿足礦井原煤全部入洗的要求。為了滿足入洗規(guī)模提升需求，提升礦井產能，選煤廠對原有選矸系統進行TDS 智能干選升級改造，將洗選能力提升至3.60 Mt/a。

2 TDS 智能干選原理分析

TDS 智能干選實際上是一種基于智能識別方法的分選系統，通過給料系統將待選的煤塊平鋪在布料器上，煤塊平鋪需要單層，增加分選精度，然后通過識別裝置對布料器上的煤塊和矸石進行識別[1]。常用的識別裝置為X 射線穿透識別器，X 射線對物料的識別信息會實時轉化為數字信號后上傳到服務器，服務器通過接收數據并智能運算后，輸出系統上選料閥門的動作信號，控制選料閥門的開閉，同時控制高頻電磁閥的動作，對物料進行噴吹，實現煤塊與矸石的精準分選[2]。TDS 智能干選原理如圖1。

圖1 TDS 智能干選原理圖

TDS 智能干選系統由給料、識別、執(zhí)行和輔助四大系統構成[3]。給料系統主要實現原料的布料功能，由布料電動機、聯軸器、減速機、皮帶、滾筒以及防護罩等零部件構成，與傳統的帶式輸送機有一定的相似。識別系統則主要由X 射線發(fā)生器以及各種防護箱構成，防護箱用于防止X 射線對系統外設備和人造成影響。TDS 智能干選系統上的X 射線源屬于Ⅲ類射線發(fā)生裝置[4]，結構如圖2。執(zhí)行系統主要通過接收控制信號，執(zhí)行電磁閥動作，控制噴氣裝置的開閉，完成分選，結構組成包括電磁閥組、分隔板、緩沖皮簾以及收集罩等。執(zhí)行系統的噴吹機構由于結構特點，要求經過分選通道的原料必須不能重疊，保證分選精度。輔助系統主要實現供風、除塵、冷卻、提供電能等功能，輔助以上三個系統實現各自功能[5]。

圖2 X 射線源裝置結構示意圖

3 TDS 智能干選系統優(yōu)化與設備選型

進行TDS 智能干選系統改造后，智能干選工藝流程為：礦井原煤首先通過條型篩進行篩分，將300 mm 以上的大塊原煤篩選排出，300 mm 以下的原煤進入到原煤分級篩。通過篩分后，篩下煤為-50 mm，直接通過皮帶輸送到上倉，篩上原煤則進入到振動布料篩作為TDS 智能干選機的原料。通過TDS 智能干選機在設備皮帶上通過識別系統和執(zhí)行動作系統的配合作用下，控制噴吹控制電磁閥的開閉，利用空氣壓縮機產生的高壓潔凈壓縮氣體將原料中的煤和矸石分開。煤經過破碎機破碎后通過運輸皮帶進入原煤轉載系統，矸石則進入限下分級篩，經過振動篩分完成矸石和末煤的分離。其中矸石通過矸石轉載系統運輸裝載，末煤通過原煤轉載系統進行運輸轉載。整個TDS 干選流程如圖3。

圖3 TDS 智能干選系統工藝流程示意圖

TDS 智能干選系統可以根據煤質變化實現煤、矸切換。篩分車間原篩分手選系統作為干選系統的備用系統，當礦井與選煤廠生產不同步時，可以將原煤系統切換到現有篩分手選系統。干選系統設備選型主要依托煤場原煤質量以及當前干選系統現狀。

（1）智能干選機

智能干選機是干選系統改造的重點，選煤廠平時選煤處理量685 t/h，最大來煤量800 t/h，選用一臺帶寬為2.4 m、最大運載量850 t/h 的干選機。

（2）氣源系統

空氣壓縮機作為分離煤和矸石的氣源，性能參數是噴吹分離效果的關鍵[6]。通過分選試驗發(fā)現，在帶煤量保持穩(wěn)定的情況下，原煤中的含矸率較高，通過對矸石噴吹后，系統的氣壓損失約為0.2 MPa，而為了保證噴吹效率，要求作用在原煤上的氣壓不能低于0.55 MPa。根據系統設定，一旦噴吹氣壓低于0.55 MPa，系統風壓低報警程序開啟，TDS 智能干選系統會執(zhí)行報警停機動作。因此空氣壓縮機的選擇除了要滿足氣量要求后，還要滿足氣壓要求[7]。經過核算，系統選用兩臺SA185/0.8 風冷雙級螺桿型，雙級壓縮空壓機的排氣量較單機壓縮空壓機氣量更大，而螺桿壓縮機的排氣壓力可以穩(wěn)定在0.8 MPa，如果用氣端出現憋壓現象，空氣壓縮機會自動卸載壓力，保證氣源的穩(wěn)定安全。排風壓力選擇0.8 MPa，并設定其自動啟動壓力為0.60 MPa，自動卸載壓力為0.85 MPa，通過PLC 進行智能自動控制，滿足噴吹氣源性能要求。

（3）布料篩選型

TDS 智能干選系統對原料布料有很高的要求，需要原料單層布料[8]，才能最大程度進行原料篩選。影響布料層數的因素主要有兩個：布料膠帶的寬度以及布料篩與干選機的角度[9]。布料膠帶的寬度太小，在處理量一定的情況下，更容易發(fā)生堆料現象。通過研究發(fā)現，布料篩上的大粒徑原料在布料過程中可能會出現后翻現象，導致原料重疊[10]。基于以上原因，結合永定莊選煤廠原煤處理量，選取布料膠帶寬度為1.2 m 的3YA1237 型振動布料篩，并調整布料篩與干選機入料滑板的角度，杜絕后翻情況發(fā)生。關鍵設備選型見表1。

表1 TDS 智能干選系統主要設備選型匯總表

4 應用效果

永定莊選煤廠干選車間建成使用后，帶煤量為800 t/h 依然能夠保證整個生產系統平穩(wěn)運行。日常對TDS 干選機分選出精煤和矸石取樣進行浮沉試驗。浮沉試驗結果：精煤帶矸率4.55%，矸石帶煤率2.8%，產品符合生產標準。根據生產實際情況制成產品平衡表，由表2 數據可以看出，干選車間的應用，能夠保證外運精煤產品達到集團公司2.092 9×104kJ 的要求，取得了良好的效果。

表2 TDS 干選系統應用后產品平衡表

TDS 智能干選系統投入使用后，通過現場煤樣采集以及進行工業(yè)試驗檢驗發(fā)現，分離后的矸中帶煤率為0.66%，極大程度低于煤礦要求的1.2%含量要求，說明TDS 智能干選系統對煤矸分離效果明顯，提升了煤炭的分離效率，保證經濟效益。另外，通過資料統計，應用TDS 智能干選系統后，系統人員結構配置發(fā)生了很大變化，專職操作實際和濃縮池運行司機工作全部由機械自動化完成，另外設備維護人員數量和工作量也大大減少，相較于原來的干選系統，共減少人員32 人，按照每人每年8 萬元收入來計算，每年可以節(jié)省人工開支約250 萬元。