大粒度塊煤智能選矸技術及應用實踐

王建瑩 王傳苓 劉雨苗

（1.兗州煤業股份有限公司楊村煤礦，山東 濟寧 272118；2.天津美騰科技股份有限公司，天津 300381）

1 概況

楊村煤礦主要開采3、16上、17 煤，礦井核定生產能力為1.15 Mt/a[1]。目前采取厚薄煤層配采工藝，3 煤平均厚度8.12 m，16上煤平均厚度1.17 m，17 煤平均厚度1.03 m。主采煤層頂底板泥巖遇水易膨脹、軟化，砂質泥巖抗壓強度低，頂底板易混入原煤中，導致原煤中矸石含量增加，灰分增加。正常生產時+75 mm 塊原煤含矸率達60%，遇井下過斷層或構造時含矸率接近90%。手選樓原煤進入篩分車間進行75 mm 分級，篩上+75 mm 大塊經人工手選撿矸，塊煤運至原煤緩沖倉，矸石直接進入矸石倉，篩下-75 mm 末煤轉運至原煤倉。+75 mm 塊原煤最大量130 t/h，矸石含量大且比較純，大部分在200～500 mm，約有5%的500～700 mm 大塊，每班定員4 個工人，撿不及時需停車搬移大塊矸石，每個班停車時間大約20 多次，手選出的矸石量約18 萬t/a，漏選比例約10%，總共經過手選皮帶的矸石量約20 萬t/a。

2 TDS 智能干選技術

2.1 TDS 智能干選工作原理

TDS 智能干選是利用X 射線識別，采用高壓風噴吹執行的新型塊原煤高效分選設備。其原理是采用X 射線智能識別煤矸，建立分析模型，通過大數據分析，對塊煤和塊矸進行數字化識別，采用陣列式噴嘴智能噴吹，將分選物料排出。其分選原理如圖1[2]。

圖1 智能干選機分選原理圖

2.2 TDS 智能干選技術特點

智能干選機主要用于塊煤分選，技術已經成熟并推廣，在全國大型煤炭集團成功實現工業化應用。具有以下特點：

（1）節省初期投資，運行費用低。TDS 智能干選不需借助分選介質對煤炭進行分選，無需設置傳統濕法分選工藝的脫水、脫介、煤泥水處理及介質回收環節，大大簡化工藝流程，具有投資低、運行費用省、建設時間短、設備少、系統非常簡單等特點[3]。

（2）分選精度高。智能干選已實現平均矸石帶煤率1%～3%、平均矸石排出率≥90%的工藝指標，分選精度接近淺槽分選機，高于跳汰及其他干選的傳統塊煤分選設備[4]。

（3）處理粒級寬。TDS 智能干選可處理300～10 mm 粒級塊原煤，分選上限為300 mm，下限為10 mm。當執行“打煤”工藝，入料粒度可達1000 mm[5]。

（4）處理能力大。最大型號的智能干選機單套處理能力達600 t/h 以上。

（5）智能化程度高。系統具有自學習和故障自檢功能[6]。

（6）防爆設計。所有部件均按防爆標準設計，TDS 智能干選機已取得國家安標中心認證，可用于煤礦井下[7]。

（7）完善的除塵設計。采用新型濾筒式除塵器或濕式洗氣機，與智能干選機分體式布置，過濾精度高，除塵效率達95%以上[8]。

（8）輻射量小，防護安全可靠。外罩采用鉛板全密封屏蔽輻射，距離設備1 m 處的平均值約1 μSv/h，巡視人員一年最大輻射劑量約為0.55 mSv，小于《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（GB 18871-2002）中1 mSv 的公眾照射劑量限值，非常安全[9]。

3 應用實踐

楊村煤礦根據實際生產情況，選用TDS12-300型智能干選機，主要技術參數見表1。

表1 楊村礦TDS 智能干選機參數表

3.1 分選粒級及選煤方法

采用TDS 智能干選機對本廠+75 mm 塊原煤進行智能排矸分選，有個別超粒的300～700 mm大塊矸石進入系統時，也可以通過智能干法分選系統排出。

3.2 工藝流程

礦井原煤經除鐵后進入分級篩按75 mm 篩分后，+75 mm 大塊通過振動布料器后進入TDS 智能干選機分選，塊煤中有木頭、錨桿等雜物，且煤少矸多，執行“打煤”工藝。分選后TDS 矸石進入限下篩進行25 mm 篩分，篩上物作為最終矸石進入矸石皮帶機運至矸石堆場，篩下碎煤進入末煤皮帶機。TDS 排矸后的塊煤進入原有塊煤皮帶機運至塊煤倉，可單獨銷售，也可破碎后通過返煤皮帶機摻入篩下末煤。原煤分級篩篩下末煤進入末煤倉。

TDS 系統工藝流程圖如圖2。

圖2 TDS 智能干選工藝流程圖

3.3 工藝布置

改造采用TDS 智能干選機代替人工手選，在現有手選樓改造。

在礦井原煤皮帶機頭新增除鐵器。在6.40 m 平面，拆除北側手選皮帶，原煤分級篩出料口后面依次布置振動布料器和TDS 智能干選機；在2.30 m平面，原末煤皮帶機上方布置一臺矸石限下篩。

高壓風利用附近的礦井壓風機房內富余的空壓機，安裝敷設壓風機房至手選樓壓風管路，為智能干選機提供干凈可靠的風源。設計在現有篩分樓外皮帶機棧橋下布置冷干機，在末煤轉載點附近布置一臺6 m3儲氣罐和一臺8 m3儲氣罐。

在現有配電室北側末煤皮帶棧橋西側貼建配電室，用于TDS 系統供電。

4 應用效果與效益

4.1 應用效果

TDS12-300 智能干選機平均處理能力為100 t/h，最大可達到130 t/h。TDS 智能干選系統生產統計數據表明：分選后矸石平均帶煤率為1.30%，矸石平均排出率為95%，具體見表2。

表2 楊村煤礦TDS 智能干選系統生產統計 %

4.2 經濟效益

采用TDS 智能干選機分選與人工手選相比有如下效益：

（1）節省人工。采用TDS 智能干選機工藝，可節省14 名手選工人，每年節省人工成本142.8 萬元。

（1）提高塊煤質量，提高銷售價格。智能選矸系統塊煤含矸率控制在2%以下，塊煤售價預計提高170 元/t，每年將增加727.35 萬元效益。

4.3 社會效益

大粒度塊煤處理系統通過技術改造后，實現機械化、自動化、智能化操作和控制，降低工人勞動強度，實現安全集約高效生產。塊煤分選采用全封閉結構，并配套完善的除塵系統，降低分選過程中揚塵現象，為現場作業人員提供安全的作業環境，確保職工的作業安全。

采用TDS 智能干選機分選，不耗水，可節約水資源。傳統水洗工藝在洗選過程中產生煤泥，由于其發熱量低，粘結成團難以處理和利用，一般無法摻入產品煤，單獨銷售需長時間晾曬且價格低，通常作為廢棄物外排，污染環境。而TDS 智能干選機不產生次生煤泥，有效解決了粘濕煤泥難處理的問題，保障企業正常生產的同時也保護了周邊環境。

5 結語

楊村煤礦TDS 智能干選系統生產實踐表明，采用TDS 智能干選機分選大粒度原煤，矸石平均帶煤率1.3%，矸石平均排出率為95%，使用效果良好。同時，將工人從惡劣的工作環境中解救出來，提高了自動化水平和管理水平，減少矸石的無效運輸，經濟效益和社會效益良好。TDS 智能干選機在楊村煤礦的成功應用，為兗礦集團其他廠礦提高智能化和管理水平提供了借鑒。