錦界選煤廠原煤設施改造案例分析

周成龍,史培寧

(中煤西安設計工程有限責任公司,陜西 西安 710054)

0 引言

錦界煤礦為錦界煤電一體化項目的配套煤礦,規模為18.0 Mt/a。目前煤炭生產加工系統已建成工程有2個煤流入口和7個煤流出口。井下原煤通過雙系統帶式輸送機運至地面3個原煤倉(單倉直徑22 m,設計儲量為1萬t)儲存,之后向錦界電廠、亞華電廠、神木化工、北元化工、火車裝車以及2座地銷倉汽車售煤等7個出煤口供煤。煤流系統較為復雜,煤礦檢修時間內所有外銷煤只能通過原煤倉或產品倉的儲煤來完成,原煤倉有效緩沖時間只有約8 h,緩沖能力不足導致井上和井下之間生產組織協作矛盾較為突出。

1 存在問題

經過實地調研,目前生產系統的原煤緩沖能力主要存在以下三方面的問題。

1.1 供需不平衡

井下采煤和地面銷售接續困難,供需矛盾突出,影響煤礦井下設備檢修和搬家倒面,增加了井下生產成本[1-3]。煤礦白天時段(8:00～16:00)檢修基本不生產,但電廠基本在同一時段(8:00～20:00)因用電負荷大而耗煤量大,汽車地銷也是白天銷量大,而鐵路外銷來車時間不規律、不確定。這種供需矛盾體現在夜間時段采煤時供煤能力大但需煤量小,白天煤礦檢修井下不生產但地面原煤需求量大,都需要由原煤倉中儲緩沖調節。但是原煤倉有效緩沖時間只有約8 h,導致井下和地面的生產協作非常緊張,原煤倉“頂倉”“空倉”影響生產與檢修的現象時有發生,煤炭供需矛盾難以徹底解決。

煤礦井下預防性檢修時間一般都在10 h以上,搬家倒面一般都在10～15 d,神東公司規定煤礦井下每天正常檢修時間不小于4 h。按照井下生產安排一般在每年5、6、10月分別搬家倒面,在搬家倒面期間只有2個工作面生產,由于原煤緩沖能力不足,煤礦供煤量小于電廠、火車及化工廠等用戶的需求,火車和汽車銷售供需矛盾突出,經常導致無法按計劃兌現銷售計劃,影響客戶的滿意度和銷售接續,進而影響錦界煤炭銷售市場和價格。為保證上述各用戶的供煤安全及用量,只能通過壓縮搬家倒面工作時間和計劃檢修時間,甚至臨時被迫終止設備檢修等手段來滿足各用戶需求,對煤礦設備造成較大安全隱患,同時也給電廠、化工廠的用煤安全造成較大影響。

1.2 塊煤產率低

為了減少對井下生產影響,原煤倉保持在低料位運行狀態,導致原煤入倉落差偏大、塊煤破損率高、出塊率降低,影響洗塊煤銷售效益[2]。原煤倉每天料位變化幅度大,造成原煤入倉落差偏大、塊原煤破損率高、出塊率降低,影響洗大塊銷售效益。據調研,煤礦生產要求原煤倉預留至少1 500 t的倉底煤,防止“空倉”砸傷倉下漏斗結構,造成實際單倉有效緩沖能力只有7 000 t左右。采集4月29日、30日原煤倉料位統計數據如圖1、圖2所示。從圖中統計數據可以看出,3個原煤倉每天平均倉位均在3 000 t以下,其中4月29日有4 h倉位不足2 000 t,4月30日有6 h倉位不足2 000 t。據現場統計,每天原煤倉位變化幅度平均約45 m,原煤倉長時間處于低倉位狀態,造成原煤落差高,塊煤破損率大,出塊率有所降低。

圖1 4月29日原煤倉倉位統計Fig.1 Position statistics of original coal bunker on April 29

圖2 4月30日原煤倉倉位統計Fig.2 Position statistics of original coal bunker on April 30

選煤廠設備檢修時間和產品細分銷售效益。受到原煤倉只能緩沖1個班的時長限制,一旦“頂倉”選煤廠就必須開機生產或者井下工作面停產,一旦“空倉”選煤廠只能停機檢修或者井下工作面中斷檢修恢復生產。受到鐵路專用線跨線火車售煤倉容和地銷倉容限制,目前火車售煤、塊煤地銷時選煤廠的篩分車間和主廠房都必須同時開機生產,才能滿足生產需求,這樣只能通過壓縮選煤廠設備的檢修時間來實現。此外,冬季經常遇到雪天汽車運輸不暢帶來的塊煤倉短時間“頂倉”,而原煤倉中儲能力小又無法發揮緩沖作用,選煤廠只能將塊煤破碎當作末煤供電廠或鐵路銷售,影響產品細分銷售效益。

1.3 塊煤供應“高質低價”

目前3號原煤倉下通過2臺給煤機分別向神木化工和北元化工供應-200 mm粒級原煤,但實際上-40 mm末煤已經滿足其用煤粒度和質量需求。因此,目前的生產方式會造成塊煤資源浪費。

2 實施方案

2.1 3號原煤倉上增加分級設備

在3號原煤倉上增加分級設備,篩下末煤進入3號原煤倉后供化工單位,塊煤通過現有的104刮板向1號原煤倉和2號原煤倉配倉儲存,之后通過選煤廠加工為塊精煤銷售。

為降低倉上動荷載,實地考察后決定采用滾軸篩作為分級設備[3-5]。滾軸篩是利用多個并排排列并旋轉的軸組成的篩分設備,大于軸間隙的物料從篩面上部通過,小于軸間隙的物料從篩面下方通過,技術成熟、通過能力大、故障率低。滾軸篩采用滾軸滾動篩分,篩體高度小,運行時動載荷小,而且軸徑耐沖擊,堅固耐用可靠性高,非常適合本次±40 mm的分級作業。

針對倉上篩分改造的布置方案共有2個。方案一是將滾軸篩布置在3號原煤倉上+48.0 m平面配倉刮板機機尾的上方,同時把104刮板機尾延長7 m。方案二則是將滾軸篩布置在3號原煤倉上+55.0 m平面(即配倉刮板層的上層樓層)的現有空地樓面上。

經過方案比較,認為方案二利用+55.0 m平面的空地布置滾軸篩更為有利。雖然需要改造主斜井帶式輸送機機頭溜槽、加固樓板梁結構,但是此方案改造對生產運行影響更小,而且不占用既有的檢修場地,方便生產維檢管理。因此推薦采用方案二,如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 方案一+48.0 m平面布置Fig.3 Scheme 1 +48.0 m plan layout

圖4 方案二+55.0 m平面布置Fig.4 Scheme 2 +55.0 m plan layout

圖5 方案二2-1剖面布置Fig.5 Scheme 2-1 profile layout

改造后主井來煤進入機頭溜槽下方的四通分岔溜槽后。3個出口分別采用平板閘門控制開關,其中一個出口進入新增的滾軸篩,原煤篩分后-40 mm末煤直接經篩下溜槽進入3號原煤倉可以供2個化工廠或者去選煤廠,+40 mm塊原煤經篩前溜槽給入104配篩刮板輸送機,通過1號和2號原煤倉去選煤廠,不再供化工廠。3號原煤倉滿倉或者滾軸篩檢修時,主井來煤可經過分叉溜槽的另一出口直接給入104/105刮板機,入1號和2號原煤倉儲存,也可以打開刮板機閘門進入3號原煤倉。分叉溜槽的另一出口預留給入規劃的4號原煤倉。單個溜槽口通過量約為2 500～3 000 t/h,可以保證任意2個溜槽口通過量之和不小于4 500 t/h,滿足2號主斜井來煤186帶式輸送機的峰值來煤量。所有閘門采用自動控制,能夠按照生產需要進行切換。

2.2 新增4號原煤倉

目前原煤儲存設施有筒倉、儲煤場等方式,筒倉具有占地面積小、自動化程度高等優點[6-9]。儲煤場具有儲量大、投資較低等優點,但是占地面積較大。受場地空間限制,本次儲煤設施選擇筒倉方式。并且現場在既有3號原煤倉和篩分車間內均預留了帶式輸送機設備埋件以及棧橋牛腿,所以改造盡量利用預留設施。在現有原煤倉南側預留場地增加一座φ30 m圓筒倉,利用現有3號原煤倉上+55.00 m平面預留轉載帶式輸送機埋件,新增原煤轉載帶式輸送機將原煤運至新建4號原煤倉,為增加倉容,轉載帶式輸送機爬行角度10°(不破壞預留洞孔),出倉口后起弧增加爬行角度為14°。同時為了提高倉容利用率,倉上設置2條配倉刮板輸送機,可實現多點卸料[10],倉下設置10臺帶式給煤機,其中4臺長度2.4 m,6臺長度8.8 m,全部給入新增4號原煤倉至篩分車間的帶式輸送機,實現原煤倉至篩分車間的雙系統供煤,提高系統的可靠性,圖6為改造圖。

圖6 新增4號原煤倉剖面布置Fig.6 Profile layout of newly added No.4 original bunker

3 效益分析

3.1 提高原煤出塊產率

擴大原煤倉儲能力,減少原煤破損率,提高原煤出塊產率,增加銷售收益。表1為錦界煤礦原煤篩分表,原煤中+25 mm粒級產率為26.26%。而臨近的涼水井煤礦與錦界煤礦采煤工藝和原煤破碎環節相同,原煤+30 mm粒級產率為34.54%,二者相差8.28%,詳見表2。主要原因是涼水井原煤倉緩沖能力約1 d,錦界原煤倉緩沖能力約8 h,導致兩礦生產時原煤倉倉位變化幅度有較大不同。錦界新增4號原煤倉后原煤緩沖時間達到1 d,經測算可將原煤入倉時平均落差高度由45 m降低為30 m以內,參照涼水井原煤倉塊煤損失產率(8.28%)的變化,結合經驗測算,錦界煤礦至少可提高+25 mm塊煤產率約3%,每年為54萬t,按照塊煤每噸價格比末煤高50元計算,共計2 700萬元。因此,新建原煤倉后可以增加原煤中儲能力,盡量保持原煤倉內高料位運行,有利于提高原煤出塊率,增加銷售收益。

表2 涼水井煤礦原煤篩分表Table 2 Raw coal screening data of Liangshuijing Coal Mine

3.2 開展產品細分

擴大原煤倉儲能力,有利于開展產品細分,增加洗小塊產品,進一步提升煤炭銷售價值。目前由于原煤倉中儲能力小,緩沖調節作用有限,導致不能及時組織煤炭洗選加工,外銷煤目前僅有+25 mm以上洗塊煤和-25 mm以下混末煤2種產品,不能生產25 mm以下的洗小塊產品。根據表2可知,粒徑13～25 mm原煤占18.13%,每年產量為262萬t。按照錦界選煤廠設計規模估算,選煤廠在現有基礎上可以再入洗此粒級原煤的數量約為130萬t/年,生產洗小塊產品100萬t/a。按照洗小塊扣除洗選成本后每噸價格比末煤高20元計算為2 000萬元。

3.3 滿足生產接續

原煤倉中儲緩沖調節能力擴大至1 d后,能夠解決夜間時段采煤時供煤能力大但需煤量小、白天煤礦檢修井下不生產但地面原煤需求量大的供需矛盾,可以杜絕原煤倉“頂倉”、“空倉”現象,實現了井上井下均衡生產,可減少井下配采工作面的設備開機時間約6 h。擴大原煤倉中儲能力,達到《煤炭洗選設計規范》(GB 50359—2016)的要求,能夠滿足井下生產接續和地面生產、洗選及銷售的需要,可有效縮短井下配采工作面開機時間,降低采煤生產成本[11]。

3.4 增加塊煤銷售收益

在3號原煤倉上增加篩分設備進行±40 mm分級,其中-40 mm末煤進入3號原煤倉供應神木化工和北元化工,+40 mm塊煤進入選煤廠加工后作為塊煤銷售,按照塊、末煤價差50元/t、+40 mm塊煤平均產率15%測算,改造后每年可增加銷售收益2 600萬元。

4 結語

原煤倉作為調節井下和地面生產的關鍵環節,緩沖容量對于井下和地面的生產接續以及后續產品銷售協調起著至關重要的作用。在3號原煤倉上增加分級設備后,將供給北元化工和神木化工的原煤控制在40 mm以下,提高了選煤廠塊煤回收率。新增4號原煤倉后原煤的緩沖能力由8 h增加為1 d,可解決井下采煤和地面生產銷售的供需矛盾,降低采煤成本,提高原煤的塊煤產率。項目實施后能夠顯著提升煤炭銷售價值,每年可提高企業經濟效益約7 300萬元。