俄霍布拉克煤礦高效潔凈中塊煤分選系統技術改造研究

陳國強

【摘 要】針對俄霍布拉克煤礦中塊煤分選采用人工分揀方式，造成用人多效率低，矸石選不盡煤質差，產量低不能滿足市場需求的問題，在調研國內眾多分選工藝設備基礎上，提出采用ZM礦物高效分離機進行干法選煤代替人工選煤的工藝方案，方案經實施后，該技術工藝可明顯提升煤質，提高產量，提高工效，而且潔凈環保，企業取得了較好的經濟、環境效益，值得大力推廣應用。

【關鍵詞】中塊煤；高效；潔凈；分選；研究

0 概述

俄霍布拉克煤礦是徐礦集團早期援疆企業，坐落在庫車縣北山礦區，2004年投入生產，原設計生產能力90萬t/a，經過多次改擴建，目前產能核定400萬t/a，實際生產能力600萬t/a；礦井選煤系統設計為機械分級，人工選煤的方式，井下原煤上井后首先進入固定棒條篩對+150mm以上超大塊煤矸預選，以防止篩分系統卡堵，保證設備安全可靠運行，-150mm以下篩下物進入主香蕉振動篩進行篩選，生產三個商品煤種，即大塊（粒度≥80mm，），中塊（粒度25～80mm），沫煤（粒度≤25mm）。預選出的超大塊和主香蕉篩篩選出的大塊進行混合采用人工選矸后入堆場。中塊進入緩沖倉后由另行建立的獨立人工選矸系統選矸后入堆場，沫煤直接進入沫煤倉，由火車快裝站和汽車分別裝車發運。其設備工藝流程，見圖1。

1 問題提出

由于礦井煤種為低灰、低硫、高發熱量的優質動力煤，屬于不沾煤，礦井在設計時未考慮原煤洗選問題，只考慮原煤分級后，大中塊手選，沫煤直接裝車外賣。因礦井采用綜采放頂煤和一次采全高生產工藝，原煤中混入矸石較多，大塊矸石在預選后混入大塊煤系統，因數量少、塊度大，由人工分揀尚可行；而中塊矸石混入中塊煤系統，由于數量較大（礦井中塊煤日產約3000t/d，其中矸石和低熱值塊煤占40%），塊度較小，由人工分揀則難度較大，表現為用人多、選不盡、產量低、效率低，嚴重影響煤質，影響銷售。為保證煤質，礦井采取了井下放頂煤時“見矸關門”和采全高時撇頂炭留偽頂措施，控制矸石量，一定程度上保證了煤質但犧牲了資源回收，嚴重影響礦井產量。因中塊煤在南疆用于日常生活和烤火取暖，市場需求旺盛，價格較高，是企業主要利潤貢獻源，為此進行中塊煤機械化選煤系統改造，提質提量勢在必行。

2 改造方案

2.1 方案選擇

由于礦井處于新疆戈壁荒灘內，夏季高熱、冬季高寒，地表缺水不適宜建立洗煤廠，在考察國內相關廠家企業后，我們決定改上目前國內較為成熟的中塊干法選煤工藝，國內干法選煤工藝設備較先進的有FGX復合干法選煤系統和賽博瑞特（北京）技術發展有限公司近年引進美國最新干法分離技術開發的ZM礦物高效分離機系統。ZM礦物高效分離機系統是專門針對高低密度混合物的干選分離設備，比FGX復合干選設備更為先進，可在0～100mm粒度范圍內用于煤炭分選，對0～80mm粒度尤為適宜，在排矸、降硫同時去除一定水分，大幅提高煤質和發熱量，是一站式解決煤炭干式分離的集成模塊式小型選煤廠，其缺點是價格較為昂貴。廠家為消除客戶對產品性能的疑慮和降低客戶的初次投入，承諾可以進行設備租賃，分期付款，也可以代為進行礦物分離加工服務，以檢驗設備性能和分選效果。據此，故決定ZM礦物高效分離機系統作為俄霍布拉克煤礦中塊選煤系統改造的首選。

2.2 ZM高效礦物分離機系統

2.2.1 系統主要構成

ZM系列礦物高效分離機系統主要包括：上料系統、分選系統、除塵系統、控制系統和產品輸送系統等，另可增加原煤準備系統。

（1）上料系統。主要包括緩沖倉、給煤機、振動篩和入煤皮帶，緩沖倉的作用是儲存原料，保證入料的均勻性。給煤機主要控制給煤量，可根據入料煤的特性進行靈活調整，也可根據需要增加振動篩，篩出粒度符合要求的煤塊后通過上煤皮帶給入設備進行分選。

（2）分選系統。主要包括分選機、布風裝置、吊掛裝置、激振電機等，根據入煤特性，其各個參數可進行靈活調整，在分選機的分選床面上實現煤與矸石的有效分離。

（3）除塵系統。主要包括集塵罩、布袋除塵器、旋風除塵器、噴霧除塵和引風機等，集塵罩布置在分選床面的上部，在引風機的作用下，集塵罩內形成負壓空間，粉塵不外溢。旋風除塵器除去顆粒較大的粉塵，布袋除塵器是除塵系統的核心部件，可有效清除循環風中的粒級較細煤粉，同時保證外排空氣中的粉塵濃度低于國家標準。在轉載點或易揚塵部位，增加采用噴霧除塵可有效提高整個分選系統的除塵效果。

（4）控制系統。具有完善的聯鎖和各種電氣保護功能。主機軟啟動功能，可手動或自動控制，核心元件進口，采用MNS柜體。

（5）成品輸送系統。主要包括精煤皮帶、矸石皮帶和中煤皮帶（根據需要配置，如需回旋，則還要增加一條中煤轉載皮帶），如果受距離、場地或其他條件的限制，還可增加相應的轉載皮帶。

（6）原煤準備系統。主要是指大塊物料的篩分（或破碎）作業，使粒度控制在80mm以下，為礦物高效分離機提供合適的原料。

工藝流程簡圖，見圖2。

2.2.2 ZM礦物高效分離機核心——分選機

ZM礦物高效分離機系統其核心部分是分選部的分選機，如圖3所示。分選機由分選床、振動電機、布風室、接料槽、機架、吊掛裝置組成，分選床由床面、背板、格條、排料擋板、矸石門組成，分選床面是鐵板與橡膠板的復合體，床板鉆有風孔，床面上裝有格條，床面下有控制風量的風室，由離心式通風機供風，氣流通過床面上的風孔作用于分選物料。吊掛裝置將分選床、振動電機用鋼絲繩吊掛在機架上，通過角度調節裝置可任意調節分選床的縱向、橫向角度，床面一側有高度可調節的排料擋板，控制床面礦物層厚度，擋板外側設有接料槽，承接成品煤和矸石，槽內有排料翻板，適應不同煤種截取區域。物料在分選床面上受風力和振動雙重作用實現階梯旋轉運動重復分離。

2.3 ZM400分離機主要技術特征

ZM400高效礦物分離機系統，采用雙主選機對稱布置聯合設計，可單機運行也可雙機聯合運行。其技術特征見表1。

2.4 ZM高效礦物分離機的分選原理

高效礦物分離機分選原理：設備采用階梯分選原理，物料在分離選床上受振動和風力的共同作用，進行階梯式旋轉運動，在階梯區間進行重復分離，各階梯區間根據物料的組成不同和風力的分布差異化，形成具有密度差異的流態化自生分離介質層，擊振力加強了物料按密度分層效果，流態化分離介質層的厚度及風力不同造成的物料介質沸騰程度不同，導致被分離物料在各階梯區間介質層中的埋沒深度存在差異，低密度物料最先越過溢流堰被排出，剩余物料進入下一個階梯區間再次進行分選，直至分選完畢，排出重礦物，從而在各階梯區間不同密度物料實現最終分離。

物料在振動作用下在某一階梯內的旋轉剖面，見圖4；物料在風力和振動綜合作用下在沸騰介質內按密度分層示意圖，見圖5。

2.5 ZM分離機的控制系統

ZM400高效礦物分離機系統設計采用雙分選機聯合對稱布置成一體機的方式，兩單機機既可各自獨立運行也可聯合運行，分選能力大。其控制系統采用集成設計，由PLC控制，可以實現分選機任一單機運行或雙機組合運行，對分離機給料部分、分選部分、供風除塵部分、出料部分設備既可以在操作臺進行遠程操作自動控制運行，也可手動控制進行調試檢修；無論手動還是自動方式，均按照逆煤流啟車、順煤流停車的工藝順序作業。設備發生原煤斷流時可以按下暫停按鈕，主機停止節省能耗，恢復原煤供給后，按下暫停按鈕，系統恢復運行。其設備分布及其控制系統示意，見圖6。

系統設有完善的保護，在主界面可以按授權進行參數設定。任意一臺設備的開停狀態、啟停信號、保護狀態在界面均可顯示，任意一臺設備出現故障時，操作臺聲光報警，在PLC控制系統的界面上都能反映故障性質，可查詢記憶內容，便于維修處理。

2.6 ZM礦物分離機與FGX復合干選機相比創新點

ZM礦物高效分離機在對分選床面形狀、振動形式、物料運動軌跡、床層厚度控制、風力分布、風量控制、分選床角度調節和供風除塵工藝配套進行了創新設計，與傳統FGX復合干選機相比較有如下創新點：①采用階梯分級干選技術，床面和分布風結構優化，數量分選效率和分選精度可選范圍大幅提高；②設備進行集裝箱式模塊化設計，安裝拆除方便，節省工期；③具有移動性，可直接放在原煤堆存場或露天坑口進行分選，就地排矸，有效減少短倒和鏟裝費用；④全布袋除塵設計環保性能優良；⑤自動化程度高，分選床處理能力大，超過10t/h·m2以上，人員工效高；⑥單位能耗低。故設備選型時應該優先選用。

3 俄礦中塊煤分選系統的改造與新系統建立

3.1 籌建準備

為穩妥起見，在前期調研的基礎上，礦方與廠家協商，在礦方儲煤場空曠地帶，由廠家負責先行免費安裝一套產能150t/h的ZM小型礦物高效分離機系統，廠家負責運行，根據選煤量和煤質提取報酬。同時設備廠家針對俄霍布拉克煤礦中塊煤實際進行選煤試驗，對煤種可選性和設備適應性研究，以獲得相關的數據，作為建設正規大型干選系統的依據。2014年底，廠家通過近一個月調試，ZM150系統設備投入運行，通過2015年近8個月時間運行摸索，該設備可以對俄霍布拉克煤礦中塊煤可靠分選，平均日產800～1000t/d，分離效率較高，所選煤質良好，符合市場需求，達到預期目的，可以產生較好經濟效益。

3.2 方案實施

在總結經驗的基礎上，2015年礦方重新租賃廠家一套ZM400礦物高效分離機系統設備，安裝在原中塊煤手選樓中，并對系統的廠房、煤倉、皮帶廊、返煤坑相關環節進行改造，以適應高效分離機系統的安裝要求，對外圍運輸、篩選設備和供電系統進行重新配套改造，以適應高效分離機系統的運行要求。具體改造工程如下：

（1）原煤準備系統。中塊緩沖倉增加K1給煤機一臺，實現勻速給煤，給煤機下增加1842振動篩一部，將不符合分選要求的大塊煤矸先行分離，同時配套增加一部大塊煤矸手選皮帶，實現大塊外運同時煤矸分離；增加DSJ800型返煤皮帶一部和配套的上煤料坑系統，用以在篩分主系統停運時對中塊系統返煤，保持中塊系統不受井下生產影響獨立連續運行，或者對系統的濕煤進行干配、煤場臟雜煤的二次回籠處理。

（2）分選系統。將原先手選樓內的平臺、架構和三部手選皮帶拆除，增加5t起吊行車，澆筑室外布袋除塵器的基礎，開鑿引風管洞口，挖掘矸石、精煤皮帶機尾下沉廊道，適應新分選系統安裝運行要求。

（3）產品儲裝運系統。原中塊入選皮帶縮機頭二次構建鋼構平臺、精煤和矸石二部皮帶機尾延長改造，以適應分選機安裝需求；精煤皮帶的卸載點安裝1845振動篩一部，配套導槽和漏煤口，用以對分選出的精煤二次篩選，分離出精煤塊和精煤沫，使得煤種細化，煤質進一步提高。

（4）供電系統。原配套變電所供電系統擴容改造，以適應分選設備的運行需求，ZM400高效分離機系統外圍配套設備供電，并實現遠控和分離機的聯控聯動。

（5）其它：配套建設供暖、撒水防塵、照明信號、監控系統。

系統設備于2015年10月底安裝調試結束，投入運營，至今運行正常，ZM400高效分離機整體平面布置，見圖7。

3.3 中塊煤分選改造后設備流程

俄礦中塊煤分選系統，由外圍原煤準備系統（給煤機、振動篩、大塊皮帶、入篩皮帶、返煤皮帶），分選系統（給料皮帶、高效分離機、供風除塵部分、電氣控制部分），產品儲裝運系統（精煤皮帶、矸石皮帶、精煤篩）構成的組合型干選系統。其設備流程見圖8，從運行情況看，設備能力配套，銜接良好，工藝流程合理，整體運行較為順暢。

3.4 分選系統運行情況及效果

3.4.1 運行關鍵

通過試運行情況來看，要注意以下幾點：

（1）ZM400高效分離機入煤量、風選床的角度、振幅、供風量、排料擋板高度、接料槽翻板角度等要適應煤種粒度、水分、含矸情況，調整精準合理，管理人員要加強出煤品質觀察，及時取樣化驗了解入選原煤、成品煤質狀況，必要時及時調整參數，否則產品煤品質容易出現偏差。

（2）高效分離機系統設備對入選原煤種粒度、外在水分有嚴格要求。原煤粒度必須與分選機要求范圍相適應，塊度太大后造成壓分選床，床層松散度無法保證篩選；原煤的外在含水量必須控制，否則粒度小的煤矸粘連無法分離，造成分選床的風孔堵塞影響工作。

（3）原煤中必須含有一定的沫煤作為介質，在風力作用下，形成氣固混合介質，產生具有一定密度流態化分離介質層，使得分離物料在介質層中的埋沒深度因密度產生差異才能順利分離。

（4）系統設備有嚴格的開停車順序，運行人員要進行嚴格的操作培訓，必須嚴格按設備操作順序和系統運行程序進行；設備參數調整相對專業要求較高，操作人員應熟練掌握設備性能原理、操作要領，保證參數調試精準，選煤合格；系統設備分散多雜，運行人員要加強巡回檢查，了解機器整體運行情況，強化維護保養，安全設施必須齊全可靠。

3.4.2 裝備運行情況

因系統設備較多，礦方落實包機責任，每天強制檢修，及時清除篩面滯炭、床面堵孔和風筒、除塵器內的積塵；檢查軟風管連接、各個風閥的動作情況；風機、除塵器振動噪聲情況；電氣完好情況；參數設置情況；設備定期加換油保持潤滑。保證了設備完好，系統具有較高開機率。

通過運行表明：ZM400高效分離機系統采用干法階梯旋轉分離技術，對于混煤中高密度較難分離的煤矸有顯著分離效果。具有如下突出優點：①采用模塊化設計，按美國標準制造，核心部件均為美國原裝進口，結構緊湊，安裝簡單，投產迅速；②系統工藝簡單，產品結構可靈活調整，市場適應能力強；③系統集成智能控制，操作便捷，自動化控制水平高；④全封閉運行，潔凈環保；⑤分選不用水，能降低原煤外在水分，提質效果好，冬季不凍車、不凍倉。裝備整體能夠適應俄礦高寒缺水地區使用條件，效率較高。

3.4.3 系統運行效果

通過近2個月的運行表明，ZM400高效分離機系統設備運行可靠，效果良好，新建中塊煤分選系統既可以并入礦井原煤篩分生產系統，與之同步運行，也可以通過回煤系統，獨立出來運行，也可兩者配煤，聯合運行，方式靈活，達到高產高效。

（1）產量：系統每日可產精煤2000t/d，與礦井原煤篩分生產系統同步運行時，入選中塊不再入地倉儲存而占用場地。早班原煤篩分系統檢修時，可以通過回煤系統對煤場內的存煤進行處理，也可以對雜質煤進行篩選過濾，只要原煤有保證系統運行效率就有保證，可促進礦井從容生產。

（2）煤質：通過多次對選成品的采樣分析，煤質狀況有顯著提高，滿足市場需求，見表2。

4 結論

俄霍布拉克煤礦采用該裝備對中塊煤分選系統改造，實現中塊煤排矸、降水、脫硫三重功能，分選效率高，達到設計要求；系統可并入篩分生產主系統運行，也可獨立通過返煤系統運行，方式靈活，克服了手選工作的被動局面，節約了人員，顯著的提高了煤質，提升了中塊產量，收到良好的經濟效益，值得高寒缺水地區煤礦借鑒推廣應用。

[責任編輯：王楠]