煤矸选择性破碎分选策略

葛永杰

【摘 要】选择性破碎分选是岩石、矿物等破碎分选新技术,它有别于传统的完全破碎法。选择性破碎分选就是在选择性破碎分选设备中,对混合物料施加适当的作用力,使硬度较大的岩石、矿物质不破碎或较少破碎,而硬度小的岩石、矿物完全破碎或基本破碎。煤矸选择性破碎分选是洁净煤生产技术的源头,开发先进煤矸选择性破碎分选技术是我国国民经济可持续发展的需要,对煤炭工业的结构调整和产业升级有着重要的现实意义。

【关键词】煤矸 选择性破碎 分选

一、引言

煤矸石是一种低热值质页岩,其成分是由无机物和有机物两部分组成,无机物以氧化态出现,其中二氧化硅和铝土矿大约占其组分50%-80%,赤铁矿约0.5%-2.4%,氧化钦约0.9-4.0%,此外还有无机硫和其它一些微量元素,有机物以碳氢链化合物存在,有腐值酸等。每开采一吨原煤要产生150-250kg的煤矸石。目前,我国年排放煤矸石约1.7亿t,占地万亩以上。全国煤矸石累计堆积贮存量约25亿t,占地超过14万亩,而且还以每年千万吨的速度递增,大量堆积的煤矸石不仅占用土地,污染环境,而且由于煤矸石自燃,释放出大量的有毒有害气体。经对矸石山发生自燃后监测,二氧化硫(SO₂)和一氧化碳(CO)的释放浓度超出国家大气质量标准许多倍,严重影响了煤炭工业的可持续发展。因此,治煤矸选择性破碎分选越来越受到人们的普遍重视。

二、选择性破碎分选的原因

井下矸石有建井过程排出的矸石和采煤过程排出的矸石,前者必须运至地表再加以处理;而后者既可以在井上处理又可以直接在井下处理,做到矸石不出井。在煤矿生产过程,对开拓、准备开掘出的矸石处理有两种方法:一种是把矸石运到地面堆积于空旷地带,形成矸石山;另一种是对矸石在井下进行处理,进行巷帮充填或向采空区及废弃巷道中排放。随着人们生活水平的提高,对周围的环境要求越来越高,清洁生产势在必行,为此各国都在朝着无污染的生产方向发展。对于煤炭生产来说,解决矸石不出井,或者说实现井下煤、矸分选与回填是主要的发展方向。由于煤矿井下条件环境的限制,煤、矸分选技术应满足的条件:设备简单、安全可靠、分选能力大、运行寿命长的特点发展。

三、煤和矸石破碎分选过程中的丢煤率和混矸率

根据不同的矿石类型和对选矿产品的不同要求,在工业应用中可采取不同的选矿方法。常用的选矿方法有重选法、磁选法、电选法和浮选法,对于煤炭行业,应用比较广泛的是重选法和浮选法。评价这些地面选矿方法的分选效果时,常用到品味、产率、回收率、选矿比以及富矿比等工艺指标。表述原煤含矸情况时,含矸率是普遍应用的一个指标,其定义为原煤中矸石的含量占原煤总量的比率。

煤和矸石井下直接破碎分选技术,是一项新兴的洁净煤生产技术,其工艺要求是在机构的碾压过程中,将煤块破碎溜入运煤胶带机,矸石保留运至填矸系统。可见,确定合适的液压传动载荷后,在破碎分选过程中,使煤块充分地进行破碎,而保留很多的矸石块,是煤和矸石破碎分选的最佳效果。在煤和矸石的破碎分选过程中,将那部分没有被破碎、随运矸胶带机进入回填系统而丢掉的煤的重量称为丢煤量,丢煤量占原来总煤量的比率称为丢煤率。在煤和矸石的破碎分选过程中,将那部分被破碎而且随着碎煤溜入运煤胶带机的矸石的重量称为混矸量,混矸量占原来总矸石量的比率称为混矸率。为此,针对煤和矸石井下破碎分选技术的工艺特点,提出丢煤率和混矸率这两个主要的分选工艺指标,用以评价煤和矸石井下破碎分选的效果。

四、煤矸选择性破碎分选策略

1.双能γ射线透射法煤矸在线识别

双能γ射线透射法主要利用机械、模式分类识别技术、计算机控制技术等对煤和矸石进行识别分选,并研制了煤矸石自动分选机,该分选设备由机械传输、煤矸石识别和分选控制三部分组成。采用胶带输送机作为传输机构,可依据所需处理煤量的多少,确定传输胶带的宽度和带速,胶带上面分割成若干个通道,以保证块煤在胶带上依次排队运行;利用γ射线场作为识别机构的激励场,每一通道独立地配置一套由双能γ射线源,射线传感器,气动执行器和测控仪表组成的识别与分选系统,在γ射线的激励下,煤和矸石的辐射通亮强度不同,经计算机处理,识别出煤与矸石,并向分选系统发出指令,将矸石排除。

2.煤、矸灰度识别技术

该技术系统包括:CCD射像头、图象采集卡、计算机、通讯卡、控制设备等。基本原理为:依据煤块和矸石的灰度分布情况存在的差异,通过射像机把这种灰度射录下来并传送给计算机,通过数据处理,分析出是矸石或是煤块。依据这些数据通知排矸机构把矸石排出。这种技术也进行了应用实验,取得了初步成果。在应用中发现,现场原煤中经常含有水或煤泥,使煤块表面被煤泥遮住,造成亮度降低从而较难与矸石区分。

3.滚筒碎选机又称选择性破碎机

根据井下煤矸破碎分选的工艺和技术要求,选择性破碎机运行原理如下:井下煤矸破碎分选及矸石回填系统包括筛分机、破碎分选机和矸石回填机,其中筛分机、破碎分选机是煤矸破碎分选工艺的主要设备。原煤经过筛分机,筛分成50-90mm、90-130mm和130-170mm三个等级的块体,不同等级的煤和矸石块分别输送到对应的给送机构。通过给送机构的振动机,使煤块和矸石块按一定的顺序送到排队机构上的排队孔中,排队机构将煤(矸)块分别运输到分选滚筒的下面,分选滚筒与排队机构以相同的速度旋转。在旋转过程中由于压轮对煤或矸石的加载作用,煤块被压碎,矸石块完整的通过分选滚筒。被压碎的煤块因煤的自重自动落到运煤胶带机上外运。矸石没有破碎,因而块度较大,不能通过托板上的孔而被排队链运输到驱动滚筒前方的运矸胶带机而运至矸石回填系统。通过上述运行过程,可以实现煤和矸石的破碎分选。

参考文献:

[1]周甲伟.弹道式煤矸分选中煤矸石恢复系数的数值.计算煤炭科学技术,2008.

[2]王双喜.煤和矸石选择性破碎分选的研究.太原科技,2006.

[3]郑文翔.煤矸破碎分选统计规律的研究.山西煤炭,2005.