古叙矿区选煤厂细粒级分级入洗工艺的探讨和分析

2013-05-30杨泽伟

中国煤炭 2013年10期

杨泽伟王川

（1.四川省古叙煤田开发股份有限公司，四川省泸州市，646000；2.川南煤业泸州古叙煤电公司，四川省泸州市，646522）

煤泥水处理是选煤厂生产管理和选煤科学研究的重点，煤泥水处理的效果将决定产品质量的好坏和稳定性，同时对选煤厂内相关设备的正常使用起到至关重要的作用。相关专家从药剂的选择和药剂的配合方面进行了研究，但是遇到高度泥化的煤质却始终没有彻底解决的方案。本文结合古叙矿区C19煤本身的煤质特征和产品方向，以石屏煤矿选煤厂为例就采用细粒级分级入洗的工艺进行研究和探讨。

1 古叙矿区概况

石屏煤矿选煤厂位于古叙矿区古蔺矿段中部，服务于古叙矿区第一对大型矿井——石屏一矿，开采规模为1.2 Mt／a，采用不脱泥全粒级入洗，末煤采用无压三产品重介旋流器分选，粗煤泥采用小直径重介旋流器分选，精煤主要分为化工用煤和高炉喷吹煤，化工用煤主要供应于四川纳溪化工基地，高炉喷吹煤主要供应于重钢、武钢和南钢等长江中下游沿江用户。

2 煤层赋存状况和煤质分析

石屏井田含煤岩系为二叠系上统龙潭组，属海陆交互相沉积，厚度为78.10～111.20 m，平均厚度为89.45 m。煤层夹矸以泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩、砂岩和粘土岩为主，顶部夹0～3层薄层状泥灰岩，底部为硫铁矿层。含煤地层平均厚度为89.45 m，含煤层为9～18层，煤层总厚度为11.20 m，含煤系数为12.8%，可采和局部可采煤层有8层，主采煤层为C19和C25。

区内可采和局部可采煤层有8层，即C13、C14、C15、C19、C19、C23、C24和 C25煤层，其中C19和C25煤层全区可采，属于煤层结构简单、厚度变化较小和较稳定煤层；其余煤层为大部或局部可采，厚度变化较大，属于较稳定和极不稳定煤层，石屏矿区可采煤层特征分析见表1。

表1 石屏矿区可采煤层特征分析表

2.1 从煤层赋存情况分析原煤泥化情况

根据石屏一矿的地质报告来看，石屏一矿的主采煤层C19在二采区出现了分层现象，分为C19上和C19这2个煤层，顶、底板为泥岩、砂质泥岩或粘土页岩，由于煤层本身较薄且构造较多，采煤方法采用走向长壁综采，导致破顶底板情况不可避免，致使夹矸和顶底板混入原煤，因此在洗选过程中遇水后极易泥化，煤泥水处理的压力大。

2.2 从泥化试验结果分析泥化情况

结合下一步原煤的开采情况，对12219工作面原煤在运输巷进行了取样，样品编号为C19，做了0.5 mm级筛分试验和小于0.5 mm级的煤粉筛分试验。根据试验结果，小于0.5 mm的自然级产物占全样产率为15.062%，灰分为31.23%，并取小于0.5 mm自然级产物200.0 g做煤粉筛分试验，煤粉筛分试验结果如表2所示。

表2 煤粉筛分试验结果

由表2可以看出，在0.5～0.25 mm、0.25～0.125 mm和0.125～0.075 mm粒级内，随着粒度差异的变化，产品灰分差异基本不变，保持在29.5%左右；在0.075～0.045 mm粒级范围内，灰分大幅增加至33.6%；在小于0.045 mm级灰分竟高达40.48%，高于样品灰分近10%。也就是说在小于0.075 mm粒级范围内，粒度越小产品灰分越高，从而可以断定在煤粉中0.075～0.045 mm及小于0.045 mm粒级内高灰细泥含量大，泥化试验报告汇总见表3。

表3 泥化试验报告汇总表

从表3可以看出，C19煤层其泥化程度均远远高于国家高度泥化比（20%）的划分标准。根据样品质量的测定，原煤灰分在30%左右，在古叙矿区其原煤品质已经较好，不存在顶底板严重影响泥化的可能，高灰细泥只可能来自煤层中的夹矸，由于现代化的开采方式，煤层中夹矸对煤质的影响是不可避免的，那么在洗选的时候将不得不面临煤泥水处理的难题。

2.3 结合现场生产分析泥化情况

根据周边选煤厂加工C19原煤的情况来看，循环水固体物含量达到了208 g／L，严重影响了跳汰机的分层效果，导致精煤产品达不到低灰的要求。同时由于高灰细泥的带入，精煤产品的灰分始终在20%左右，精煤筛脱水效果极差，经精煤筛脱水后的精煤水分仍然高达18%以上，时常出现跑水现象，现场不得不采用高压清水喷洗精煤从而脱除精煤表面的高灰细泥。当采取清水喷洗精煤后，精煤灰分降低了近4%，达到16%，可见高灰细泥成分对产品质量影响非常大。

由于煤泥导致小于5μm的细粒级大大增加，严重制约了煤泥水处理的效果和能力。以周边的太平选煤厂为例，分别处理C25和C19煤泥，压滤机的生产效率相差极大，单板压滤时间由原20 min升高为90 min，时间增加了70 min，效率降低了3.5倍，同时煤泥量也在大大增加，由之前的10%升高到25%，从而导致生产系统严重紊乱，生产时间大大缩短，处理能力严重不足。

经分析，导致压滤机处理效率大大降低的主要原因是由于夹矸和矸石泥化后极细微粒堵塞滤布所致。

通过现场实际生产情况可以表明，C19原煤呈高度泥化特征，严重影响产品质量和压滤机处理效率。

3 采用细粒级分级入洗的情况分析

3.1 采用3 mm分级入洗对煤泥水处理的影响分析

针对石屏一矿的C19煤层而言，其采用长壁式综采工艺对煤层的破碎程度高，加之井下皮带转载和煤仓跌落等因素的影响，煤的破碎程度很高，出井原煤块煤率极低，由于煤和矸石的抗碎强度具有很大差异，从而使煤和矸石在粒度组成上不均衡，C19原煤煤质分析见表4。

表4 C19原煤煤质分析表

通过表4可以看出，原煤总样灰分为29.75%，小于0.5 mm 粒级灰分为16.51%，小于0.5 mm粒级占全样产率为14.152%，小于3 mm粒级灰分为19.52%，小于3 mm粒级占全样产率为42.3%。

采用3 mm细粒级分级入洗后，按照85%的筛分效率计算，入洗原煤的原生煤泥量将会减少85%，而作为次生煤泥量而言，由于细粒级产品的大幅降低，水与固体表面的接触面积成对数级降低，从而泥化现象也必将成对数级降低，次生煤泥含量也就大大减少。也就是说入洗原煤的原生煤泥含量将会减少至占总样的2%，次生煤泥含量减少至占总样约3.5%，由此煤泥水处理系统的压力将会大大降低。

采用3 mm细粒级分级入洗从源头减少了原生煤泥量和次生煤泥量，为煤泥水处理留足了空间。原样中大于50 mm粒级占全样产率为8.840%，破碎至小于50 mm，与自然级合并进行试验，原煤总样灰分为29.75%，硫分为0.20%；小于0.5 mm粒级的灰分为16.51%，全硫为0.26%；小于3 mm的粒级占全样产率达42.3%，灰分为19.52%，全硫为0.18%。

3.2 采用3 mm分级入洗的技术经济分析

石屏一矿的煤种属于3＃无烟煤，其主要产品方向是化工用煤、高炉喷吹煤和电煤。

由表4可以看出，通过3 mm分级后，筛下产物固定碳已达71左右，已可满足化工用煤的要求。也就是说，通过3 mm分级不会影响企业产品结构。针对全粒级入洗和3 mm分级的技术经济分析统计如表5。

表5 全粒级和分级入洗的技术经济比较

根据表5的统计数据可以看出，采用3 mm分级后原煤比采用全粒级入洗的原煤价值高48元／t。按照石屏一矿年产120万t计算，可以增加收入达5760万元，经济效益十分显著。

同时，由于采用了分级入洗，筛下物直接作为化工用煤或电煤进行销售，导致实际入洗的总量减少，将会大大降低选煤厂每吨原煤的加工成本。按照原煤加工成本40元／t计算，每吨原煤的加工成本将会降低30%，节约12元／t的加工费用。另外，由于大大降低了选煤厂的煤泥含量，将大大节约每吨原煤水处理的药剂成本、电力消耗以及设备购置和土建设施费用，使选煤厂的工艺更加简化，管理更加方便，成本更加便宜。