TDS智能干选机在干河煤矿的应用
2018-05-31段福山孙友彬
段福山，孙友彬
(霍州煤电集团公司 煤质加工部，山西 霍州 031400)
1 概述
山西焦煤霍州煤电集团干河煤矿矿井设计能力为2.10 Mt/a，于2004年6月开工建设，2010年3月通过验收并顺利投产。 后经扩能改造，目前生产能力达到3.3 Mt/a，生产煤种为1/3焦煤和肥煤。矿井原来配套建有原煤动筛排矸系统(图1),排矸工艺为：原煤经50 mm分级后，>50 mm粒级原煤再经200 mm筛分，筛上物破碎后与筛下50～200 mm粒级原煤混合，脱泥后给入动筛跳汰机，分选出块煤和矸石；煤泥不分选，由快开压滤机脱水后，与块煤一起掺入<50 mm粒级混煤，采用汽车运到周边选煤厂入选[1]。在生产过程中,由于液压动筛跳汰机存在设备故障率高、分选效果差(矸石带煤严重，一般在5%左右)等问题，因而未能正常运行，处于停运状态。
近年来，干河煤矿采区地质构造趋于复杂，导致煤质波动较大。2016年煤质检测数据显示，该矿原煤灰分在38.10%～52.71%之间，>50 mm粒级块原煤含量为在15.70%～27.68%之间，波动辐度均较大。动筛系统停产后，矿井缺乏质量控制设施，不仅无法保证原煤质量合格稳定，而且造成了运费等成本的增加。2017年初，干河煤矿开始立项，拟对原动筛排矸工艺系统进行改造。经过充分调研与论证，比选目前普遍采用的重介排矸工艺[2-4]与近年来兴起的智能选矸工艺[5-8]，拟采用TDS智能干选机对原排矸工艺系统进行改造。
图1 干河煤矿动筛排矸系统原则流程
2 TDS智能干选机
2.1 结构
TDS智能干选机(图2)主要由给料装置、布料装置、识别装置、执行机构组成，同时还有供风、除尘、电控三个辅助系统。其中：给料装置位于布料系统的入料端，负责将原料均匀给到布料装置上；识别装置包括位于布料装置上方的X射线源和位于布料装置下方的X射线探测器，可通过精煤和矸石的物理性质来识别煤和矸石，同时将精煤和矸石在布料装置上的位置信息传输给执行机构；执行机构为出口朝着煤和矸石运动轨迹的空气喷嘴，呈阵列式布置，根据精煤或矸石的位置信息，智能地开启相应位置的空气喷嘴，将精煤或矸石吹出。
2.2 工作原理
TDS智能干选机利用X射线，采用智能识别方法，可针对不同的煤质特征，建立与之相适应的分析模型，再通过大数据分析，对煤和矸石进行数字化识别，最终通过智能排矸系统将矸石排出。
工作时，原料经给料装置1给到布料装置2上，在布料装置上完成布料，实现物块单层排布，且各物块与四周相邻物块之间均有一定的间距，为检测执行创造条件；由识别装置3、X射线线阵探测器4判断物块是精煤还是矸石，并将其位置信息传输给电控系统10；电控系统10根据被执行对象的位置，开启智能阵列式空气喷嘴5中相应位置的一个或多个空气喷嘴，将煤或矸石吹出；被喷吹出来的矸石由矸石收集溜槽8收集，精煤则保持原来的运动轨迹，由精煤收集溜槽7收集，从而完成矿物的干法分选过程。除尘系统11将因空气喷吹产生的灰尘除去，保持环境干净；供风系统6为智能阵列式空气喷嘴5提供风源。
1—给料装置；2—布料装置；3—识别装置；4—X射线线阵探测器；5—智能阵列式空气喷嘴；6—供风系统；7—精煤收集溜槽；8—矸石收集溜槽；9—防护罩；10—电控系统；11—除尘系统
2.3 技术特点
(1)投资省，运行成本低。TDS智能干选机不需借助水和其他介质对煤炭进行分选，没有产品脱水、脱介、水处理及介质回收系统，从而大大简化了工艺流程，具有运行成本低，建设周期短，设备数量少，系统简单等特点。
(2)分选精度高。目前TDS智能干选机已实现矸石带煤率1%～3%、煤中带矸率3%～5%的工艺指标，分选精度接近浅槽重介分选机，高于动筛跳汰机、跳汰机及其他干选设备。
(3)处理粒度范围宽。TDS智能干选机可处理300～50 mm和100～25 mm粒级原煤，分选上限为300 mm，下限为25 mm。入料中煤少矸石多执行“打煤”工艺时，最大入料粒度可达1 000 mm。
(4)处理能力大。目前最大型号的TDS40智能干选机处理能力可达380 t/h。
(5)智能化程度高，系统可智能学习，故障可自检。
(6)部件防爆设计，安全性高。所有部件均采用防爆标准设计，目前已取得煤矿安全认证。
(7)除尘设计完善。采用滤筒式除尘器，与智能干选机一体式集成布置，过滤风速不超过1.2 m/min。滤料采用防静电产品，过滤精度高，过滤0.5 μm粉尘时，除尘效率不低于99.9%。
(8)辐射量小，防护可靠。TDS智能干选机采用与安检机同规格的射源，不工作时断电，断电后不产生射线。该机采用铅板全密封来屏蔽辐射，正常生产时外壳四周辐射强度低于2.5 μSv/h，距设备1 m处的平均值约1 μSv/h，巡视工人一年的辐射剂量约为0.55 mSv，小于GB 18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中1 mSv的公众照射剂量限值[9]，非常安全。
3 应用实践
干河煤矿根据生产需要，选择了TDS20-305型智能干选机，其主要技术参数如下：
布料器宽度/mm
2 000
入料粒级/mm
300～50
处理能力/(t·h-1)
180
电压/V
380
总功率/kW
57
耗气量/(Nm3·min-1)
36
阀箱入风口风压/MPa
0.6～0.8
整机质量/t
38
3.1 选矸工艺
改造后的选矸原则流程(图3)为： 矿井原煤经50 mm分级后，筛上300～50 mm粒级块原煤进入TDS智能干选机分选，选出的矸石外运排弃，精煤则与筛下<50 mm粒级原煤混合，由汽车运至选煤厂洗选。
图3 智能选矸原则流程
3.2 效果分析
干河煤矿TDS20-305智能干选机于2018年1月5日投入试生产，平均处理能力为155.71 t/h，最大可达到170 t/h以上，接近设计值。生产统计数据(表2)显示，该机矸石带煤率平均为1.30%，煤中带矸率平均为5.32%。
表1 TDS 20-305型智能干选机生产数据统计结果
3.3 单机检查试验结果
由于目前尚无TDS智能干选机分选效果评定标准，因此参照GB/T 15715—2014《煤用重选设备工艺性能评定方法》[10]中的评定指标对其分选效果进行评定。
单机检查试验在给料速度为160.61 t/h(接近TDS智能干选机设计值)条件下进行。干河煤矿原煤可选性曲线如图4所示，原煤、精煤、矸石浮沉组成与分配率计算结果见表2，分配曲线如图5所示。错配物数量计算表见表3，高密度分割错配物曲线如图6所示。由图6可知，在分选密度为1.80 g/cm3的条件下，总错配物含量为4.73%。
由图4可知，当精煤灰分为19.15%时，精煤理论产率为24.18%；由表2可知，TDS智能干选机实际精煤产率为22.84%。因此可计算出干选机数量效率η=22.84/24.18×100%=94.45%。根据图5可知，当分选密度为1.80 g/cm3时，Ep=(δ75-δ25)/2 =(1.856-1.760)/2=0.048。
图4 原煤可选性曲线图
表2 格式法计算得到的两产品分配率结果表Table 2 Result of partition coefficients of 2 products calculated using format method %
图5 分配曲线图
表3 错配物数量计算Table 3 Calculated proportions of misplaced materials %
图6 高密度分割错配物曲线
3.4 技术经济指标
干河煤矿TDS 20-305智能干选机经济技术指标表见表4。由表4可见，该机电耗、吨煤投资等指标均处于先进水平，矸石带煤率、煤中带矸率以及表中未列出的数量效率、可能偏差等指标虽不及浅槽重介分选机，但优于动筛跳汰机，经济技术效果良好。
表4 TDS 20-305智能干选机经济技术指标
4 结语
生产实践表明，对于干河煤矿300～50 mm粒级原煤，TDS智能干选机分选数量效率可达到94.45%，EP值为0.048；在分选密度为1.80 g/cm3的条件下，总错配物含量为4.73%，矸石带煤率为1.34%，煤中带矸率为5.32%，使用效果良好。同时，TDS智能干选机的投用还节约了投资和生产成本，降低了矸石的无效运输，经济效益和社会效益良好。
参考文献：
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