风力选煤技术在白音华三号矿的应用研究

孙宇霆，吕 宽，付红磊，黄克兢，李江涛，温海彬

(1.内蒙古锡林郭勒白音华煤电有限责任公司露天矿；2.内蒙古白音华蒙东露天煤业有限公司，内蒙古 锡林郭勒 026200)

1 概 述

通常采用物理或机械方法对煤炭进行加工，使其满足某种特殊用途的过程叫做选煤。选煤技术的应用可以更加合理地利用煤炭资源，减少煤炭资源浪费，提高煤炭资源综合利用率。近些年随着我国大力倡导环境保护，选煤技术的应用也契合了这一举措。

白音华三号矿所开采的原煤均为褐煤，褐煤本身煤化程度低、易碎、原生煤泥量大，并且遇水极易泥化，用水作为介质洗选极易造成洗水浓度大，煤泥水系统处理困难，甚至无法正常生产。鉴于此，白音华三号矿采用的选煤方法为风选煤技术，该技术是利用煤和矸石密度不同的原理，以空气作为介质进行分选。风力分选可避免褐煤遇水泥化的现象，节约水资源，解决动力煤产品水分高、冬季易冻结问题。

2 白音华三号矿煤质情况

2.1 白音华三号矿煤层特征

白音华煤田位于内蒙古自治区锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗白音华苏木和哈日根台苏木，三号露天矿位于煤田中部。三号露天矿煤层赋存稳定、构造简单，水文和工程地质条件较好，煤类属褐煤一号(HM1)和褐煤二号(HM2)。

白音华三号露天矿共计开采6层煤，分别为2-1上煤、2-1中煤、2-1下煤、3-1煤、3-2煤和3-3煤。其中3-1煤和3-3煤为全区可采煤层，平均厚度分别为18.31 m和6.40 m，综合发热量分别为14.23 MJ/kg和12.13 MJ/kg；2-1中煤为大部可采煤层，平均厚度为7.27 m，综合发热量为13.18 MJ/kg；2-1上煤、2-1下煤和3-2煤为局部可采煤层，平均厚度分别为3.29 m、4.17 m和1.13 m，综合发热量分别为13.39 MJ/kg、12.55 MJ/kg和11.72 MJ/kg。

白音华三号露天矿煤质为属中灰分～中高灰分，低中硫、低磷分、中低热值煤(平均热值为13.49 MJ/kg)，是良好的民用和动力用煤，适用于火力发电和各种工业锅炉用煤。

2.2 三号矿原煤开采工艺

露天矿采煤工艺：采用液压挖掘机(2.5 m3)+半移动破碎机(2 500 t/h，2台) +胶带输送机(带宽1.4 m)半连续工艺。原煤在坑下一次破碎到粒度300 mm以下，再经二级破碎车间破碎至50 mm以下，经转载后进入条形料场，由胶带机送至装车缓冲仓，最终上快速装车站装车。

工作面选采时采用单斗(2.5 m3液压挖掘机)+卡车(36 t)+推土机选采工艺。

2.3 白音华三号矿残煤赋存情况分析

白音华三号矿在境界范围内矿体薄厚变化不均，在2-1上煤与2-1中煤、2-1中煤-2-1下煤层、2-1下煤层与3-1煤层、3-1煤层与3-2煤层之间均有目前采矿工艺不可回收的薄煤层，各煤层开采时还会产生部分顶、底板煤，这一部分煤发热量较低，在8.37 MJ/kg左右，统称残煤。2-1上煤煤层间夹层岩较少，呈逐年增加的趋势；2-1中煤夹层岩石较多，但随着采场推进，夹矸层逐步减少；2-1下煤煤层内夹层岩减少。总体来看2-1煤、3煤组之间夹层岩数量并未明显减少，实际大部分夹层煤多以煤岩交错的形式赋存而无法采出。根据露天矿年推进强度进行推算，此部分残煤每年产量约为80万t。

3-3煤为最下层煤，因煤质问题无法进行搭配，在生产过程中并未采出，通过对主要钻孔数据进行分析可知，在首采区内3-3煤底板薄煤层始终存在，厚度先增后减。根据露天矿年推进强度进行推算，此部分残煤每年产量约20万t。三号矿总残煤量约100万t/a。

2.4 白音华三号矿低热煤赋存情况分析

白音华三号矿低热煤主要是指3-2煤和3-3煤，这2层煤夹矸较多且无法剔除，原煤综合发热量不足12.55 MJ/kg。每年采出量约为300万t，给三号矿煤质搭配工作带来很大困难。

2.5 残煤回收及低热值煤提质的必要性分析

残煤没有合适的用户，排至排土场掩埋，在堆存过程中氧化放热，热量不能及时散出，且不断积累，煤堆温度会逐渐升高，存在自燃的隐患。残煤堆存既浪费了资源，还存在自燃的隐患，且污染环境。而低热值煤只能在公司内部电厂销售，销售渠道有限。

利用风选煤技术进行残煤回收和低热煤提质可以实现提高资源回采率，增加经济效益，提高低热值煤的煤质，扩大销售渠道等目的。实施风选煤技术将煤与矸石分离，排弃至排土场中的排弃物数量减少，从而减少对排土场的占据容量；同时排弃物料中可燃物含量下降，减少了发生自燃的几率，降低了对环境的污染程度。

3 风力选煤技术介绍

残煤回收及低热值煤提质主要目的是提高产品发热量，提高发热量一般通过排除矸石，降低灰分来实现。白音华三号矿采用的风力选煤设备为ZM矿物高效分离机。

3.1 ZM矿物高效分离机的优点

ZM矿物高效分离机技术先进、主选机采用特殊处理，设备运转可靠，模块化设计，组装投产快。目前在内蒙古霍林河、赤峰平庄、新疆库车、青海江仓等地区应用。ZM高效矿物分离机对风压、风量做了地域性处理，根据不同地区设置不同参数，出厂前对布风系统做个性化调整、制作。占地面积小，工艺简单，高效环保，智能化程度和分选效率高。

ZM矿物高效分离机采用集成模块化组装，主体设备全封闭并内置隔音降噪、保温材料，可保证设备运转不受天气的影响，分选后产品煤外在水分较低，可避免冬季发生冻车、冻仓事故，安全可靠性高；智能化控制，省去大量人为操作，操作管理方便、简洁，事故率低。

3.2 ZM矿物高效分离机工作原理

ZM矿物高效分离机采用阶梯式分离原理，每个阶梯区间内物料流化分层，同时增加激振力，加强物料按密度分层效果，低密度物料最先越过溢流堰被排出，剩余物料进入下一个阶梯区间再次进行分选，直至分选完毕，排出重矿物。ZM矿物高效分离机工艺简单，要求原料煤入料粒度控制在80 mm以下，同时辅助上料及产品转运设备即可进行正常生产。系统采用落料点密封、喷雾降尘和布袋除尘联合降尘除尘工艺，粉尘无外溢，对环境无污染，除尘器回收的煤粉可以单独排放回收，降低对环境的影响。

3.3 风力选煤工艺流程

原煤经准备系统进入篦条筛(筛缝200 mm)分级，大于200 mm大块进入颚式破碎机进行一次破碎，筛下物与破碎后原煤混合后进入原煤分级筛进行50 mm筛分，大于50 mm筛上物进入双齿辊破碎机进行二级破碎至50 mm以下，与筛下小于50 mm原煤混合后进入ZM1200矿物高效分离机；原煤经ZM1200矿物高效分离机分选成精煤、矸石2个产品，精煤经过精煤胶带机转载后接露天矿一号破碎站203胶带机机尾，矸石经矸石胶带机排出，转运至露天矿采坑内排。

3.4 风力选煤产率分析

实际运行结果表明，残煤回收产率可达到62%，低热煤提质产率可达到87%。

残煤回收精煤粒级50～0 mm，综合发热量在12.55 MJ/kg左右，与露天矿生产的普通动力煤混合销售。

低热值煤提质精煤粒级50～0 mm，综合发热量在13.39 MJ/kg左右，与露天矿生产的优质动力煤混合销售。

3.5 风力选煤场工艺布置

风力选煤场地面工艺平面总布置从受煤起，经2个筛分破碎车间、风选车间、精煤储煤场终止的各生产环节。各个车间均能按模块化布置，物料运输均由带式输送机承担。本着场地安全、布置紧凑、灵活、煤流顺畅、减少占地面积、降低投资的原则进行设计。

根据场地的地形条件，结合原料煤和产品煤的运输方向，地面工艺总布置做了2个方案。

方案一原煤储煤场位于场地西侧，靠近露天矿采坑，便于原料煤运输。筛分破碎车间布置在场地南侧，干选煤车间布置在场地东侧，精煤储煤场位于场地东侧，距离203带式输送机60 m，便于精煤产品搭接运输。分选出来的矸石排向场地北侧，汽车卸载原料煤后，可直接将矸石运至采坑内排。

方案一优点是系统简洁，转载环节少，受煤系统、筛分破碎车间布置在场地南侧，地质条件较好，总体的投资较低。缺点是受煤系统被大块煤卡堵，将影响分选系统的生产。

方案二将受煤系统、筛分破碎车间布置在场地北侧，增加了破碎煤储煤场。优点是场地有效利用面积增大，破碎煤储煤场可以保证分选系统生产的连续性。缺点是场地北侧地质条件差，土建处理费用高，破碎煤储煤场增加了二次倒运费用，总体投资略高。

从场地的安全性和总投资综合比较，地面工艺布置采用方案一。

4 综合效益分析

4.1 经济效益分析

使用风力选煤技术所带来的经济效益主要包括以下4个方面。

4.1.1 回收薄煤层，提高回采率

2-1下煤和3-1煤之间，3-2煤和3-3煤之间存在2-3层地质模型以外的薄杂煤层，厚度在0.5～1.0 m左右，含矸率高，无法直接采出。采用风选技术后，可将这些薄煤层进行回收利用，提升煤炭回采率，降低剥采比。初步计算，每年此类薄杂煤层煤量约60 万t，按照平均煤炭售价140元/t、吨煤变动成本76元/t计算，每年可增加利润3 840万元。

4.1.2 提高综合煤质，增加商品煤收入效益

三号矿原煤综合热值为13.49 MJ/kg，每年需要销售低热值煤约550 万t(12.55 MJ/kg)。采用风力选煤技术后，原煤的综合热值可提高0.209 MJ/kg，可增加普热煤销售量约250万t/a，普热煤与低热煤单价差约为10元/t，每年可增加利润约2 500万元。

4.1.3 替代煤场筛分设备，节省煤场筛分费用

由于电厂对煤粒度需求为50 mm以下，为保证煤矿产品满足客户需求，煤场需设50 mm篦筛保证外运产品粒度不超过50 mm。风选系统中包含1套分级筛。风选系统中风从筛下向上流动，风力浮动和机械振动共同作用于筛分过程，而煤场筛分系统一般依靠机械振动。风选对物料的筛分效果优于一般煤场筛分系统。同时风选筛分过程中物料对系统机械部件的冲击相较于煤场机械筛分更小，风选系统中分级筛更不易损坏。采用风力选煤技术后，煤产品可直接经过风选筛分系统后进入煤场，无需在煤场额外设置篦筛，可替代现有煤场筛分机，节省筛分费用。按照每年筛分煤量30万t、吨煤筛分费用5元考虑，每年可节省筛分费用150万元。同时，减少筛分设备占地，增加煤场使用空间，减小采装及运输设备流量，降低安全管理风险。

4.1.4 优化采排时空关系，避免反向运输

由于3-3煤煤质较差，采出进度缓慢，不能满足正常内排跟进需要，生产过程中存在反向运输问题，导致排土运输距离参数增大，增加生产成本。如投入干选设备，可提高3-3煤煤质，加快3-3煤采出进度，尽快释放内排空间，避免反向运输，节省运输成本。根据实际生产情况，如3-3煤热值可提高至14.23 MJ/kg，加大3-3煤采出力度，内排可向前多推进50 m，则采场下部剥离物料运距可节省50 m，运输单价减少0.05元/m3，剥离量按照3 488万m3/a计算，每年可节省运输费用174万元。

每年综合经济效益约6 664万元。

4.2 环保效益分析

采用风力选煤技术后，可释放内排空间约200 万m3/a，相应的可减少土岩外排量约200万m3/a，每年可减少外排占地约10 hm2。减少外排占地不仅可以降低三号矿外排土场的征地费用，同时可以减少露天矿对周边环境的扰动。并且由于减少了薄煤层排向排土场，降低了煤层自燃的可能性。

4.3 企业形象效益分析

采场劣质煤经分选后，煤质得到提高，商品煤质量得到提升，从而减少因煤质问题与用煤客户纠纷，为企业树立口碑，有利于打造商品煤品牌。另外，煤层中的夹矸经分选后，排往排土场的夹矸劣质煤减少，可减少夹矸自燃的环保问题。商品煤含矸率降低，可减少用煤电厂排灰量，也有利于集团公司内部电厂控制排灰成本。

5 结 语

白音华三号矿开采的原煤全部为褐煤，存在着薄煤层多和部分原煤发热量不足的问题，在使用风力选煤技术后，提高了商品煤质量，使露天矿的经济效益、环保效益和企业形象效益均有大幅提升。