孔庄选煤厂机械选矸系统研究

王圣磊

(上海大屯能源股份有限公司 选煤中心，江苏 徐州 221611)

1 孔庄选煤厂概况

孔庄选煤厂隶属于中煤集团上海大屯能源股份有限公司，为矿井型选煤厂，主要入洗孔庄煤矿原煤，选煤厂原设计能力为120 万t/a。2013年对选煤系统进行升级改造，改造后的生产能力达到200 万t/a。

2 孔庄选煤厂存在的问题

孔庄煤矿现有新、老2个井口，近年来由于是深部开采，采场煤层构造复杂，断层多，加上局部有伪顶、复合顶板及夹矸，特别是放顶煤、综采新工艺的应用，使煤质发生较大变化，毛煤灰分增高，含矸量急剧增加。正常生产时，孔庄新井毛煤含矸达到16.23%，孔庄老井毛煤含矸达到11.37%。如果井下遇到过断层等，矸石量将急剧增加，新、老井含矸最大均达到40%。而孔庄选煤厂在2013年扩能升级改造设计时，只对洗选系统进行了升级改造，原煤准备车间仍利用原有设备采用人工手选方法拣出矸石，工人劳动强度大、作业环境恶劣、自动化水平低、生产效率低的问题日渐突显。

2.1 手选系统存在的问题

原煤准备车间手选工人为36人，每天选矸约200 t，每人每天拣矸9 t。工人站立手工作业，劳动强度大，人易于疲劳，人身安全难以保证。周围噪声大(高达90 dB)、粉尘大，严重影响岗位工人身心健康。同时随着采煤条件越来越差，为提高原煤回采率，势必产生大量矸石，仅依靠人工选矸，最多能捡出25%左右的矸石，人工手选效率低，大量矸石进入洗选系统，对生产系统造成严重影响。

2.2 影响重介旋流器的处理能力，降低原煤入洗能力

由于人工手选效率低，大量没有拣出的矸石进入主洗系统，不但增加了主洗系统的入洗量，更严重的是使三产品重介旋流器的处理量降低。孔庄选煤厂主洗系统现用1台1300/920无压给料三产品重介旋流器，处理量只有270～280 t/h，正常情况下处理量应该达到380～450 t/h。由于三产品重介旋流器处理量的大幅度降低，影响原煤入洗能力，严重时会影响矿井正常生产。

2.3 重介旋流器堵塞，影响生产效率

进入主洗系统矸石量大，经常使旋流器堵塞，选煤厂须停产处理。有时出现小时处理量不到200 t，达不到选煤厂设计生产能力，影响生产效率。

2.4 选煤成本增加，影响经济效益

由于矸石量大，旋流器处理量降低，选煤厂靠增加开车时间完成入洗能力，保证矿井正常生产。由此而增加了电力消耗、介质消耗、设备磨损等，使选煤成本增加，选煤厂经济效益降低。

综上，为保证升级改造后的洗选系统达到最佳的生产状态，进一步提高经济效益，有必要对孔庄选煤厂原煤准备车间进行升级改造，采用机械选矸代替人工手选。

3 原煤系统预先排矸的的必要性

3.1 适应矿井深部开采煤质变化的需要

随着矿井开采深度的增加，煤的变质程度加深，煤层构造更加复杂，断层多、夹矸层增多、变厚，类似天然焦(密度轻而硬度大，灰分又高)会时而出现，使煤层灰分增高、煤质波动变大；同时受采煤方法(综采放顶煤)和掘进机械化程度提高的影响，以及开采压力的增大，也会增加矸石的混入量，而且从深部已揭露的8层煤情况看，发现有变薄的现象。因此，随采掘深度的增加，毛煤含矸、原煤灰分会增加，矿井煤质有变差的趋势。孔庄选煤厂选前采用机械排矸，是适应矿井深部开采煤质变化的需要。

3.2 保证矿井及选煤厂安全生产的需要

孔庄选煤厂选前采用机械排矸，不仅为降低手选岗位员工们劳动强度、改善工作环境、提高劳动效率提供了必要的条件，同时也为矿井及选煤厂安全生产提供了可靠的保障。选煤厂实现机械排矸，提高选煤厂生产效率和产能，减少不必要的事故停车时间及次数，保证矿井生产及毛煤运输的连续性及均衡性。选煤厂手选台工作环境恶劣，噪音大、粉尘大、员工劳动强度大，在这种环境下工作，不仅对员工身体健康造成影响，同时因劳动强度大造成岗位员工易疲劳，安全意识降低，容易出现安全事故。选煤厂实现机械排矸，为保护企业员工身心健康和安全工作条件提供可靠的保障。

3.3 保证矿井正常生产、提升的需要

机械排矸设备处理量大，与矿井提升系统能力相适应，能够满足矿井提升量的要求，是对矿井正常生产的有力保障。

3.4 保证选煤厂发挥正常生产能力的需要

采用机械排矸，使矸石在进入主选系统前排出，可以提高三产品重介旋流器的小时处理量，从而提高选煤厂的入洗能力，保证洗选系统达到最佳的生产状态。

4 选煤厂机械排矸方式分析

目前，国内选煤厂主要采用的机械排矸工艺有动筛跳汰排矸、重介质分选机排矸、无筛板跳汰机排矸等。

4.1 动筛跳汰机

优点：工艺系统简单、辅助设备少、操作容易、处理量大、耗水量小、煤泥水处理系统简单、占地面积小，生产成本低等。

缺点：动筛跳汰机体积庞大，对给料稳定性要求高，分选粒级较窄，矸石带煤损失大(5%以上)，设备运行可靠性较差，维修量大。

4.2 重介质分选机

优点：该方法排矸效率高，矸石带煤损失小(1%以下)；入选物料粒度范围宽；对煤质变化、给料稳定性适应性强；设备运行可靠性高，维修量小。

缺点：主要是悬浮液密度高，配置困难，工艺系统复杂，设备磨损较严重，生产成本高。

生产中用于排矸的重介质分选机有重介斜轮分选机、重介立轮分选机和重介浅槽分选机。由于重介浅槽分选机具有易操作、易维护、低投资和高效率等特点，目前得到广泛应用。

4.3 无筛板跳汰机

无筛板跳汰机分选粒度为13～100 mm。该系统的优点是工艺相对较简单，一次投资相对少，运营费用较低；但缺点是分选级别窄，分选效率低。

选前三种排矸方式对比见表1。

表1 3种排矸方式对比

从表1可以看出，3种机械排矸方法均可以用于原煤排矸，无筛板跳汰机适用于小型简易选煤厂原煤排矸。动筛跳汰机与重介浅槽排矸毛煤投资相差1.72 元/t，但动筛跳汰矸石带煤较多，造成严重经济损失。

炼焦煤选煤厂预先排矸作业分选25～200 mm粒级块煤的排矸方法，主要应选重介浅槽分选和动筛跳汰分选。

重介浅槽分选优势如下：

(1)重介分选效率高，相比较之下动筛跳汰分选效率低，一般重介浅槽分选效率可达95%，而动筛跳汰的分选效率仅为85%左右；

(2)重介选对煤质适应性强，当煤质发生变动时跳汰选不如重介效果好；

(3)重介浅槽排矸自动化水平高，矸石纯度易于控制，产品质量稳定。

针对孔庄矿井井下地质条件复杂变化情况，采用分选精度高、对煤质变化适应性强的机械排矸方法具有非常重要意义。

5 机械排矸技术方案

5.1 块煤排矸系统方案

孔庄选煤厂目前入选孔庄煤矿新井和老井2个矿井原煤，2个矿井相距较远，2个井口均有手选工艺系统。从原料煤筛分浮沉资料可以看出，2个井口生产的毛煤中块煤(大于25 mm)含矸率均超过了20%，都需设置机械排矸装置进行排矸。为此，根据中煤公司在孔庄煤矿进行系统优化的思路，新、老井原煤全部由新井系统提升，相对应的重介浅槽排矸系统应建在新井原煤准备车间南侧。利用现有准备车间条件，增加1台滚轴筛，实现200 mm和25 mm两级筛分，利用原新井原煤准备车间手选胶带手选大于200 mm粒级矸石，小于50 mm粒级原煤仍用原胶带运输，200～25 mm粒级块原煤经胶带(或刮板)运至旁侧新建厂房中的重介浅槽分选机分选，选出矸石用原运输矸石轨道车运出。

5.2 块煤排矸工艺流程

根据孔庄选煤厂现有原煤排矸条件，原有老井选矸楼中手选设施不动，将新井选矸楼中原煤分级筛改用滚轴分级筛，筛孔分别为200 mm和25 mm，筛上大于200 mm粒级经原手选带人工手选后经原破碎机破碎至50 mm(主要是减少次生煤泥量，控制破碎机粒度为50 mm)与筛下小于50 mm物料混合一起运至原煤仓。原煤分级筛200～25 mm粒级物料用刮板运至新扩建厂房进入浅槽重介分选机，排除矸石后破碎至50 mm以下，混入筛下物料一起进入原煤仓储存，然后再进入选煤厂现有主洗系统分选。

稀介质直接进入磁选机，磁选机精矿返回合介桶；磁选机尾矿进入尾矿桶，尾矿桶物料用泵打入旋流器组，旋流器溢流可以作为块煤或矸石脱介筛喷水，当浓度高时旋流器溢流和高频筛筛下水一并进入一楼煤泥水桶，煤泥水用泵打到老井工业广场处，在主选煤泥水处理系统处理。

6 块煤机械排矸项目投资效益分析

6.1 经济效益

6.1.1 计算依据

原煤准备系统通过人工手选排矸，单班手选人员6人，按照人均拣矸1.5 t/h计算，则现有手选系统的排矸能力为9 t/h，合计5.94万t/a；增加重介浅槽排矸系统后，根据筛分浮沉实验资料，孔庄选煤厂入选毛煤中大于25 mm粒级占33.86%，其中60.43%为矸石，占入厂毛煤量的20.46%；孔庄选煤厂年处理量200万t，每年可排出矸石200万t×20.46%=40.92万t，重介浅槽分选机比手选多排出矸石34.98万t/a。

洗选系统每天工作20 h，重介旋流器洗选加工费25元/t。

6.1.2 效益分析

(1)节约洗选加工费。矸石预先排出，减少主洗系统加工费用：34.98万t/a×25元/t=874.5万元。

(2)节约人工费。由于提高了选煤厂自动化、机械化程度，可减少手选工人劳动定员20人，每名手选工人每天工资为150元，全年330 d工作天数，此部分可节省人工成本99 万元/a。

(3)改造后新井手选楼设备停运，节省运行费用320万元/a。

(4)增加成本估算。生产成本估算，按费用要素进行成本估算，本次按2.0 Mt/a计。增加的成本包含电耗、折旧、维修费和其他费，改造后排矸系统吨煤加工成本合计约为9 元/t。

采用重介浅槽分选机替代人工手选，每年增加成本约为677万元。

综上，采用重介浅槽分选机替代人工手选后，可节省人工及加工费约616.5万元/a。

6.2 社会效益

由于矸石量太大，人工手选效率很低，采用机械排矸代替人工手选，既可以减轻手选工人的劳动强度，改善原煤准备车间职工的工作环境，利于安全生产和保障岗位工人身心健康，又可以提高选矸效率，使矸石中的含煤率降低，减少宝贵的稀缺煤炭资源损失，节约能源，降低消耗。

7 结 语

针对孔庄选煤厂年处理200 万t原煤的大型炼焦选煤厂来说，采用分选精度高、对煤质变化适应性强的块煤排矸替代人工手选具有非常重要的意义。建议采用重介浅槽分选机排矸，一方面矸石带煤少，减少煤炭损失，以提高企业经济效益；另一方面运营可靠性强，维修量少，保证原煤生产顺利进行。