俄霍布拉克煤矿高效洁净中块煤分选系统技术改造研究

【摘 要】针对俄霍布拉克煤矿中块煤分选采用人工分拣方式，造成用人多效率低，矸石选不尽煤质差，产量低不能满足市场需求的问题，在调研国内众多分选工艺设备基础上，提出采用ZM矿物高效分离机进行干法选煤代替人工选煤的工艺方案，方案经实施后，该技术工艺可明显提升煤质，提高产量，提高工效，而且洁净环保，企业取得了较好的经济、环境效益，值得大力推广应用。

【关键词】中块煤；高效；洁净；分选；研究

0 概述

俄霍布拉克煤矿是徐矿集团早期援疆企业，坐落在库车县北山矿区，2004年投入生产，原设计生产能力90万t/a，经过多次改扩建，目前产能核定400万t/a，实际生产能力600万t/a；矿井选煤系统设计为机械分级，人工选煤的方式，井下原煤上井后首先进入固定棒条筛对+150mm以上超大块煤矸预选，以防止筛分系统卡堵，保证设备安全可靠运行，-150mm以下筛下物进入主香蕉振动筛进行筛选，生产三个商品煤种，即大块（粒度≥80mm，），中块（粒度25～80mm），沫煤（粒度≤25mm）。预选出的超大块和主香蕉筛筛选出的大块进行混合采用人工选矸后入堆场。中块进入缓冲仓后由另行建立的独立人工选矸系统选矸后入堆场，沫煤直接进入沫煤仓，由火车快装站和汽车分别装车发运。其设备工艺流程，见图1。

1 问题提出

由于矿井煤种为低灰、低硫、高发热量的优质动力煤，属于不沾煤，矿井在设计时未考虑原煤洗选问题，只考虑原煤分级后，大中块手选，沫煤直接装车外卖。因矿井采用综采放顶煤和一次采全高生产工艺，原煤中混入矸石较多，大块矸石在预选后混入大块煤系统，因数量少、块度大，由人工分拣尚可行；而中块矸石混入中块煤系统，由于数量较大（矿井中块煤日产约3000t/d，其中矸石和低热值块煤占40%），块度较小，由人工分拣则难度较大，表现为用人多、选不尽、产量低、效率低，严重影响煤质，影响销售。为保证煤质，矿井采取了井下放顶煤时“见矸关门”和采全高时撇顶炭留伪顶措施，控制矸石量，一定程度上保证了煤质但牺牲了资源回收，严重影响矿井产量。因中块煤在南疆用于日常生活和烤火取暖，市场需求旺盛，价格较高，是企业主要利润贡献源，为此进行中块煤机械化选煤系统改造，提质提量势在必行。

2 改造方案

2.1 方案选择

由于矿井处于新疆戈壁荒滩内，夏季高热、冬季高寒，地表缺水不适宜建立洗煤厂，在考察国内相关厂家企业后，我们决定改上目前国内较为成熟的中块干法选煤工艺，国内干法选煤工艺设备较先进的有FGX复合干法选煤系统和赛博瑞特（北京）技术发展有限公司近年引进美国最新干法分离技术开发的ZM矿物高效分离机系统。ZM矿物高效分离机系统是专门针对高低密度混合物的干选分离设备，比FGX复合干选设备更为先进，可在0～100mm粒度范围内用于煤炭分选，对0～80mm粒度尤为适宜，在排矸、降硫同时去除一定水分，大幅提高煤质和发热量，是一站式解决煤炭干式分离的集成模块式小型选煤厂，其缺点是价格较为昂贵。厂家为消除客户对产品性能的疑虑和降低客户的初次投入，承诺可以进行设备租赁，分期付款，也可以代为进行矿物分离加工服务，以检验设备性能和分选效果。据此，故决定ZM矿物高效分离机系统作为俄霍布拉克煤矿中块选煤系统改造的首选。

2.2 ZM高效矿物分离机系统

2.2.1 系统主要构成

ZM系列矿物高效分离机系统主要包括：上料系统、分选系统、除尘系统、控制系统和产品输送系统等，另可增加原煤准备系统。

（1）上料系统。主要包括缓冲仓、给煤机、振动筛和入煤皮带，缓冲仓的作用是储存原料，保证入料的均匀性。给煤机主要控制给煤量，可根据入料煤的特性进行灵活调整，也可根据需要增加振动筛，筛出粒度符合要求的煤块后通过上煤皮带给入设备进行分选。

（2）分选系统。主要包括分选机、布风装置、吊挂装置、激振电机等，根据入煤特性，其各个参数可进行灵活调整，在分选机的分选床面上实现煤与矸石的有效分离。

（3）除尘系统。主要包括集尘罩、布袋除尘器、旋风除尘器、喷雾除尘和引风机等，集尘罩布置在分选床面的上部，在引风机的作用下，集尘罩内形成负压空间，粉尘不外溢。旋风除尘器除去颗粒较大的粉尘，布袋除尘器是除尘系统的核心部件，可有效清除循环风中的粒级较细煤粉，同时保证外排空气中的粉尘浓度低于国家标准。在转载点或易扬尘部位，增加采用喷雾除尘可有效提高整个分选系统的除尘效果。

（4）控制系统。具有完善的联锁和各种电气保护功能。主机软启动功能，可手动或自动控制，核心元件进口，采用MNS柜体。

（5）成品输送系统。主要包括精煤皮带、矸石皮带和中煤皮带（根据需要配置，如需回旋，则还要增加一条中煤转载皮带），如果受距离、场地或其他条件的限制，还可增加相应的转载皮带。

（6）原煤准备系统。主要是指大块物料的筛分（或破碎）作业，使粒度控制在80mm以下，为矿物高效分离机提供合适的原料。

工艺流程简图，见图2。

2.2.2 ZM矿物高效分离机核心――分选机

ZM矿物高效分离机系统其核心部分是分选部的分选机，如图3所示。分选机由分选床、振动电机、布风室、接料槽、机架、吊挂装置组成，分选床由床面、背板、格条、排料挡板、矸石门组成，分选床面是铁板与橡胶板的复合体，床板钻有风孔，床面上装有格条，床面下有控制风量的风室，由离心式通风机供风，气流通过床面上的风孔作用于分选物料。吊挂装置将分选床、振动电机用钢丝绳吊挂在机架上，通过角度调节装置可任意调节分选床的纵向、横向角度，床面一侧有高度可调节的排料挡板，控制床面矿物层厚度，挡板外侧设有接料槽，承接成品煤和矸石，槽内有排料翻板，适应不同煤种截取区域。物料在分选床面上受风力和振动双重作用实现阶梯旋转运动重复分离。

2.3 ZM400分离机主要技术特征

ZM400高效矿物分离机系统，采用双主选机对称布置联合设计，可单机运行也可双机联合运行。其技术特征见表1。

2.4 ZM高效矿物分离机的分选原理

高效矿物分离机分选原理：设备采用阶梯分选原理，物料在分离选床上受振动和风力的共同作用，进行阶梯式旋转运动，在阶梯区间进行重复分离，各阶梯区间根据物料的组成不同和风力的分布差异化，形成具有密度差异的流态化自生分离介质层，击振力加强了物料按密度分层效果，流态化分离介质层的厚度及风力不同造成的物料介质沸腾程度不同，导致被分离物料在各阶梯区间介质层中的埋没深度存在差异，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，从而在各阶梯区间不同密度物料实现最终分离。

物料在振动作用下在某一阶梯内的旋转剖面，见图4；物料在风力和振动综合作用下在沸腾介质内按密度分层示意图，见图5。

2.5 ZM分离机的控制系统

ZM400高效矿物分离机系统设计采用双分选机联合对称布置成一体机的方式，两单机机既可各自独立运行也可联合运行，分选能力大。其控制系统采用集成设计，由PLC控制，可以实现分选机任一单机运行或双机组合运行，对分离机给料部分、分选部分、供风除尘部分、出料部分设备既可以在操作台进行远程操作自动控制运行，也可手动控制进行调试检修；无论手动还是自动方式，均按照逆煤流启车、顺煤流停车的工艺顺序作业。设备发生原煤断流时可以按下暂停按钮，主机停止节省能耗，恢复原煤供给后，按下暂停按钮，系统恢复运行。其设备分布及其控制系统示意，见图6。

系统设有完善的保护，在主界面可以按授权进行参数设定。任意一台设备的开停状态、启停信号、保护状态在界面均可显示，任意一台设备出现故障时，操作台声光报警，在PLC控制系统的界面上都能反映故障性质，可查询记忆内容，便于维修处理。

2.6 ZM矿物分离机与FGX复合干选机相比创新点

ZM矿物高效分离机在对分选床面形状、振动形式、物料运动轨迹、床层厚度控制、风力分布、风量控制、分选床角度调节和供风除尘工艺配套进行了创新设计，与传统FGX复合干选机相比较有如下创新点：①采用阶梯分级干选技术，床面和分布风结构优化，数量分选效率和分选精度可选范围大幅提高；②设备进行集装箱式模块化设计，安装拆除方便，节省工期；③具有移动性，可直接放在原煤堆存场或露天坑口进行分选，就地排矸，有效减少短倒和铲装费用；④全布袋除尘设计环保性能优良；⑤自动化程度高，分选床处理能力大，超过10t/h・m2以上，人员工效高；⑥单位能耗低。故设备选型时应该优先选用。

3 俄矿中块煤分选系统的改造与新系统建立

3.1 筹建准备

为稳妥起见，在前期调研的基础上，矿方与厂家协商，在矿方储煤场空旷地带，由厂家负责先行免费安装一套产能150t/h的ZM小型矿物高效分离机系统，厂家负责运行，根据选煤量和煤质提取报酬。同时设备厂家针对俄霍布拉克煤矿中块煤实际进行选煤试验，对煤种可选性和设备适应性研究，以获得相关的数据，作为建设正规大型干选系统的依据。2014年底，厂家通过近一个月调试，ZM150系统设备投入运行，通过2015年近8个月时间运行摸索，该设备可以对俄霍布拉克煤矿中块煤可靠分选，平均日产800～1000t/d，分离效率较高，所选煤质良好，符合市场需求，达到预期目的，可以产生较好经济效益。

3.2 方案实施

在总结经验的基础上，2015年矿方重新租赁厂家一套ZM400矿物高效分离机系统设备，安装在原中块煤手选楼中，并对系统的厂房、煤仓、皮带廊、返煤坑相关环节进行改造，以适应高效分离机系统的安装要求，对运输、筛选设备和供电系统进行重新配套改造，以适应高效分离机系统的运行要求。具体改造工程如下：

（1）原煤准备系统。中块缓冲仓增加K1给煤机一台，实现匀速给煤，给煤机下增加1842振动筛一部，将不符合分选要求的大块煤矸先行分离，同时配套增加一部大块煤矸手选皮带，实现大块外运同时煤矸分离；增加DSJ800型返煤皮带一部和配套的上煤料坑系统，用以在筛分主系统停运时对中块系统返煤，保持中块系统不受井下生产影响独立连续运行，或者对系统的湿煤进行干配、煤场脏杂煤的二次回笼处理。

（2）分选系统。将原先手选楼内的平台、架构和三部手选皮带拆除，增加5t起吊行车，浇筑室外布袋除尘器的基础，开凿引风管洞口，挖掘矸石、精煤皮带机尾下沉廊道，适应新分选系统安装运行要求。

（3）产品储装运系统。原中块入选皮带缩机头二次构建钢构平台、精煤和矸石二部皮带机尾延长改造，以适应分选机安装需求；精煤皮带的卸载点安装1845振动筛一部，配套导槽和漏煤口，用以对分选出的精煤二次筛选，分离出精煤块和精煤沫，使得煤种细化，煤质进一步提高。

（4）供电系统。原配套变电所供电系统扩容改造，以适应分选设备的运行需求，ZM400高效分离机系统配套设备供电，并实现远控和分离机的联控联动。

（5）其它：配套建设供暖、撒水防尘、照明信号、监控系统。

系统设备于2015年10月底安装调试结束，投入运营，至今运行正常，ZM400高效分离机整体平面布置，见图7。

3.3 中块煤分选改造后设备流程

俄矿中块煤分选系统，由原煤准备系统（给煤机、振动筛、大块皮带、入筛皮带、返煤皮带），分选系统（给料皮带、高效分离机、供风除尘部分、电气控制部分），产品储装运系统（精煤皮带、矸石皮带、精煤筛）构成的组合型干选系统。其设备流程见图8，从运行情况看，设备能力配套，衔接良好，工艺流程合理，整体运行较为顺畅。

3.4 分选系统运行情况及效果

3.4.1 运行关键

通过试运行情况来看，要注意以下几点：

（1）ZM400高效分离机入煤量、风选床的角度、振幅、供风量、排料挡板高度、接料槽翻板角度等要适应煤种粒度、水分、含矸情况，调整精准合理，管理人员要加强出煤品质观察，及时取样化验了解入选原煤、成品煤质状况，必要时及时调整参数，否则产品煤品质容易出现偏差。

（2）高效分离机系统设备对入选原煤种粒度、外在水分有严格要求。原煤粒度必须与分选机要求范围相适应，块度太大后造成压分选床，床层松散度无法保证筛选；原煤的外在含水量必须控制，否则粒度小的煤矸粘连无法分离，造成分选床的风孔堵塞影响工作。

（3）原煤中必须含有一定的沫煤作为介质，在风力作用下，形成气固混合介质，产生具有一定密度流态化分离介质层，使得分离物料在介质层中的埋没深度因密度产生差异才能顺利分离。

（4）系统设备有严格的开停车顺序，运行人员要进行严格的操作培训，必须严格按设备操作顺序和系统运行程序进行；设备参数调整相对专业要求较高，操作人员应熟练掌握设备性能原理、操作要领，保证参数调试精准，选煤合格；系统设备分散多杂，运行人员要加强巡回检查，了解机器整体运行情况，强化维护保养，安全设施必须齐全可靠。

3.4.2 装备运行情况

因系统设备较多，矿方落实包机责任，每天强制检修，及时清除筛面滞炭、床面堵孔和风筒、除尘器内的积尘；检查软风管连接、各个风阀的动作情况；风机、除尘器振动噪声情况；电气完好情况；参数设置情况；设备定期加换油保持。保证了设备完好，系统具有较高开机率。

通过运行表明：ZM400高效分离机系统采用干法阶梯旋转分离技术，对于混煤中高密度较难分离的煤矸有显著分离效果。具有如下突出优点：①采用模块化设计，按美国标准制造，核心部件均为美国原装进口，结构紧凑，安装简单，投产迅速；②系统工艺简单，产品结构可灵活调整，市场适应能力强；③系统集成智能控制，操作便捷，自动化控制水平高；④全封闭运行，洁净环保；⑤分选不用水，能降低原煤外在水分，提质效果好，冬季不冻车、不冻仓。装备整体能够适应俄矿高寒缺水地区使用条件，效率较高。

3.4.3 系统运行效果

通过近2个月的运行表明，ZM400高效分离机系统设备运行可靠，效果良好，新建中块煤分选系统既可以并入矿井原煤筛分生产系统，与之同步运行，也可以通过回煤系统，独立出来运行，也可两者配煤，联合运行，方式灵活，达到高产高效。

（1）产量：系统每日可产精煤2000t/d，与矿井原煤筛分生产系统同步运行时，入选中块不再入地仓储存而占用场地。早班原煤筛分系统检修时，可以通过回煤系统对煤场内的存煤进行处理，也可以对杂质煤进行筛选过滤，只要原煤有保证系统运行效率就有保证，可促进矿井从容生产。

（2）煤质：通过多次对选成品的采样分析，煤质状况有显著提高，满足市场需求，见表2。

4 结论

俄霍布拉克煤矿采用该装备对中块煤分选系统改造，实现中块煤排矸、降水、脱硫三重功能，分选效率高，达到设计要求；系统可并入筛分生产主系统运行，也可独立通过返煤系统运行，方式灵活，克服了手选工作的被动局面，节约了人员，显著的提高了煤质，提升了中块产量，收到良好的经济效益，值得高寒缺水地区煤矿借鉴推广应用。