翟 欣

(山西焦煤 山煤国际鹿台山煤业有限公司， 山西 晋城 048200)

鹿台山矿生产能力60万t/年，毛煤经主井皮带机提升至地面，经2YK-1848型振动筛初次分选，筛下-50 mm末煤经缓冲仓进入配套的鹿台山选煤厂，筛上+50 mm大块煤矸进入手选系统，经人工捡出部分矸石后直接销售。+50 mm原煤由于含矸量较大为劣质煤，销售过程中存在环保风险，容易滞销，频繁出现“有价无市”的现象，影响矿井原煤生产。根据矿井地质条件和掘进揭露煤层情况，随着采掘活动向矿井西部延伸，原煤含矸率将逐渐上升。2021年矿井总产量564 726 t，总排矸量为242 435 t，在人工选矸难以选净的情况下，总排矸量已占矿井产量的43%. 原煤含矸率高对选煤厂设备磨损严重，增加了选煤厂的洗煤成本，降低了选煤厂的处理能力，严重影响矿井经济效益。因此，亟需在入洗前对原煤进行预排矸处理。

1 鹿台山矿选煤厂生产系统基本情况

选煤厂设计能力为90万t/年，选煤工艺为：50～0 mm无压三产品重介分选；1～0.25 mm粗煤泥TCS分选，0.25～0 mm煤泥浓缩压滤脱水回收。主要产品为：50～25 mm块精煤，25～0 mm末精煤，25～0 mm中煤，0.25～0 mm煤泥，产品主要用作化工煤、高炉喷吹煤和动力煤等。根据山西省地质矿产局二一三实验室提供的《煤炭筛分浮沉试验报告》(表1、表2)可知，鹿台山矿井下生产的原煤，+50 mm以上占比20.69%，+50 mm原煤中夹矸和矸石占比54.7%.

表1 自然级筛分试验报告表

表2 +50 mm原煤破碎筛分试验报告表

2 原煤预排矸方案设计

2.1 方案一：原煤全部破碎入洗

在筛分楼振动筛前增加一台破碎机将鹿台山矿井下生产的+50 mm原煤直接破碎至50 mm以下，与-50 mm筛下原煤混合，进入选煤厂进行洗选。工艺流程图见图1.

图1 方案一工艺流程图

存在问题：

1) 选煤厂设计时入洗原煤含矸率为16%，目前入洗原煤含矸率为35.5%，已远超选煤厂设计范围，加入破碎原煤后，入洗原煤含矸率将增加至46%，洗选加工效率会明显降低，成本增加。

2) 若通过简单的系统改造，增加一台破碎机，将原煤与毛煤全部破碎，实现原煤全部进入重介系统入洗，则会超出现有重介选煤厂入洗能力，最终影响矿井生产。

2.2 方案二：跳汰分选

在现有筛分楼旁增加一套跳汰工艺设备，直接将+50 mm原煤进行跳汰分选，选后的矸石直接排放，产品直接进行销售。工艺流程图见图2.

图2 方案二工艺流程图

存在问题：

1) 跳汰选煤需连续供料，现有原煤生产系统不具备连续供料条件，需新建缓冲煤仓，而现有生产场地不具备新建缓冲煤仓的条件。

2) 跳汰选煤产品质量与重介选煤产品不同，并且产量较低，分别销售存在一定困难。跳汰洗选需新建一套煤泥水处理系统，土建费用高，需要增加投资和运行成本。

3) 该方案无法解决-50 mm筛下末煤含矸率高的问题。

2.3 方案三：干法选煤

将现有的振动筛拆除更换为一台通过式破碎机，原煤出井后通过破碎机全部破碎，进入原煤缓冲仓，在现有的原煤转载皮带机头增加一台分级筛，从缓冲仓出来的原煤通过转载皮带进入分级筛进行筛分。

经分级筛分级，筛下末煤含矸率低，可直接进入选煤厂；筛上块煤含矸率高，经皮带机转载进入干选系统处理，选出的产品经皮带机转载与筛下末煤混合进入选煤厂洗选，选出矸石直接进入矸石仓，系统产生煤尘由除尘器收集后根据煤尘总量和灰分可进入选煤厂加工或进入矸石仓外排。工艺流程图见图3.

图3 方案三工艺流程图

2.4 方案比较

方案一原煤破碎后直接入洗投资最少，但不能从根本上解决问题，在运行过程中会存在矿厂能力不匹配影响矿井生产的情况。

方案二跳汰预排矸系统繁杂，土建工程量较大，需在回填区上方进行，投资可能超出预期，且建设工期长。

方案三干法预排矸系统简单，不需要大量土建工程，建设工期短；虽然洗选效率偏低，但足以满足需要；冲洗产生的少量煤泥水便于处理；作业场所的粉尘可通过系统自带除尘器和转载点喷雾控制；投资预算比较可靠。

结合该矿目前实际情况，从经济效益、投资规模、洗选效率、质量、运行成本、人工投入等方面综合考虑，优先选用干法工艺选择性预排矸。由于该方案只是原煤预排矸工艺，其目的是降低入洗原煤的含矸率，结合投资规模及选煤厂洗选加工能力，可选择含矸量较大的部分原煤进行预处理。

由表1,2可知，+25 mm级原煤灰分45.94%，占比33.75%，+13 mm级原煤灰分39.20%，占比51.8%. 由试验可知,其矸石含量超过65%，而-13 mm级原煤灰分较低仅为21%. 通过对原煤成分分析可知：1) 原煤中+13 mm块煤灰分高于原煤综合灰分。2) 原煤粒度较大时，含矸率较高，随粒度减小各粒级原煤灰分逐级降低。所以选择+13 mm原煤进行预排矸处理，处理后的+13 mm原煤与未进行预排矸处理的-13 mm原煤混合，进入选煤厂进行精选。

3 干法选煤技术

干法选煤技术适用于矸石含量高以及矸石易泥化的原煤分选排矸。 目前，干法选煤应用比较成熟的主要有复合式干法分选机、风力干法分选机、空气流化床重介分选机、块煤智能分选机等，应用最普遍的是复合式干法分选机[1].

复合式干选机的分选数量效率在90%以上，入料为80～0 mm混煤时有效分选粒级范围为80～3 mm，可能偏差Ep=(0.15～0.25) g/cm3；对+20 mm粒级高密度(>1.8 g/cm3)的原煤排矸时，可能偏差Ep=0.11 g/cm3左右。该设备吸取了风力摇床和流化床的优点并采用多种综合分选原理，使物料在分选床上实现按密度分层，分选效果好，具有结构优化、配置精简、投资运行成本低、环保效果好、不产生煤泥、商品煤产率高、占地面积小、节约水资源等优点，适合短、平、快项目[1-4].

4 工艺及设备选型

全部系统主要包含原煤破碎机，原煤分级筛，干选上料皮带，干选机及配套除尘系统，精煤产品皮带，配套的栈桥、封闭，控制系统等。

1) 具体工艺流程：

a) 原煤-通过式齿辊破碎机—原煤缓冲仓。根据矿井生产能力、主井皮带机运量、选煤厂重介旋流器入料要求及风选机入料要求，选择破碎机通过能力300 t/h、破碎粒度为60 mm的双齿辊破碎机。安装地点位于现原煤分级筛处。

b) 原煤缓冲仓出料—原煤分级筛选择性分级。考虑预处理原煤总量、预排矸率、筛分效果及安装空间等因素，选择筛分粒度为+13 mm,通过能力250 t/h的滚轴筛。要求滚轴筛具备旁通功能，在原煤含矸率较低或风选系统故障时原煤可不经预排矸直接入洗。安装地点位于原煤缓冲仓下皮带机机头和原煤入厂皮带机机尾转载点。

c) 0～13 mm末煤直接进入选煤厂，13～60 mm块煤经皮带运输至干选机处理，处理后粗精煤经过精煤皮带转载与筛下末煤混合再进入选煤厂精选，矸石直接落入矸石仓。复合式干选机系统图见图4.

图4 复合式干选系统图

2) 干选机选型。综合考虑选煤厂处理能力、预处理原煤含矸率，选用处理能力为120 t/h的FGX 复合式干法选煤设备，该设备分选面积12 m2，入料粒度0～80 mm，外形尺寸5.3 m×4.5 m×2.1 m，安装地点位于现矸石仓上方。

3) 能力配套分析。原煤破碎前，+13 mm级占比51.8%，破碎后占比略低于50%. 原煤综合含矸率43%，+13 mm级块煤含矸率大于65%. 要求排出矸石带煤率≤2%. 按选煤厂入洗量60万t/年分析预定缓冲仓放煤量200 t/h，经分级后，+13 mm级块煤约100 t/h. 入料原煤经预排矸50%后，剩余50 t/h，与筛下末煤混合后，入洗原煤量150 t/h，含矸率24%. 通过调节缓冲仓放煤量可以适应选煤厂入洗能力。预排矸量占矿井总产量的25%. 采用预排矸系统后入洗原煤量由矿井总产量的79%减少为75%；入洗原煤含矸率由35.5%降至24%. 入洗原煤总量的减少和含矸率的降低有利于保证生产精煤品质。

5 改造后经济效益分析

1) 预排矸前。+50 mm原煤产量为60万t/年×20.69%=12.41万t/年，按2021年+50 mm原煤平均售价256.71元/t，直接销售可实现销售收入3 185.77万元/年。

2) 预排矸后。每年12.41万t +50 mm原煤进入重介洗选，按目前实际产率估算，可洗出喷吹末精煤2.88万t、块精煤0.67万t、中煤约0.6万t、煤泥0.52万t、矸石7.74万t. 增加商品煤4.67万t.

按2021年产品售价(末精煤1 274元/t，块精煤1 184元/t，中煤651元/t，煤泥211元/t)计算，可得销售收入4 962.72万元/年。

新增矸石处理费：

28元/t×7.74万t/年=216.72万元/年

新增预排矸系统运营费(含电费):

预排矸系统处理+13 mm原煤60万t×51.8%=31.08万t/年，运营费2.5元/t,则全年排矸系统运营费为77.7万元。

新增洗选加工费：

12元/t×4.67万t=56.04万元

实际收入=销售收入-矸石处理费-系统运营费-洗选加工费=4 612.26万元

3) 效益分析对比。建立预排矸系统可为矿井增加效益1 426.49万元/年。

6 结 语

复合式干法分选机具有分选精度高、分选粒度宽、煤质适应能力强，处理能力大、次生煤泥少、自动化程度高等优点，目前已普遍应用于选煤厂煤炭洗选预排研系统，并取得了较好的效果。鹿台山选煤厂根据原煤煤质特征、产品结构、市场行情等因素，通过分析与研究，确定选用复合干法分选机作为原煤预排矸设备，目前项目正在实施中，预计2022年底可联合试运转，2023年上半年即可正式投产，预计投产后可获得良好的技术经济效果。