陳國強(qiáng)
【摘 要】針對俄霍布拉克煤礦中塊煤分選采用人工分揀方式,造成用人多效率低,矸石選不盡煤質(zhì)差,產(chǎn)量低不能滿足市場需求的問題,在調(diào)研國內(nèi)眾多分選工藝設(shè)備基礎(chǔ)上,提出采用ZM礦物高效分離機(jī)進(jìn)行干法選煤代替人工選煤的工藝方案,方案經(jīng)實(shí)施后,該技術(shù)工藝可明顯提升煤質(zhì),提高產(chǎn)量,提高工效,而且潔凈環(huán)保,企業(yè)取得了較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益,值得大力推廣應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】中塊煤;高效;潔凈;分選;研究
0 概述
俄霍布拉克煤礦是徐礦集團(tuán)早期援疆企業(yè),坐落在庫車縣北山礦區(qū),2004年投入生產(chǎn),原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬t/a,經(jīng)過多次改擴(kuò)建,目前產(chǎn)能核定400萬t/a,實(shí)際生產(chǎn)能力600萬t/a;礦井選煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)為機(jī)械分級,人工選煤的方式,井下原煤上井后首先進(jìn)入固定棒條篩對+150mm以上超大塊煤矸預(yù)選,以防止篩分系統(tǒng)卡堵,保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行,-150mm以下篩下物進(jìn)入主香蕉振動篩進(jìn)行篩選,生產(chǎn)三個商品煤種,即大塊(粒度≥80mm,),中塊(粒度25~80mm),沫煤(粒度≤25mm)。預(yù)選出的超大塊和主香蕉篩篩選出的大塊進(jìn)行混合采用人工選矸后入堆場。中塊進(jìn)入緩沖倉后由另行建立的獨(dú)立人工選矸系統(tǒng)選矸后入堆場,沫煤直接進(jìn)入沫煤倉,由火車快裝站和汽車分別裝車發(fā)運(yùn)。其設(shè)備工藝流程,見圖1。
1 問題提出
由于礦井煤種為低灰、低硫、高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)動力煤,屬于不沾煤,礦井在設(shè)計(jì)時未考慮原煤洗選問題,只考慮原煤分級后,大中塊手選,沫煤直接裝車外賣。因礦井采用綜采放頂煤和一次采全高生產(chǎn)工藝,原煤中混入矸石較多,大塊矸石在預(yù)選后混入大塊煤系統(tǒng),因數(shù)量少、塊度大,由人工分揀尚可行;而中塊矸石混入中塊煤系統(tǒng),由于數(shù)量較大(礦井中塊煤日產(chǎn)約3000t/d,其中矸石和低熱值塊煤占40%),塊度較小,由人工分揀則難度較大,表現(xiàn)為用人多、選不盡、產(chǎn)量低、效率低,嚴(yán)重影響煤質(zhì),影響銷售。為保證煤質(zhì),礦井采取了井下放頂煤時“見矸關(guān)門”和采全高時撇頂炭留偽頂措施,控制矸石量,一定程度上保證了煤質(zhì)但犧牲了資源回收,嚴(yán)重影響礦井產(chǎn)量。因中塊煤在南疆用于日常生活和烤火取暖,市場需求旺盛,價格較高,是企業(yè)主要利潤貢獻(xiàn)源,為此進(jìn)行中塊煤機(jī)械化選煤系統(tǒng)改造,提質(zhì)提量勢在必行。
2 改造方案
2.1 方案選擇
由于礦井處于新疆戈壁荒灘內(nèi),夏季高熱、冬季高寒,地表缺水不適宜建立洗煤廠,在考察國內(nèi)相關(guān)廠家企業(yè)后,我們決定改上目前國內(nèi)較為成熟的中塊干法選煤工藝,國內(nèi)干法選煤工藝設(shè)備較先進(jìn)的有FGX復(fù)合干法選煤系統(tǒng)和賽博瑞特(北京)技術(shù)發(fā)展有限公司近年引進(jìn)美國最新干法分離技術(shù)開發(fā)的ZM礦物高效分離機(jī)系統(tǒng)。ZM礦物高效分離機(jī)系統(tǒng)是專門針對高低密度混合物的干選分離設(shè)備,比FGX復(fù)合干選設(shè)備更為先進(jìn),可在0~100mm粒度范圍內(nèi)用于煤炭分選,對0~80mm粒度尤為適宜,在排矸、降硫同時去除一定水分,大幅提高煤質(zhì)和發(fā)熱量,是一站式解決煤炭干式分離的集成模塊式小型選煤廠,其缺點(diǎn)是價格較為昂貴。廠家為消除客戶對產(chǎn)品性能的疑慮和降低客戶的初次投入,承諾可以進(jìn)行設(shè)備租賃,分期付款,也可以代為進(jìn)行礦物分離加工服務(wù),以檢驗(yàn)設(shè)備性能和分選效果。據(jù)此,故決定ZM礦物高效分離機(jī)系統(tǒng)作為俄霍布拉克煤礦中塊選煤系統(tǒng)改造的首選。
2.2 ZM高效礦物分離機(jī)系統(tǒng)
2.2.1 系統(tǒng)主要構(gòu)成
ZM系列礦物高效分離機(jī)系統(tǒng)主要包括:上料系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和產(chǎn)品輸送系統(tǒng)等,另可增加原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)。
(1)上料系統(tǒng)。主要包括緩沖倉、給煤機(jī)、振動篩和入煤皮帶,緩沖倉的作用是儲存原料,保證入料的均勻性。給煤機(jī)主要控制給煤量,可根據(jù)入料煤的特性進(jìn)行靈活調(diào)整,也可根據(jù)需要增加振動篩,篩出粒度符合要求的煤塊后通過上煤皮帶給入設(shè)備進(jìn)行分選。
(2)分選系統(tǒng)。主要包括分選機(jī)、布風(fēng)裝置、吊掛裝置、激振電機(jī)等,根據(jù)入煤特性,其各個參數(shù)可進(jìn)行靈活調(diào)整,在分選機(jī)的分選床面上實(shí)現(xiàn)煤與矸石的有效分離。
(3)除塵系統(tǒng)。主要包括集塵罩、布袋除塵器、旋風(fēng)除塵器、噴霧除塵和引風(fēng)機(jī)等,集塵罩布置在分選床面的上部,在引風(fēng)機(jī)的作用下,集塵罩內(nèi)形成負(fù)壓空間,粉塵不外溢。旋風(fēng)除塵器除去顆粒較大的粉塵,布袋除塵器是除塵系統(tǒng)的核心部件,可有效清除循環(huán)風(fēng)中的粒級較細(xì)煤粉,同時保證外排空氣中的粉塵濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)。在轉(zhuǎn)載點(diǎn)或易揚(yáng)塵部位,增加采用噴霧除塵可有效提高整個分選系統(tǒng)的除塵效果。
(4)控制系統(tǒng)。具有完善的聯(lián)鎖和各種電氣保護(hù)功能。主機(jī)軟啟動功能,可手動或自動控制,核心元件進(jìn)口,采用MNS柜體。
(5)成品輸送系統(tǒng)。主要包括精煤皮帶、矸石皮帶和中煤皮帶(根據(jù)需要配置,如需回旋,則還要增加一條中煤轉(zhuǎn)載皮帶),如果受距離、場地或其他條件的限制,還可增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)載皮帶。
(6)原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)。主要是指大塊物料的篩分(或破碎)作業(yè),使粒度控制在80mm以下,為礦物高效分離機(jī)提供合適的原料。
工藝流程簡圖,見圖2。
2.2.2 ZM礦物高效分離機(jī)核心——分選機(jī)
ZM礦物高效分離機(jī)系統(tǒng)其核心部分是分選部的分選機(jī),如圖3所示。分選機(jī)由分選床、振動電機(jī)、布風(fēng)室、接料槽、機(jī)架、吊掛裝置組成,分選床由床面、背板、格條、排料擋板、矸石門組成,分選床面是鐵板與橡膠板的復(fù)合體,床板鉆有風(fēng)孔,床面上裝有格條,床面下有控制風(fēng)量的風(fēng)室,由離心式通風(fēng)機(jī)供風(fēng),氣流通過床面上的風(fēng)孔作用于分選物料。吊掛裝置將分選床、振動電機(jī)用鋼絲繩吊掛在機(jī)架上,通過角度調(diào)節(jié)裝置可任意調(diào)節(jié)分選床的縱向、橫向角度,床面一側(cè)有高度可調(diào)節(jié)的排料擋板,控制床面礦物層厚度,擋板外側(cè)設(shè)有接料槽,承接成品煤和矸石,槽內(nèi)有排料翻板,適應(yīng)不同煤種截取區(qū)域。物料在分選床面上受風(fēng)力和振動雙重作用實(shí)現(xiàn)階梯旋轉(zhuǎn)運(yùn)動重復(fù)分離。
2.3 ZM400分離機(jī)主要技術(shù)特征
ZM400高效礦物分離機(jī)系統(tǒng),采用雙主選機(jī)對稱布置聯(lián)合設(shè)計(jì),可單機(jī)運(yùn)行也可雙機(jī)聯(lián)合運(yùn)行。其技術(shù)特征見表1。
2.4 ZM高效礦物分離機(jī)的分選原理
高效礦物分離機(jī)分選原理:設(shè)備采用階梯分選原理,物料在分離選床上受振動和風(fēng)力的共同作用,進(jìn)行階梯式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,在階梯區(qū)間進(jìn)行重復(fù)分離,各階梯區(qū)間根據(jù)物料的組成不同和風(fēng)力的分布差異化,形成具有密度差異的流態(tài)化自生分離介質(zhì)層,擊振力加強(qiáng)了物料按密度分層效果,流態(tài)化分離介質(zhì)層的厚度及風(fēng)力不同造成的物料介質(zhì)沸騰程度不同,導(dǎo)致被分離物料在各階梯區(qū)間介質(zhì)層中的埋沒深度存在差異,低密度物料最先越過溢流堰被排出,剩余物料進(jìn)入下一個階梯區(qū)間再次進(jìn)行分選,直至分選完畢,排出重礦物,從而在各階梯區(qū)間不同密度物料實(shí)現(xiàn)最終分離。
物料在振動作用下在某一階梯內(nèi)的旋轉(zhuǎn)剖面,見圖4;物料在風(fēng)力和振動綜合作用下在沸騰介質(zhì)內(nèi)按密度分層示意圖,見圖5。
2.5 ZM分離機(jī)的控制系統(tǒng)
ZM400高效礦物分離機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用雙分選機(jī)聯(lián)合對稱布置成一體機(jī)的方式,兩單機(jī)機(jī)既可各自獨(dú)立運(yùn)行也可聯(lián)合運(yùn)行,分選能力大。其控制系統(tǒng)采用集成設(shè)計(jì),由PLC控制,可以實(shí)現(xiàn)分選機(jī)任一單機(jī)運(yùn)行或雙機(jī)組合運(yùn)行,對分離機(jī)給料部分、分選部分、供風(fēng)除塵部分、出料部分設(shè)備既可以在操作臺進(jìn)行遠(yuǎn)程操作自動控制運(yùn)行,也可手動控制進(jìn)行調(diào)試檢修;無論手動還是自動方式,均按照逆煤流啟車、順煤流停車的工藝順序作業(yè)。設(shè)備發(fā)生原煤斷流時可以按下暫停按鈕,主機(jī)停止節(jié)省能耗,恢復(fù)原煤供給后,按下暫停按鈕,系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行。其設(shè)備分布及其控制系統(tǒng)示意,見圖6。
系統(tǒng)設(shè)有完善的保護(hù),在主界面可以按授權(quán)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。任意一臺設(shè)備的開停狀態(tài)、啟停信號、保護(hù)狀態(tài)在界面均可顯示,任意一臺設(shè)備出現(xiàn)故障時,操作臺聲光報警,在PLC控制系統(tǒng)的界面上都能反映故障性質(zhì),可查詢記憶內(nèi)容,便于維修處理。
2.6 ZM礦物分離機(jī)與FGX復(fù)合干選機(jī)相比創(chuàng)新點(diǎn)
ZM礦物高效分離機(jī)在對分選床面形狀、振動形式、物料運(yùn)動軌跡、床層厚度控制、風(fēng)力分布、風(fēng)量控制、分選床角度調(diào)節(jié)和供風(fēng)除塵工藝配套進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì),與傳統(tǒng)FGX復(fù)合干選機(jī)相比較有如下創(chuàng)新點(diǎn):①采用階梯分級干選技術(shù),床面和分布風(fēng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,數(shù)量分選效率和分選精度可選范圍大幅提高;②設(shè)備進(jìn)行集裝箱式模塊化設(shè)計(jì),安裝拆除方便,節(jié)省工期;③具有移動性,可直接放在原煤堆存場或露天坑口進(jìn)行分選,就地排矸,有效減少短倒和鏟裝費(fèi)用;④全布袋除塵設(shè)計(jì)環(huán)保性能優(yōu)良;⑤自動化程度高,分選床處理能力大,超過10t/h·m2以上,人員工效高;⑥單位能耗低。故設(shè)備選型時應(yīng)該優(yōu)先選用。
3 俄礦中塊煤分選系統(tǒng)的改造與新系統(tǒng)建立
3.1 籌建準(zhǔn)備
為穩(wěn)妥起見,在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上,礦方與廠家協(xié)商,在礦方儲煤場空曠地帶,由廠家負(fù)責(zé)先行免費(fèi)安裝一套產(chǎn)能150t/h的ZM小型礦物高效分離機(jī)系統(tǒng),廠家負(fù)責(zé)運(yùn)行,根據(jù)選煤量和煤質(zhì)提取報酬。同時設(shè)備廠家針對俄霍布拉克煤礦中塊煤實(shí)際進(jìn)行選煤試驗(yàn),對煤種可選性和設(shè)備適應(yīng)性研究,以獲得相關(guān)的數(shù)據(jù),作為建設(shè)正規(guī)大型干選系統(tǒng)的依據(jù)。2014年底,廠家通過近一個月調(diào)試,ZM150系統(tǒng)設(shè)備投入運(yùn)行,通過2015年近8個月時間運(yùn)行摸索,該設(shè)備可以對俄霍布拉克煤礦中塊煤可靠分選,平均日產(chǎn)800~1000t/d,分離效率較高,所選煤質(zhì)良好,符合市場需求,達(dá)到預(yù)期目的,可以產(chǎn)生較好經(jīng)濟(jì)效益。
3.2 方案實(shí)施
在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,2015年礦方重新租賃廠家一套ZM400礦物高效分離機(jī)系統(tǒng)設(shè)備,安裝在原中塊煤手選樓中,并對系統(tǒng)的廠房、煤倉、皮帶廊、返煤坑相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行改造,以適應(yīng)高效分離機(jī)系統(tǒng)的安裝要求,對外圍運(yùn)輸、篩選設(shè)備和供電系統(tǒng)進(jìn)行重新配套改造,以適應(yīng)高效分離機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行要求。具體改造工程如下:
(1)原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)。中塊緩沖倉增加K1給煤機(jī)一臺,實(shí)現(xiàn)勻速給煤,給煤機(jī)下增加1842振動篩一部,將不符合分選要求的大塊煤矸先行分離,同時配套增加一部大塊煤矸手選皮帶,實(shí)現(xiàn)大塊外運(yùn)同時煤矸分離;增加DSJ800型返煤皮帶一部和配套的上煤料坑系統(tǒng),用以在篩分主系統(tǒng)停運(yùn)時對中塊系統(tǒng)返煤,保持中塊系統(tǒng)不受井下生產(chǎn)影響?yīng)毩⑦B續(xù)運(yùn)行,或者對系統(tǒng)的濕煤進(jìn)行干配、煤場臟雜煤的二次回籠處理。
(2)分選系統(tǒng)。將原先手選樓內(nèi)的平臺、架構(gòu)和三部手選皮帶拆除,增加5t起吊行車,澆筑室外布袋除塵器的基礎(chǔ),開鑿引風(fēng)管洞口,挖掘矸石、精煤皮帶機(jī)尾下沉廊道,適應(yīng)新分選系統(tǒng)安裝運(yùn)行要求。
(3)產(chǎn)品儲裝運(yùn)系統(tǒng)。原中塊入選皮帶縮機(jī)頭二次構(gòu)建鋼構(gòu)平臺、精煤和矸石二部皮帶機(jī)尾延長改造,以適應(yīng)分選機(jī)安裝需求;精煤皮帶的卸載點(diǎn)安裝1845振動篩一部,配套導(dǎo)槽和漏煤口,用以對分選出的精煤二次篩選,分離出精煤塊和精煤沫,使得煤種細(xì)化,煤質(zhì)進(jìn)一步提高。
(4)供電系統(tǒng)。原配套變電所供電系統(tǒng)擴(kuò)容改造,以適應(yīng)分選設(shè)備的運(yùn)行需求,ZM400高效分離機(jī)系統(tǒng)外圍配套設(shè)備供電,并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控和分離機(jī)的聯(lián)控聯(lián)動。
(5)其它:配套建設(shè)供暖、撒水防塵、照明信號、監(jiān)控系統(tǒng)。
系統(tǒng)設(shè)備于2015年10月底安裝調(diào)試結(jié)束,投入運(yùn)營,至今運(yùn)行正常,ZM400高效分離機(jī)整體平面布置,見圖7。
3.3 中塊煤分選改造后設(shè)備流程
俄礦中塊煤分選系統(tǒng),由外圍原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)(給煤機(jī)、振動篩、大塊皮帶、入篩皮帶、返煤皮帶),分選系統(tǒng)(給料皮帶、高效分離機(jī)、供風(fēng)除塵部分、電氣控制部分),產(chǎn)品儲裝運(yùn)系統(tǒng)(精煤皮帶、矸石皮帶、精煤篩)構(gòu)成的組合型干選系統(tǒng)。其設(shè)備流程見圖8,從運(yùn)行情況看,設(shè)備能力配套,銜接良好,工藝流程合理,整體運(yùn)行較為順暢。
3.4 分選系統(tǒng)運(yùn)行情況及效果
3.4.1 運(yùn)行關(guān)鍵
通過試運(yùn)行情況來看,要注意以下幾點(diǎn):
(1)ZM400高效分離機(jī)入煤量、風(fēng)選床的角度、振幅、供風(fēng)量、排料擋板高度、接料槽翻板角度等要適應(yīng)煤種粒度、水分、含矸情況,調(diào)整精準(zhǔn)合理,管理人員要加強(qiáng)出煤品質(zhì)觀察,及時取樣化驗(yàn)了解入選原煤、成品煤質(zhì)狀況,必要時及時調(diào)整參數(shù),否則產(chǎn)品煤品質(zhì)容易出現(xiàn)偏差。
(2)高效分離機(jī)系統(tǒng)設(shè)備對入選原煤種粒度、外在水分有嚴(yán)格要求。原煤粒度必須與分選機(jī)要求范圍相適應(yīng),塊度太大后造成壓分選床,床層松散度無法保證篩選;原煤的外在含水量必須控制,否則粒度小的煤矸粘連無法分離,造成分選床的風(fēng)孔堵塞影響工作。
(3)原煤中必須含有一定的沫煤作為介質(zhì),在風(fēng)力作用下,形成氣固混合介質(zhì),產(chǎn)生具有一定密度流態(tài)化分離介質(zhì)層,使得分離物料在介質(zhì)層中的埋沒深度因密度產(chǎn)生差異才能順利分離。
(4)系統(tǒng)設(shè)備有嚴(yán)格的開停車順序,運(yùn)行人員要進(jìn)行嚴(yán)格的操作培訓(xùn),必須嚴(yán)格按設(shè)備操作順序和系統(tǒng)運(yùn)行程序進(jìn)行;設(shè)備參數(shù)調(diào)整相對專業(yè)要求較高,操作人員應(yīng)熟練掌握設(shè)備性能原理、操作要領(lǐng),保證參數(shù)調(diào)試精準(zhǔn),選煤合格;系統(tǒng)設(shè)備分散多雜,運(yùn)行人員要加強(qiáng)巡回檢查,了解機(jī)器整體運(yùn)行情況,強(qiáng)化維護(hù)保養(yǎng),安全設(shè)施必須齊全可靠。
3.4.2 裝備運(yùn)行情況
因系統(tǒng)設(shè)備較多,礦方落實(shí)包機(jī)責(zé)任,每天強(qiáng)制檢修,及時清除篩面滯炭、床面堵孔和風(fēng)筒、除塵器內(nèi)的積塵;檢查軟風(fēng)管連接、各個風(fēng)閥的動作情況;風(fēng)機(jī)、除塵器振動噪聲情況;電氣完好情況;參數(shù)設(shè)置情況;設(shè)備定期加換油保持潤滑。保證了設(shè)備完好,系統(tǒng)具有較高開機(jī)率。
通過運(yùn)行表明:ZM400高效分離機(jī)系統(tǒng)采用干法階梯旋轉(zhuǎn)分離技術(shù),對于混煤中高密度較難分離的煤矸有顯著分離效果。具有如下突出優(yōu)點(diǎn):①采用模塊化設(shè)計(jì),按美國標(biāo)準(zhǔn)制造,核心部件均為美國原裝進(jìn)口,結(jié)構(gòu)緊湊,安裝簡單,投產(chǎn)迅速;②系統(tǒng)工藝簡單,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可靈活調(diào)整,市場適應(yīng)能力強(qiáng);③系統(tǒng)集成智能控制,操作便捷,自動化控制水平高;④全封閉運(yùn)行,潔凈環(huán)保;⑤分選不用水,能降低原煤外在水分,提質(zhì)效果好,冬季不凍車、不凍倉。裝備整體能夠適應(yīng)俄礦高寒缺水地區(qū)使用條件,效率較高。
3.4.3 系統(tǒng)運(yùn)行效果
通過近2個月的運(yùn)行表明,ZM400高效分離機(jī)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行可靠,效果良好,新建中塊煤分選系統(tǒng)既可以并入礦井原煤篩分生產(chǎn)系統(tǒng),與之同步運(yùn)行,也可以通過回煤系統(tǒng),獨(dú)立出來運(yùn)行,也可兩者配煤,聯(lián)合運(yùn)行,方式靈活,達(dá)到高產(chǎn)高效。
(1)產(chǎn)量:系統(tǒng)每日可產(chǎn)精煤2000t/d,與礦井原煤篩分生產(chǎn)系統(tǒng)同步運(yùn)行時,入選中塊不再入地倉儲存而占用場地。早班原煤篩分系統(tǒng)檢修時,可以通過回煤系統(tǒng)對煤場內(nèi)的存煤進(jìn)行處理,也可以對雜質(zhì)煤進(jìn)行篩選過濾,只要原煤有保證系統(tǒng)運(yùn)行效率就有保證,可促進(jìn)礦井從容生產(chǎn)。
(2)煤質(zhì):通過多次對選成品的采樣分析,煤質(zhì)狀況有顯著提高,滿足市場需求,見表2。
4 結(jié)論
俄霍布拉克煤礦采用該裝備對中塊煤分選系統(tǒng)改造,實(shí)現(xiàn)中塊煤排矸、降水、脫硫三重功能,分選效率高,達(dá)到設(shè)計(jì)要求;系統(tǒng)可并入篩分生產(chǎn)主系統(tǒng)運(yùn)行,也可獨(dú)立通過返煤系統(tǒng)運(yùn)行,方式靈活,克服了手選工作的被動局面,節(jié)約了人員,顯著的提高了煤質(zhì),提升了中塊產(chǎn)量,收到良好的經(jīng)濟(jì)效益,值得高寒缺水地區(qū)煤礦借鑒推廣應(yīng)用。
[責(zé)任編輯:王楠]