劉 毅

（烏海能源有限責(zé)任公司黃白茨煤礦，內(nèi)蒙古烏海 016040）

黃白茨礦選煤廠于1999年建成，處理能力0.60 Mt／a，選煤方法為跳汰＋浮選聯(lián)合工藝，主要入洗黃白茨礦原煤。2003年，選煤廠擴(kuò)建為處理能力 1.20 Mt／a，形成兩套跳汰選煤系統(tǒng)。2009年核定生產(chǎn)能力達(dá)到1.60 Mt／a。目前，黃白茨礦主要開采9號(hào)、10號(hào)煤層。其中9號(hào)煤層為穩(wěn)定煤層，厚度 0.88～4.96 m，平均厚度2.79 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般不含夾矸，局部可見厚度僅數(shù)厘米的硫酸鹽類薄層和不穩(wěn)定的黃鐵礦結(jié)核，另外煤層中常見石灰?guī)r透鏡體；10號(hào)煤層為較穩(wěn)定煤層，厚度0.37～3.18 m，平均厚度2.00 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般不含夾矸，僅局部含一層夾矸，最厚0.30 m，巖性為泥巖。從原煤可選性來看，當(dāng)10號(hào)煤精煤灰分為10.5%時(shí)，±0.1含量40%左右，理論回收率為35%，屬難選煤或極難選煤。9號(hào)煤的實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)表明，原煤浮沉精煤產(chǎn)率較低，矸石含量較大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，影響了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益［1］。

選煤廠分選工藝為：跳汰機(jī)分選出精煤、中煤和矸石3種產(chǎn)品，其中精煤經(jīng)過兩段直線振動(dòng)篩脫泥脫水后再經(jīng)13 mm分級(jí)，大于13 mm粒級(jí)直接作為塊精煤產(chǎn)品，0.5～13 mm粒級(jí)經(jīng)過離心機(jī)脫水后作為末精煤產(chǎn)品；跳汰中煤由斗式提升機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至中煤篩脫水后做為產(chǎn)品銷售；矸石由斗式提升機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至矸石倉。小于0.5 mm粒級(jí)煤泥由分級(jí)旋流器分級(jí)后，0.3～0.5 mm粒級(jí)物料由CSS粗煤泥分選機(jī)分選。CSS分選機(jī)溢流由加壓過濾機(jī)脫水后作為精煤產(chǎn)品，底流由高頻篩脫水后作為中煤。小于0.3 mm粒級(jí)細(xì)煤泥水進(jìn)入浮選機(jī)分選，浮選精煤由加壓過濾機(jī)脫水后作為精煤產(chǎn)品，浮選尾煤由濃縮壓濾工藝處理，回收煤泥及澄清循環(huán)水。原則工藝流程見圖1。

圖1 原則工藝流程示意

1 存在問題

選煤廠設(shè)計(jì)時(shí)選用的原煤資料中，原煤可選性為易選煤或極易選煤，跳汰洗煤工藝完全可以適應(yīng)，且生產(chǎn)成本低，投資少，效率高。隨著煤炭產(chǎn)品質(zhì)量的要求逐漸提高，礦井原煤質(zhì)量逐漸變差，而選煤廠在工藝過程控制、操作方案制定、人員技能素質(zhì)、生產(chǎn)組織方面都延續(xù)了易選煤的管理。工藝方面，未對(duì)分選設(shè)備進(jìn)行有效管制，不能按產(chǎn)率最大化原則進(jìn)行分選，只注重總的產(chǎn)品灰分，不考慮各個(gè)環(huán)節(jié)分選設(shè)備的性能，導(dǎo)致總體效率低；設(shè)備管理方面，單臺(tái)設(shè)備的性能不能有效掌握，不能保證設(shè)備在最佳狀態(tài)運(yùn)行，單機(jī)效率較低。如跳汰機(jī)，出現(xiàn)精煤中帶矸石、中煤中矸石含量大、矸石中跑中煤及精煤現(xiàn)象；再如浮選機(jī)浮選尾礦中含精礦等。產(chǎn)品煤方面，灰分指標(biāo)不平穩(wěn)，有時(shí)出現(xiàn)高灰現(xiàn)象，影響銷售；有時(shí)出現(xiàn)低灰現(xiàn)象，影響產(chǎn)率。庫存及銷售方面，庫存量較大時(shí)，來回倒庫費(fèi)用較大，影響利潤指標(biāo)；產(chǎn)品水分較大時(shí)，產(chǎn)生無效運(yùn)輸。

2 優(yōu)化方案

2.1 配煤研究

由于10號(hào)煤精煤為高灰、高硫精煤，灰分為10.3%，硫分為3.2%，灰分與硫分均太高，沒有市場(chǎng)，不符合環(huán)保要求。為了保證選煤廠生存，結(jié)合周邊礦生產(chǎn)情況，擬采用配煤入洗。通過配煤來改善實(shí)際入洗原煤的可選性，提高精煤的市場(chǎng)競(jìng)爭力，提高洗煤效益，初步計(jì)劃與蘇海圖礦12號(hào)煤原煤配洗。首先對(duì)本礦井10號(hào)煤的原煤煤質(zhì)及產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)測(cè)分析［2-4］，各原煤浮沉資料見表1至表3，可選性曲線見圖1至圖3。

表1 10號(hào)煤原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果

圖2 本礦10號(hào)煤原煤可選性曲線

本礦10號(hào)煤，精煤灰分為10.5%時(shí)，理論產(chǎn)率為44%，中煤產(chǎn)率為10.68%，中煤灰分為39.88%，理論分選密度為1.5 g／cm3，扣除大于1.8 g／cm3含量，±0.1含量為17.12%，可選性為中等可選。

預(yù)計(jì)精煤價(jià)格為含稅630元／t（不含稅543元／t）， 中煤價(jià)格為 120元／t（不含稅）， 10號(hào)原煤價(jià)格為270元／t（不含稅）。

圖3 蘇海圖礦12號(hào)煤原煤可選性曲線

入洗噸原煤收益＝精煤產(chǎn)值＋中煤產(chǎn)值-原煤單價(jià)-噸原煤加工費(fèi)＝543×0.44＋120×0.1068-270-43＝238.92＋12.816-270-43＝-61.264（元／t）。

蘇海圖礦12號(hào)煤，精煤灰分為10.5%時(shí)，理論產(chǎn)率為59%，中煤產(chǎn)率為9.37%，中煤灰分為44.05%，理論分選密度為1.55 g／cm3，扣除大于1.8 g／cm3含量，±0.1含量為18.61%，煤炭可選性為中等可選。

預(yù)計(jì)精煤價(jià)格為含稅630元／t（不含稅543元／t）， 中煤價(jià)格為90元／t（不含稅）， 12號(hào)原煤價(jià)格為431元／t（不含稅）。

入洗噸原煤收益＝精煤產(chǎn)值＋中煤產(chǎn)值-原煤單價(jià)-噸原煤加工費(fèi)＝543×0.59＋90×0.0937-431-43＝320.37＋8.433-431-43＝-145.197（元／t）。

表2 蘇海圖礦12號(hào)煤原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果

表3 蘇海圖礦9號(hào)煤原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果

圖4 蘇海圖礦9號(hào)煤原煤可選性曲線

蘇海圖礦9號(hào)煤，煤質(zhì)好，原煤灰分9.65%，不需分選可直接作為商品煤精煤銷售。

預(yù)計(jì)精煤價(jià)格為含稅 700 元／t（630.45 元／t，不含稅），9號(hào)原煤價(jià)格為含稅700元／t（630.45元／t， 不含稅）。

入洗噸原煤收益＝精煤產(chǎn)值-原煤單價(jià)-噸原煤加工費(fèi)＝630.45-630.45-43＝-43（元／t）。

顯然9號(hào)煤單獨(dú)入選不現(xiàn)實(shí)，需考慮配煤或者單獨(dú)銷售。

考慮配煤入洗，選取兩種方案進(jìn)行分析，一是蘇海圖礦9號(hào)煤和黃白茨礦10號(hào)煤按3∶8的比例進(jìn)行配煤入洗，二是蘇海圖礦12號(hào)煤和黃白茨礦10號(hào)煤按7∶3的比例配煤入洗［5-7］。不同比例配煤后的浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表4至表5，可選性曲線見圖4至圖5。

蘇海圖礦9號(hào)煤與黃白茨礦10號(hào)煤按3∶8配煤后，精煤灰分為9.00%時(shí)，精煤理論產(chǎn)率為59.50%，硫分小于3%，中煤產(chǎn)率5.96%，理論分選密度為1.58 g／cm3， 扣除大于1.8 g／cm3沉矸含量，±0.1含量為8.52%，可選性為易選。

表4 蘇海圖礦9號(hào)煤和黃白茨礦10號(hào)煤按3∶8的比例配煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果

圖5 9號(hào)煤原煤和10號(hào)煤原煤配煤后可選性曲線

精煤價(jià)格含稅價(jià)預(yù)測(cè)為680元／t（不含稅586元 ／t），中煤價(jià)格為125元／t（不含稅），蘇海圖9號(hào)煤含稅價(jià)格700元／t（630.45元／t， 不含稅）。

入洗噸原煤收益＝精煤產(chǎn)值＋中煤產(chǎn)值-原煤加權(quán)單價(jià)-噸原煤加工費(fèi)＝586×0.595＋0.0596×125-368.30-43＝348.67-368.30-43＝-55.18（元／t）。

精煤灰分為10.5%時(shí)，精煤理論產(chǎn)率為64%，中煤產(chǎn)率1.46%，理論分選密度為1.72 g／cm3，±0.1含量為 7.0%，原煤可選性為極易選。

入洗噸原煤收益＝精煤產(chǎn)值＋中煤產(chǎn)值-原煤加權(quán)單價(jià)-噸原煤加工費(fèi)＝586×0.64＋125×0.0146-360.94-43＝375.04＋1.825-360.94-43＝-27.075（元／t）。

在蘇海圖礦9號(hào)煤有缺口的情況下，實(shí)施蘇海圖礦12號(hào)煤和黃白茨礦10號(hào)煤按7∶3的比例配煤入洗。

表5 蘇海圖礦12號(hào)煤和黃白茨礦10號(hào)煤按7∶3配煤后的浮沉試驗(yàn)結(jié)果

蘇海圖礦12號(hào)煤與黃白茨礦10號(hào)煤按7∶3配煤后，生產(chǎn)灰分為10.5%的精煤時(shí)，理論產(chǎn)率為53.6%，硫分2.2%，中煤產(chǎn)率為10.66%，中煤理論灰分為41.69%，理論分選密度為1.52 g／cm3，扣除大于1.80 g／cm3含量，±0.1含量為22.24%，煤炭可選性為中等可選。精煤價(jià)格為：860元／t（含稅）（不含稅741.38元／t）， 中煤價(jià)格為 135 元／t（不含稅），12號(hào)原煤價(jià)格為431元／t（不含稅）。

入洗噸原煤收益＝精煤產(chǎn)值＋中煤產(chǎn)值-原煤加權(quán)單價(jià)-噸原煤加工費(fèi)＝741.38×0.536＋135×0.1066-382.7-43＝-13.93 元／t。

通過分析發(fā)現(xiàn)：

（1）當(dāng)不采取配煤方案時(shí)，單獨(dú)處理黃白茨礦10號(hào)煤噸煤虧損61.264元，原煤可選性為易選；單獨(dú)處理蘇海圖礦9號(hào)煤時(shí)噸煤虧損43元；單獨(dú)處理蘇海圖礦12號(hào)煤時(shí)，噸煤虧損145.20元，原煤可選性為中等可選。

（2）采用配煤方案后，蘇海圖礦9號(hào)煤和黃白茨礦10號(hào)煤按3∶8配煤入洗，噸煤虧損27.075元，原煤可選性為易選；蘇海圖礦12號(hào)煤和黃白茨礦10號(hào)煤按7∶3配煤入洗，噸煤虧損13.93元，原煤可選性為中等可選。

（3）綜上所述，選煤廠效益最大化的生產(chǎn)方式為蘇海圖礦12號(hào)煤和黃白茨礦10號(hào)煤按7∶3比例配煤入洗，此時(shí)原煤可選性為中等可選，選煤廠跳汰分選工藝基本能夠滿足要求。

圖6 蘇海圖礦12號(hào)原煤和黃白茨礦10號(hào)原煤按7∶3的比例配煤可選性曲線

2.2 設(shè)備改造

黃白茨礦煤中矸石含量明顯增加，中煤含量也有所增加，根據(jù)原煤煤質(zhì)資料及生產(chǎn)實(shí)踐，選煤廠對(duì)中煤脫水篩進(jìn)行了更換，用ZKB1835代替了ZKB1236，處理能力增加了50%；在末精煤產(chǎn)品脫水方面，將TLL-1000型離心機(jī)更換為BHSG1400型離心機(jī)，處理能力增加67%，并為其加裝了電機(jī)變頻器及振動(dòng)卸料電機(jī)變頻器，達(dá)到靈活控制水分的目的；在浮選精煤脫水方面選擇了沉降離心機(jī)配套快開壓濾機(jī)的工藝代替圓盤過濾機(jī)，處理能力更大，水分更低（降低至22%）新增了粗煤泥分級(jí)分選設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了煤炭的全粒級(jí)分選，最大限度地降低了產(chǎn)品灰分，粗精煤灰分從15%降低到了9%，從而提高了商品煤質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。表6列出了選煤設(shè)備改造前后的效果。

表6 設(shè)備改造前后的效果對(duì)比

2.3 設(shè)備管理

選煤廠設(shè)計(jì)為雙系統(tǒng)運(yùn)行，最初的機(jī)電管理模式為有事故就單系統(tǒng)生產(chǎn)，另一套系統(tǒng)停產(chǎn)檢修，在實(shí)際運(yùn)行過程中，常有無計(jì)劃停產(chǎn)現(xiàn)象；另外，由于設(shè)備更換不及時(shí)，設(shè)備事故率逐年提高，機(jī)電事故影響生產(chǎn)時(shí)間明顯增加。經(jīng)過分析研究，確定了強(qiáng)制檢修保養(yǎng)的機(jī)電設(shè)備管理模式，每日早班都留6 h強(qiáng)制檢修保養(yǎng)時(shí)間，變事故檢修為事前預(yù)防。

選煤廠設(shè)備維護(hù)采用日常檢修和預(yù)防性檢修相結(jié)合的方式。日常檢修主要是指選煤廠在正常停產(chǎn)檢修時(shí)間范圍內(nèi)能夠獨(dú)立完成的、不影響外運(yùn)計(jì)劃的檢修工作，主要針對(duì)直接制約正常生產(chǎn)的問題，在每天的正常停車檢修時(shí)間段進(jìn)行。每天由巡視工和專業(yè)點(diǎn)檢工檢查出問題后，檢修工進(jìn)行處理，處理完畢后同巡視工交接，由巡視工負(fù)責(zé)設(shè)備檢修后的跟蹤點(diǎn)檢。

預(yù)防性檢修主要是根據(jù)設(shè)備的保養(yǎng)、潤滑、備件使用壽命等進(jìn)行定期和不定期的檢修。定期預(yù)防性檢修主要是進(jìn)行設(shè)備的定期潤滑、防爆、除塵等工作，當(dāng)日常停車檢修時(shí)間不能滿足檢修要求時(shí)，需提前上報(bào)上級(jí)部門，申請(qǐng)預(yù)防性檢修時(shí)間進(jìn)行處理。不定期預(yù)防性檢修耗時(shí)較長，主要用于處理大型設(shè)備零部件異常的問題。

3 保障措施

采用配煤方案之后，精煤產(chǎn)量和矸石量與改造前大為不同。相對(duì)單獨(dú)處理本礦10號(hào)煤，最佳方案為蘇海圖礦12號(hào)煤和黃白茨礦10號(hào)煤按7∶3比例配煤入洗，此時(shí)原煤可選性為中等可選，精煤產(chǎn)率達(dá)到53.6%，較單獨(dú)入選10號(hào)煤時(shí)的精煤產(chǎn)率44%，增加了9.6個(gè)百分點(diǎn)，中煤產(chǎn)率無明顯變化，矸石產(chǎn)率相對(duì)減少，故優(yōu)化過程需要考慮跳汰機(jī)精煤系統(tǒng)處理能力是否滿足要求。通過前期改造已完成了精煤離心機(jī)的更換，提高了跳汰精煤系統(tǒng)的處理能力。

同時(shí)為了精確控制生產(chǎn)，提高系統(tǒng)靈活性，增加效益，后續(xù)需從以下幾方面展開工作：

（1）現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)缺乏精確的產(chǎn)品監(jiān)控手段，需安裝在線灰分儀進(jìn)行在線檢測(cè)跳汰精煤灰分，便于隨時(shí)調(diào)整分選參數(shù)。

（2）黃白茨礦10號(hào)煤和蘇海圖礦12號(hào)煤采用分運(yùn)、分儲(chǔ)的生產(chǎn)方式，對(duì)10號(hào)煤和12號(hào)煤的入洗煤量分別計(jì)量，便于在實(shí)際生產(chǎn)中及時(shí)調(diào)整配煤比例，確保配煤比例合理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化。

（3）為了及時(shí)掌握10號(hào)煤和12號(hào)煤質(zhì)量指標(biāo)變化情況，需分別安裝2臺(tái)在線灰分儀，對(duì)其實(shí)施在線監(jiān)測(cè)，同時(shí)需配套安裝電子膠帶秤、變頻給煤機(jī)和控制系統(tǒng)等設(shè)施。采用變頻給煤機(jī)、配煤閘板開度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)入選原煤灰分的設(shè)定，分煤層的計(jì)量和檢測(cè)，分煤層配煤比例的自動(dòng)計(jì)劃和調(diào)節(jié)［8-10］。

（4）跳汰分選機(jī)長期運(yùn)行，設(shè)備部件磨損，對(duì)分選精度造成一定影響，需加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)。

（5）精煤產(chǎn)率增加后，粗煤泥分選系統(tǒng)的處理能力需重新核定，包括后續(xù)的細(xì)煤泥設(shè)備的處理能力都需要核定；通過分析工藝流程發(fā)現(xiàn)，粗煤泥分選機(jī)精煤產(chǎn)品經(jīng)過弧形篩脫水后直接進(jìn)入加壓過濾機(jī)脫水處理，與加壓過濾機(jī)的入料粒度不相符。加壓過濾的最佳入料粒度上限為0.5 mm，而粗煤泥分選機(jī)精煤產(chǎn)品的理論粒度為1.5～0.3 mm，進(jìn)入加壓過濾機(jī)后可能導(dǎo)致加壓過濾機(jī)罐內(nèi)壓力下降、濾餅在濾布上吸附困難、加壓過濾機(jī)槽內(nèi)物料堆積、加壓過濾機(jī)濾布磨損嚴(yán)重等問題。因此，增設(shè)了單獨(dú)的煤泥沉降離心機(jī)，將這部分粗精煤直接脫水后進(jìn)入產(chǎn)品，離心液和浮選精煤共同進(jìn)入加壓過濾機(jī)處理，可以解決以上問題。生產(chǎn)實(shí)踐表明，沉降離心機(jī)的使用成本遠(yuǎn)低于加壓過濾機(jī)成本，故考慮在沉降離心機(jī)入料添加助濾劑，將細(xì)煤泥聚合后，再最大限度的通過沉降離心機(jī)排出，減少進(jìn)入加壓過濾機(jī)的細(xì)泥量，節(jié)約生產(chǎn)成本。

（6）隨著煤層開采的深度增加，煤質(zhì)進(jìn)一步惡化之后，原煤可選性進(jìn)一步變差，現(xiàn)有跳汰分選工藝不能滿足要求，需未雨綢繆，選煤廠正在考慮將跳汰改造為重介質(zhì)選煤工藝。

（7）針對(duì)原生煤泥系統(tǒng)煤泥直接浮選的工藝，入料粒度為0.5～0 mm，物料全部進(jìn)入浮選機(jī)后整體分選精度不高，應(yīng)首先二次分級(jí)，分成0.5～0.25 mm粒級(jí)和小于0.25 mm粒級(jí)，分別采用浮選機(jī)和浮選柱進(jìn)行分選，進(jìn)一步提高分選精度，提高精煤產(chǎn)品回收率，增加經(jīng)濟(jì)效益［11-12］。

4 效益預(yù)測(cè)

通過工藝優(yōu)化、配煤方式的應(yīng)用，預(yù)計(jì)可取得以下成果：

（1）逐步完善生產(chǎn)工藝，使生產(chǎn)效率由85%提升至90%；

（2）加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備管理，保證機(jī)電設(shè)備高效運(yùn)行，降低事故影響時(shí)間；

（3）配煤后產(chǎn)品硫分達(dá)到銷售要求，將銷路較差的高硫煤通過配煤入選降低了硫分，得到了銷路較好的產(chǎn)品，提高了資源回收率；

（4）通過配煤計(jì)算，得出最佳生產(chǎn)組織方式為蘇海圖礦12號(hào)煤和黃白茨礦10號(hào)煤7∶3配煤入洗，創(chuàng)效減虧至少13.15元／t，每月處理原煤12萬t，全年創(chuàng)效減虧1890萬元。