摘 要：東林公司塬林煤礦原煤矸石含量較高，入廠原煤首先進(jìn)入篩分車間，采用人工揀選矸石的方式進(jìn)行處理，但其分選效果不佳，效率低下。這導(dǎo)致大量矸石進(jìn)入洗選流程，顯著增加了洗煤過程中的電能消耗、介質(zhì)消耗以及設(shè)備磨損。經(jīng)過深入調(diào)研，公司決定對篩分車間進(jìn)行技術(shù)改造，引入智能干法選礦機(jī)作為洗選前的預(yù)處理篩選工藝。該技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了矸石的揀選效率，使得矸石中夾帶煤炭的比率降至1%以下，實現(xiàn)了煤炭與矸石的精確分離。結(jié)果表明，洗煤過程中的電能消耗和介質(zhì)消耗均大幅降低，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能降耗目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：干法選礦；智能；節(jié)能；高效

東林公司塬林煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，原煤矸石含量較高。在50mm～300mm粒級范圍內(nèi)，密度大于1.8g/cm3的物質(zhì)約50%至60%，這顯著增加了矸石比例。因此，在篩選階段預(yù)先分離出矸石，對于減少洗選環(huán)節(jié)中矸石含量、降低洗選成本以及減少設(shè)備磨損具有至關(guān)重要的意義。為此，東林公司開展了篩分、選矸系統(tǒng)配套設(shè)備調(diào)研工作，最后根據(jù)礦井煤質(zhì)及生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，選擇煤炭智能干法選礦機(jī)作為原煤篩分車間主要生產(chǎn)設(shè)備。

一、改造前篩選設(shè)備狀況

在實施技術(shù)改造前，原煤首先通過擺軸篩進(jìn)行初步篩分，隨后由人工執(zhí)行簡易的矸石手選作業(yè)。粒級大于150mm以上的煤、矸石都經(jīng)過破碎機(jī)破碎處理后進(jìn)入地面儲煤倉，隨后進(jìn)入主洗車間進(jìn)行進(jìn)一步的洗選加工。然而，人工手選矸石的揀出率較低，手選工的勞動環(huán)境惡劣、勞動強(qiáng)度大，且工作現(xiàn)場粉塵濃度高，對手選工人的健康有一定的影響。擺軸篩存在工作效率低下和結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理的問題。其轉(zhuǎn)動部件的連接環(huán)節(jié)繁多，擺動幅度有限，導(dǎo)致易發(fā)生卡塊現(xiàn)象，進(jìn)而引起軸體斷裂，這不僅影響了生產(chǎn)流程的連續(xù)性，還導(dǎo)致了生產(chǎn)中斷的頻繁發(fā)生。此外，該設(shè)備的維護(hù)工作量巨大，每天均需更換篩桿軸套以保證其正常運行。設(shè)備的磨損問題亦十分嚴(yán)重，需要定期進(jìn)行補(bǔ)焊加固作業(yè)。另外篩孔尺寸較小，介于50mm～150mm之間，在原煤水份含量較大的情況下，篩分效果不佳造成堵塞篩面，也是經(jīng)常造成生產(chǎn)中斷情況發(fā)生另一個原因。

二、改造方案設(shè)計

（一）選矸設(shè)備選擇

東林公司塬林煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟鑲黃旗新寶力格鎮(zhèn)，核定生產(chǎn)能力為0.6 Mt/a，主要開采無煙煤。該地區(qū)無常年性河流，地表水資源匱乏，加之干旱氣候特征，導(dǎo)致工業(yè)用水供應(yīng)不足。基于此，選擇干式篩選法為原煤篩選環(huán)節(jié)改造的首選技術(shù)。調(diào)研階段提取入廠原煤樣本，通過試驗、分析，推算出額定生產(chǎn)能力大于150t/h的干選設(shè)備，即可滿足現(xiàn)有及擴(kuò)大產(chǎn)能后的生產(chǎn)要求。最終選定XZG-1400型智能干選機(jī)作為選矸系統(tǒng)的核心設(shè)備。

（二）篩分設(shè)備

針對改造前篩選流程中出現(xiàn)的問題，首先從篩選環(huán)節(jié)入手進(jìn)行設(shè)備選型、流程擬定。依據(jù)原煤中不同粒級的含煤量和含矸石量進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，粒徑大于300mm的物料中，99%以上為矸石，因此這部分物料無需進(jìn)一步分選，直接輸送至矸石場地。對于300mm以下粒級的原煤，則可實施干式分選，破碎后再進(jìn)行洗選作業(yè)?；诖?，確定了進(jìn)入篩分車間的原煤首先通過滾軸篩進(jìn)行50/300mm的分級處理。該設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，易于更換和維護(hù)，設(shè)計合理，能夠防止物料堵塞，運行平穩(wěn)，使用可靠，維修工作量小，安裝方便。

（三）工藝流程

根據(jù)選矸設(shè)備與篩分設(shè)備的選擇，最終確定了干式篩選工藝流程。具體步驟如下：原煤首先進(jìn)入篩分車間的滾軸篩（50/300mm）進(jìn)行初步篩選。在此過程中，粒徑大于300mm的物料主要為大塊矸石，無需進(jìn)一步分選，直接輸送至大塊矸石場地，粒徑小于50mm的原煤則直接進(jìn)入轉(zhuǎn)運皮帶。對于粒徑介于50mm～300mm之間的原煤，通過振動給料機(jī)進(jìn)入智能干選機(jī)進(jìn)行精確分選。干選機(jī)運用壓風(fēng)噴吹技術(shù)剔除矸石，剔除后的矸石直接輸送至矸石場地。經(jīng)分選得到的塊煤、夾矸煤則進(jìn)入下層破碎機(jī)進(jìn)行破碎處理。破碎后的塊煤匯入原煤轉(zhuǎn)載皮帶，最終通過原煤上倉皮帶輸送至地面儲煤倉。采用該方案后，取消了兩道人工手選環(huán)節(jié)，減少了一臺分級篩，簡化了工藝流程。詳細(xì)流程見圖1。

三、智能干選系統(tǒng)工作原理及系統(tǒng)組成

（一）智能干選機(jī)工作原理

智能干選機(jī)是利用不同礦物對射線的透射和吸收差異，根據(jù)物質(zhì)固有的物理性質(zhì)，利用 X射線分選系統(tǒng)，實現(xiàn)對礦物連續(xù)的識別與分選。分選過程首先建立矸石、煤塊的圖像識別模型，依據(jù)X射線透射的朗波特定律、紋理灰度矩陣，經(jīng)過融合，生成特征向量，構(gòu)建多維特征向量和特征空間，利用深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲取矸石、煤塊分類邊界平面，實現(xiàn)煤、矸石的準(zhǔn)確分類。然后在智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)上確定噴吹能量，將精準(zhǔn)識別后的矸石或煤塊高速擊打到預(yù)設(shè)溜槽，實現(xiàn)矸石或煤塊的高效分選[1]。

（二）智能干選機(jī)技術(shù)特點

一是處理能力大，運行速度快，能夠在帶速2.5m/s～3.5m/s皮帶機(jī)上快速識別、分選，最大處理能力可達(dá)380t/h。

二是工藝流程緊湊，采用設(shè)備少，能耗低，易維護(hù)。

三是采用物理分離技術(shù)，不需要水或其他物質(zhì)參與煤、矸石分離，節(jié)能環(huán)保。

四是采用高性能PLC控制系統(tǒng)，操作簡單，穩(wěn)定性高，具有自主學(xué)習(xí)能力，可遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)控制程序。

五是采用Ⅲ類低輻射X射線源，安全防護(hù)等級高，滿足安全要求。

六是完善的除塵設(shè)計。采用布袋式除塵器，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的煤塵經(jīng)處理后滿足國家及地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)[2]。

（三）智能干選機(jī)系統(tǒng)組成

XZG-1400型智能干選機(jī)由振動給料機(jī)、輸送皮帶機(jī)、射線門、分離裝置、調(diào)節(jié)溜槽、頭部護(hù)罩、消塵系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)以及電控系統(tǒng)組成。系統(tǒng)以高壓空氣作為煤矸分離執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動力源，風(fēng)壓7bar以上即可滿足正常生產(chǎn)需要。

振動給料機(jī)實現(xiàn)煤、矸石均勻分散、平鋪，便于射線門射線照射、識別。帶式輸送機(jī)采用變頻控制，使進(jìn)入干選機(jī)的煤、矸石根據(jù)系統(tǒng)識別能力快速通過。射線門對通過的煤、矸石精準(zhǔn)識別，將識別后的信號發(fā)送給電控系統(tǒng)，由電控系統(tǒng)驅(qū)動分離裝置中的陣列式高壓風(fēng)槍，將矸石擊打出去落入矸石排料溜槽，從而實現(xiàn)煤和矸石分離[3]。智能干選機(jī)系統(tǒng)組成見圖2。

四、運行效果

在完成對ZXG智能干選系統(tǒng)的改造并投入使用后，該系統(tǒng)顯著減少了篩分車間生產(chǎn)所需的設(shè)備數(shù)量，簡化了篩分車間的生產(chǎn)工藝流程，進(jìn)而提升了生產(chǎn)效率。自試運行以來，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的成效，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

一是系統(tǒng)對原煤的篩選效果顯著，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)排矸，從而提高了原煤提升的效率。

二是替代了手選工人的工作，有效地將他們從繁重的體力勞動中解放出來。

三是減少了篩分車間破碎機(jī)和洗選車間設(shè)備的能耗及磨損。

四是降低了洗煤系統(tǒng)中無效入洗矸石的含量，減少了矸石泥化以及煤泥水系統(tǒng)中矸石煤泥的含量。

五是提升了入洗原煤的質(zhì)量并保持其穩(wěn)定性。由于大塊矸石已被預(yù)先排出，原煤質(zhì)量得到顯著提升，其發(fā)熱量可增加0.35 MJ/kg～0.60 MJ/kg。

六是系統(tǒng)分選精度滿足了改造要求。干選系統(tǒng)矸石中含有煤約0.05%～1%之間，煤中含矸率約為15.39%，分選精度完全符合生產(chǎn)需求[4]。

五、效益分析

（一）社會效益

改造完成后取消了手選工崗位，消除了人工選矸帶來的潛在人身傷害風(fēng)險。不僅提高了工作效率，還避免了對操作人員健康的威脅，確保了生產(chǎn)過程的安全性和可靠性。

（二）經(jīng)濟(jì)效益

1.改造前篩選、洗煤費用

一是破碎系統(tǒng)運行負(fù)荷為283kW，電費為：283kW×20h×330工作日×1元/kW·h×0.9=168.1萬元/a。

二是人工費?，F(xiàn)有車間工人12名，年人工費：9萬元/人·年×12=130萬元/a。

三是備件材料費用：5萬元/分級篩·a+18萬元/破碎機(jī)·a+4萬元/其他·a=27萬元/a。

改造前年費用：168.1萬元+130萬元+27萬元=325.1萬元。

2.改造后篩選、洗煤加工費用

一是能耗。智能干法選煤運行負(fù)荷為82kW，利用礦原有空壓機(jī)（未購置新空壓機(jī)）能耗約45kW，破碎機(jī)功率90kW，則加工電費為：（82+45+90）kW×20h×330工作日×1元/kW·h×0.9=128.8萬元/a。

二是人工費。工人4名，年人工費：9萬元/人·年×4=36萬元/a。

三是備件材料費用。11萬元/滾軸篩·a+5 萬元/破碎機(jī)·a+5萬元/XZG智能干法選煤機(jī)·a+4萬元/其他（電磁閥、光機(jī)）·a=25萬元/a。

改造后年費用：128.8萬元+36萬元+25萬元=189.8 萬元。

3.改造洗煤車間工時縮短，可節(jié)省能耗費用

一是現(xiàn)有主洗車間小時帶煤量為200噸，智能干選改造后排出矸石45噸，每天可排出45噸×18小時=810噸矸石，在現(xiàn)有工藝下，這部分矸石全部進(jìn)入主洗，將占用4個小時的洗煤生產(chǎn)時間（減少4小時主洗運行時間）。主洗設(shè)備運行功率為2000kW，則可節(jié)省電費：2000 kW×4h×1元/kW·h×0.9=7200元，年運行天數(shù)為330天，則年節(jié)省運行電費：7200×330=237.6萬元。

二是現(xiàn)有工藝精煤產(chǎn)率為40%，即帶煤小時200t，生產(chǎn)精煤80t。根據(jù)煤質(zhì)資料，智能干選可排出45t/h矸石，即主洗帶煤155t/h，就可保證相同的精煤產(chǎn)量，精煤產(chǎn)率為：80÷155=51.6%（同種煤質(zhì)主洗生產(chǎn)效率提高，回收率提高11.6%）。主洗矸石量減少后，相應(yīng)的設(shè)備磨損也減少，年節(jié)省耗材費用50萬元。

4.減少洗煤介質(zhì)消耗費用

每天減少約810噸矸石進(jìn)入洗煤系統(tǒng)，噸煤洗耗鐵礦粉1.5kg，鐵礦粉1500元/噸。

年減少鐵礦粉消耗費用：1500元×330天×810×1.5=60.14萬元。

5.年綜合經(jīng)濟(jì)效益

從每年的生產(chǎn)成本來看，采用智能干選系統(tǒng)比現(xiàn)有工藝每年可節(jié)省生產(chǎn)成本為：（325.1-189.8）+237.6+50+60.14=483.4萬元/年。

這是一項選煤廠存續(xù)期間的長期效益，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

結(jié)束語

系統(tǒng)啟用后，顯著提升了原煤的提升效率，縮短了主井的提升時間，使得原煤入廠篩選流程能夠?qū)崿F(xiàn)快速且連續(xù)的運作，同時還取消了人工揀選矸石的崗位。該系統(tǒng)的使用，每年還減少二十余萬噸矸石流入洗煤系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了減員增效、提升煤炭品質(zhì)、節(jié)約電力消耗、降低洗煤耗材及配件成本，進(jìn)而達(dá)到顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益。此外，該系統(tǒng)全封閉式的運行模式，大幅提高了現(xiàn)場的安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平，不僅創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，同時也帶來了積極的社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳文波.智能干選在選煤廠塊煤分選系統(tǒng)改造中的應(yīng)用分析[J].中國煤炭，2017（12）：123-126.

[2]喬治忠，劉利波.TDS智能干選機(jī)在準(zhǔn)能哈爾烏素選煤廠的應(yīng)用研究[J].選煤技術(shù)，2017（05）：35-37.

[3]曹君杰，劉令云，侯寶宏.TDS24-305智能干選機(jī)在靈新選煤廠的應(yīng)用實踐[B].選煤技術(shù)，2018（05）：94-97.

[4]袁紅軍，高鴻.動力煤洗選工藝分析[J].煤炭加工與綜合利用，2018（05）：19-22，25.

作者簡介：魏云鵬 （1982—），男，高級工程師。 2011年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，機(jī)械工程及自動化.