兖州矿业集团选煤技术的新发展

近几年来，兖州矿业（集团）有限责任公司及其下属各矿选煤厂针对以前在产品结构、生产工艺以及大型设备技术改造和除铁、软杂质清除、雷管清除等方面存在的问题进行了认真分析和归纳，与国内有关单位共同开展了科技攻关，同时积极应用当前已有的适用新技术，提出解决方案并进行了实施，逐步实现零缺陷、零杂质、零投诉，对国内同行具有相当的参考价值。

    1 调整产品结构

    1）南屯选煤厂全部筛分入洗效果好

    近几年来，兖州矿业（集团）公司南屯煤矿选煤厂根据矿、厂的实际情况，在原煤准备系统增设了末煤筛分系统，不仅调整了产品的结构，而且在降低洗水浓度、提高入选能力和减少煤泥数量等方面均取得了显著的效果。尤其是和新乡威达振动机械厂共同开发出了替代进口香蕉振动筛的双层等厚分级筛（2WZD2467等厚分级筛）以后，实现了全部筛分入选。

    该厂于1988年投产时为入洗180×104t的单一跳汰工艺选煤厂，煤泥回收系统为浓缩机与沉降机回收粗煤泥、沉降池回收细煤泥，后又增建煤泥后滤回收系统。1993年矿井改扩建，在该矿新建的混合井生产系统投入生产以后，矿井的原煤产量便由220万t/a猛增到400万t/a，而选煤厂的实际入选能力却因为工艺存在的缺陷和车辆运力的限制，远达不到180万t/a的设计能力，洗水浓度大于250g/L时就得被迫中断洗煤生产。为了降低洗水浓度，每天都要占用3h左右的时间，并且经常发生浓缩机压耙子的事故。煤泥在销售淡季堆积如山，严重地影响了矿井和选煤厂的经济效益，为此决心调整和新增生产设备。在当年的技术改造中，他们选用了4台1840琴弦筛，取得了一定的效益，但筛分效率只有20%左右，且故障多，影响系统运转。后来，又选用了3台螺旋分级筛，但处理量低，与矿井的提升能力不适应。

    他们通过对国内外先进选煤设备的研究以及对选煤厂设备应用布置的探讨，选用的3台双层等厚分级筛解决了以前几种筛机的弊端，最终决定采用的设备和布置方式已经被实践证明是成功的，不仅较好地解决了原先存在的问题，而且取得了良好的经济效益。
    
    几年来的运转实践证明，此筛机的生产能力大（13mm的筛孔分级，处理量可达350t/h，筛分效率达到80%以上）。行家们指出：目前，国内还有相当一部分选煤厂的入洗能力和生产能力不配套，矿井生产能力的增长要比选煤厂快得多，因此实现分级入洗对于生产工艺简单，特别是煤泥水处理系统不太完善的选煤厂有着重要的意义；南    屯选煤厂的实践表明，等厚分级筛是实现分级入选十分有效的设备，尤其是弹性杆筛板的选用很好地解决了煤泥深度筛分易堵筛孔和筛分效率低的难题。

    2）东滩矿根据煤质条件实行不同生产对策

    为了有效控制原煤质量和提高商品煤的质量，兖州矿业（集团）公司东滩煤矿根据综采工作面的煤层赋存情况及其煤质变化情况，结合选煤厂进行洗选生产的适应性，对综采工作面分区域实行相应的提升、洗选及销售对策，实现了安全生产和经济效益双丰收。例如43下09综采工作面的第一块段：该区域的煤总灰分较低、内在灰分较高，不能洗2#精煤，但是可以洗1#动力煤或直接销售或配煤销售。选煤厂生产2#精煤时则不提升该综采面的煤炭，生产其它煤种时任意提升。

    第二块段：煤层底板以上含有19.9%～43.4%的高灰煤，由于其层位无法回避，导致原煤灰分急剧上升，增加了洗选加工难度将此块段原煤洗高灰动力煤或不入洗而经配入精煤后销售，为此对该面煤炭分运、分提、分储、分售。

    第三块段：煤厚较薄，但煤炭内在灰分较低，且顶低板为容易洗选的粉砂岩。此区域煤炭总灰分较高，如作原煤直接出售需配入精煤数量太大，不经济，然而其洗选性较好，故将该面煤炭单独提升，全部入洗加工1#动力煤，产率明显下降。

    第四块段：煤层较薄，回采时破底板。由于混入煤流的泥岩易恶化洗水从而破坏整个洗选系统，故该区域煤炭未入洗，单独提升、储存，作为高灰原煤划为特殊煤种单独出售。

    第五块段：煤层较厚，距煤层底板2.1m含有逐步增厚的炭质泥岩，故该区域的煤炭未入洗，单独提升、储存，配入适量精煤后销售。

    第六块段：煤层中所含的泥岩继续加厚并使煤层分叉，煤炭的灰分进一步提高，如配入精煤销售则需要精煤数量太大，故该区域的煤炭仍未入洗，单独提升、储存，作为高灰原煤划为特殊煤种单独出售。

    2 工艺设备改造

    1）改善与提高设备性能效果好

    近年来，兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿选煤厂围绕现代化选煤厂设备技术标准，狠抓工艺技术改造以及大型设备技术性能的改善与提高，取得了良好的效果。关于对选煤工艺系统的改造，他们在原建跳汰主洗动力煤的基础上，增加了洗四级冶炼精煤的末煤重介选煤工艺和浮选工艺。矿井提升的毛煤由原来的手选改用重介斜轮分选工艺，并增建1座2000t的大块煤仓。通过以上工艺改造，精煤产品结构灵活多变得到了进一步的优化组合，使该厂有能力生产四级冶炼精煤和八级冶炼精煤（出口或者国内用）、动力煤（出口或者国内用）、大块煤（地销）、压滤煤饼（地销或者煤泥发电厂用），适应了不同用户的需求。浮选工艺的设置还改善了洗水的质量，使洗水能够控制在30g/L以内。通过对浮选和压滤的强化管理，实现了洗水一级闭路循环。

    针对外商出口煤中因为含有铁块、雷管、木头、稻草、矸石等外来杂质而影响信誉和出口创汇的情况，这个厂自行研制了选煤厂精煤产品轻软杂质清除装置并且获得了国家专利，同时还分别在皮带运输机机头、运载入选原料煤的皮带运输机机头、块精煤皮带机机尾、末精煤皮带机机头、装车皮带机机头安装了电磁除铁器对每一节车皮进行精心清理，并配有监控系统。从原煤车间开始把住入料粒度关，决不允许大于50mm的大块煤进入水洗系统。洗混煤常因水分足粘度大而影响卸车，用户意见较大。为此，鲍店选煤厂又与中国矿业大学联合研制了中煤脱水筛，亦取得了良好的效果。目前，在装车的过程中应用自动配煤装置，还可以随时调整装车煤炭品种，以满足不同用户对各种指标的需求。

    2）济二选煤厂技术改造效益好

    近年来，兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿选煤厂不断地进行技术改造，有力地促进了生产的发展，取得了良好的效益。这个厂是设计年处理能力400万t、年入洗能力180万t的兖矿第五座大型选煤厂，主洗系统采用单一跳汰式工艺流程，洗水厂内闭路循环，煤泥回收后外运。随着生产形势的发展，选煤厂也逐渐暴露出诸多问题：一是由于建厂筹备时间早，设备相对比较落后，自动化程度低。二是该矿煤质较差，直接销售很困难，对洗选加工能力提出了越来越高的要求。三是洗选主要设备XT3532K型跳汰机性能所限，精煤产品只能以兖矿一号动力煤（灰分为10%～12%）为主，生产不出市场上畅销的兖矿二号精煤（灰分为8%～9%），严重地限制了矿井经济效益的提高。

    针对这一情况，他们以改造创新来实现系统的全面升级。在完成了对原煤动筛系统的改造之后，又对主洗系统进行了300万t改扩建。为了最大限度地降低改造期间对生产的影响，整个施工过程采取了单系统改造、单系统生产的方式进行，主要是对洗选核心设备——跳汰机及其配套附属设备进行了更换，终于生产出了质量稳定、指标优良的兖矿二号精煤。但是，其后在煤泥水系统又暴露出了新的问题：煤泥水浓度不稳定，出现忽高忽低的现象，煤泥水系统运行恶化；新、老煤泥水系统设备间配合使用和内在联系没有掌握好；对煤泥水的运行规律及变化趋势预测不准，使生产出现被动局面，阻碍和制约了生产的顺利进行，对此，他们又进行了反复的调试，最后找出了其最佳的运行方式。目前，煤泥水系统处于稳定、良性、可控的循环状态，各项指标均达到了较理想的效果。

    3 除杂研究与实践

    1)洗精煤除杂的现状及发展方向

    中国矿业大学和中煤国际工程集团平顶山选煤设计研究院开展了“洗精煤除杂的现状及发展方向”的研究，对几种较有代表性的除杂工艺进行了比较，分析了它们各自的优点和不足之处，并且提出了适合跳汰选煤与重介选煤的精煤除杂工艺。

    首先被考虑的网式或耙式除杂工艺较为简单，但是效果比较差、劳动强度大，并且造成了大量优质精煤的损失。针对这一个问题，兖州矿业（集团）有限责任公司与煤炭科学研究总院唐山分院率先联合研制了浅槽式除杂工艺。该工艺具有方法简单、占地面积小等优点，不足之处是除杂效果取决于切割器的切割深度，容易形成部分杂物漏切或者精煤来不及提升就随着杂物被冲走，受到人为因素的影响比较大。在此基础上，又创造出了将杂物按照密度及形状大小分成两部分处理的水力除杂与捞坑除杂复合的形式。此法的除杂效果相对比较好、所占空间小，缺点是整体布局复杂而且比较难操作、精煤的水分偏高。

    以上几种除杂工艺均是根据各个选煤厂的实际情况，并且在原有的工艺流程中加以改造而成的，受到场地、位置等诸多因素的限制，整个除杂系统工艺复杂或者设备相互不配套，除杂的效果仍然不十分理想。因此，在选煤厂的设计过程中，如何选择合理的除杂方法和工艺流程、提高除杂效果是十分重要的。

    此项研究认为：基于杂物与精煤之间在密度上的差异，所有的精煤（含杂物）经过弧形筛的初步脱水以后，直接进入到斗子捞坑或者立轮（斜轮）分选仍然是科学有效的方法；为了防止少数大块的杂物混入到精煤中，在精煤脱水筛的排料口设置方孔箅子，定期进行人工清除拦截杂物即可；对于重介选煤厂，如果主选设备的高浓度介质进入到除杂机，就会造成除杂机内部的密度波动，影响除杂的效果，因此可以对流程略作改进，除杂以后再进行分选。

    2)济二矿完善原煤除铁系统

    兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿自原煤处理系统完成了由简单筛分—手选—破碎工艺流程系统向一次筛分—二次筛分—动筛排矸—破碎—混煤的工艺流程改造以后，为了进一步地适应处理毛煤中含铁杂物比较多的复杂因素，近年来又逐步对其除杂系统进行了完善，有效地提高了安全生产保障能力和产品质量控制能力。

    根据国家标准GB9076-88《悬挂式电磁除铁器》的要求，悬挂式电磁除铁器配合带式输送机使用，可以除去混杂在散状非磁性物料中重量为0.1～25kg的铁磁性物品。其两种安装方式中安装在输送机卸料漏斗的上方，与输送机运行方向成小于45°倾角为最好的安装方式，另外也可以安装于输送机上方垂直于长度方向的任意位置。同时，根据实验结果表明，当煤流处于抛起状态下的除铁效果达到最佳状态。基于以上原因，该矿改造以后的除铁系统中的除铁器在安装位置允许的条件下，都安装于带式输送机的机头卸料位置，以尽可能地提高其除铁效率。

    在该矿选煤厂原煤处理系统中的除铁器分为四道。第一道除铁器位于流程的起始位置，针对处理毛煤的含铁量特征，尽可能地在源头上进行控制除去大部分铁器是最理想的控制手段。他们将RCCD-14型除铁器更换为RCDC-14T2型，改造以后的除铁率由38%提高至70%以上，对于下道工序设备的维护以及减少因为铁器造成的事故率、提高产品的质量发挥着最重要的作用。第二道除铁器位于动筛跳汰机前的给煤机，新增了两台RCDA-1800T型强磁除铁器，可以避免铁器进入动筛跳汰机。第三道除铁器位于动筛跳汰机的精煤产品胶带中部上侧，加设了RCDB-16型悬挂式电磁除铁器，为精煤破碎前的除铁环节，基本上杜绝了因铁器而造成破碎机事故的发生。第四道除铁器位于原煤系统的最后一道工序，加设了RCDA-12型电磁除铁器，采用轴流式风机进行冷却，对原煤产品的煤炭质量指标进行最后的控制。

    3)软杂质清除系统的研制

    兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿选煤厂结合自身实际建立的软杂质清除系统，经过运行实践证明效果十分显著。混在原煤中的软杂质进入跳汰机以后，密度比较小的软杂质在脉动水流的作用下很快从煤流中溢出，漂浮在水层上部流向跳汰机的溢流口。在溢流口处设置了可以随着脉动水流移动的分隔板——随动铲板，其运动轨迹与跳汰机的溢流脉动波形基本一致，把下层的煤和上层的水大致分割开，实现了漂浮在上层水中的软杂质与下部精煤的初步分离。但是因为只能是大致的分离，分离的水中不可避免带有部分煤粒，于是把水引入到煤水分离箱中，实现了煤、水及杂物的分离。在第一环节没有能够分离出来的密度较高的软杂质进入到精煤分级筛中，未能透筛的软杂质则随着筛上块煤一起进入到除杂筛板，清除掉其中较大的、呈长条形状的杂质。从除杂筛板漏下的软杂质则随着块煤进入到除杂捞坑，从而使较小的软杂质也与块煤分离。

    4)大型跳汰机中清除软杂质的方法

    兖州矿业（集团）公司东滩煤矿选煤厂根据自身的实际情况，成功地在35m2跳汰机上开发出了一套工艺简单、效果显著、维护方便的软杂质清除装置。过工程技术人员的反复研究探索，针对原有除杂工艺及设备存在的问题，最终确定出了一套适合自身特点的除杂装置。其主要部分为改进后的切割装置，能够彻底地将精煤中的软杂质分离出来。软杂质与部分煤泥水一起进入2ZK2460中煤脱水筛，杂质脱水以后进入到洗混煤仓，从而彻底地甩掉了繁琐的浅槽分选机和杂质脱水筛，实现了软杂质和精煤的真正分离。经过跳汰机分选以后，木质类杂物处在水层的上层，而棉纱类杂物处在水层以下煤层以上，并且混有密度较轻的末精煤。

    如何使杂质从精煤中完全分离出来而不使末精煤误入杂质系统，是整个除杂系统最至关重要的问题。为此，他们开发了新型的自动切割装置。该切割装置设置于35m2跳汰机的第5室处。因为在此处煤与水的分离高度比较大。其前端的弯钩放置于煤层中，专门钩出附在煤上层中的棉纱类杂物；倾斜板略露出水层，挡住跳汰床层上升过程中的块精煤；平行切割板则完全浸入到水层中，分离出木类杂质；圆管的作用是能够使煤从底部经过切割板。切割板中均匀分布着Φ12mm的圆孔，主要是将误入切割装置的极少部分末精煤通过跳汰机的吸力吸入床层，杜绝精煤的流失。整个切割装置由2套电控液动升降装置来锁定其高度。根据跳汰机处理量的大小可以自由升降，从而使其在理想的水层厚度中进行分选。除杂溜槽在跳汰机的部分采用倾斜式结构，底部为Φ3mm的筛板，既可以脱去2/3的煤泥水，又可以使得杂物随着余下的煤水流动，有效地减轻了下道工序的脱水负担。

    5)煤中轻软杂物清除技术

    兖州矿业（集团）公司煤质运销部经过多年来对煤中轻软杂物清除技术的不断改进和完善，目前的除杂效率已经达到98%，实现了含杂率4.0kg/万t以下的目标。

    ① 控制杂物污染源，净化煤流系统。在生产地点设置特殊物品收集处，对不必要的污染物进行有奖回收，对消耗品发放回收卡；对采掘中极少使用的雷管，利用管身编号和管头颜色区分矿别，便于回收。

    ② 清除木杂质。整个除木杂系统分为截流式与溢流式水力除杂机、木煤分离系统、精煤脱水除杂筛、除杂捞坑4个环节。为了减少精煤的损失，将水力除杂机截取的杂质及夹带的少量精煤引入到木煤分离系统。此系统为装有链板的槽形结构，链板系逆入料的方向转动，借着水流的冲力将杂质引向排料端，精煤则由链板收集，经过脱水以后再返回精煤皮带。为了进一步地除去水力除杂机没有切取的较大木屑及电缆皮、橡胶、塑料等杂物，在精煤脱水分级筛的前端又加接了一段除杂筛板，并且在排料溜槽上增加了挡板与排杂口，使得杂物可以分离出来。由于除杂捞坑内的煤泥水密度达到了1.06g/cm3，而大部分的木屑密度小于1.0g/cm3，因而进入捞坑的木屑均可从精煤中除去。

    ③ 清除橡胶类杂物。由于橡胶类杂物的尺寸相对比较大，利用除杂筛就可以将其清除掉，筛孔的尺寸一般设计为40～45mm。

    ④ 清除纤维类杂质。在跳汰机内部和皮带转载溜槽中安装自行设计的纤维类杂质清除装置，可以根据跳汰机床层高度和溜槽通过煤量大小设置合适的间隙，并且增加尖齿加强对杂质的钩挂强度，把截住的杂质及时清理出来。

    ⑤ 清除外来杂质。利用电视监视系统对车皮进行监控，对损坏的车皮及时维修，与港务局等共同清除运输途中混入的杂物。

    6)全煤首个雷管强场清除系统通过鉴定

    抚顺磁电有限公司和兖州矿业（集团）公司东滩煤矿选煤厂经过三年的研究，开发出了一种目前处于世界领先水平的RCY-GL300型轮盘式强场雷管清除系统，受到了煤矿生产现场的欢迎。此项成果已经通过了专家的技术鉴定，并且正式投入生产使用。随着国际煤炭市场竞争的日益加剧，国外客商对煤炭外在质量的要求越来越严格，出口煤因为雷管问题而造成外商索赔的事件持续不断，不仅给煤炭生产企业造成了直接的经济损失，而且还严重地影响了我国出口煤的信誉和形象。因此，雷管这一危及安全的因素已经成为洁净煤除杂的首要问题。

    此次开发成功的新型雷管清除系统主要是由机体、传动装置、多极可控强磁源、清铁装置、电器控制等几个部分组成的，总投资100多万元，具有独特的机械结构、高磁场强度、高梯度及运行可靠、高效清除、不影响生产连续性等特点，分别安装在东滩煤矿选煤厂的2条入仓精煤配仓刮板入料溜槽处进行了工业性试验。在试验的过程中，他们对该系统多次投放模拟雷管和微小铁件进行了实验测试，结果综合捕获率达到了100%。随后，东滩煤矿选煤厂和清除装置生产厂家又针对试验过程中出现的一些问题进行了技术改进，使得此项成果更加完善。专家们指出：这项成果填补了我国煤矿雷管强场清除系统的空白，此系统的投入使用将为提高我国煤矿出口煤的品质和市场竞争力产生积极的影响，在自动化程度比较高的煤炭企业有着广阔的推广应用价值。

    7)雷管清除技术有突破

    为了彻底清除煤炭产品中残留的雷管，兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿与北京东尼科仪公司共同研制出了一套全新的TR-98雷管清除系统，其主要原理是利用振荡回路的选频特性，可以准确地识别出雷管，并且通过机械装置将雷管清除掉。我国煤炭行业对雷管的清除主要有电磁吸铁器和煤层磁力溜槽两种方式，其共同点都是靠电磁吸引力把雷管吸出来，但是对于弱磁性材料制成的雷管（多为铜质和铁质镀铜），其清除效果并不理想。新研制的雷管清除系统主要包括雷管探测装置、中央控制系统、雷管清除装置以及速度传感器等附属设备三个部分。当雷管通过探测装置传感器的时候，探测装置就会给出一个电信号传至中央控制系统，中央控制系统检测到速度传感器信号并进行处理，延时控制雷管清除装置动作，及时将含有雷管的煤层全断面清除，从而达到了清除雷管的目的。

    该系统的主要功能如下：①识别能力。利用振荡回路的选频特性，只进行雷管探测而对于其它金属具有抑制的作用。②自动平衡。自动平衡由一个较慢的负反馈电路驱动，受CMS中央控制系统的控制，不断地补偿周围金属对探测器的影响，提高了系统检测的灵敏度和可靠性。③温度补偿。由于外部环境（温度、湿度）的变化将会对系统中的某些部件产生影响，进而引起系统参数的变化，降低了系统的灵敏度和可靠性。因此，发挥自平衡回路的作用，让系统通过电路来监控电子参数，并且由CMS中央控制系统对此作出补偿，消除了外部环境对系统的影响。④网络化功能。由于CMS中央控制系统采用了PLC监控，因而具有很好的可扩展性。通过与其它智能仪表以及工业主机的连接通讯，可以实现更加强大的功能，例如追踪记录、总量累计、联锁等。

    8)济二选煤厂实施“三零”工程效益显著

    近几年来，兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿选煤厂积极实施“零缺陷、零杂质、零投诉”的“三零工程”，并且已经取得了显著的效果。由于该矿的地质条件复杂、断层多，从井下混入煤流系统的杂物品种比较多，特别是雷管和炮线多，来源复杂。选煤厂对杂物进行了深入、系统、全面的分析研究，根据本厂地面生产系统的除杂装置类别以及将其除去的难易程度分为五类，并且制定了实现清除杂物的技术路线流程图和技术措施，建立了以下四道除杂流程。

    第一道除杂流程以除铁器及跳汰机为主，针对铁类及极大块的木材等杂物。从井口的煤炭提升开始到产品装车结束，整个煤炭运输系统上都安装有除铁器和除雷管机，尤其是选煤厂的分层除杂。选煤厂在2条装车皮带上和26台给煤机的前方分段加设了大功率的除铁器，在装火车的时候采取分段开启给煤机，分层除铁。该矿的产品经过此类除杂系统以后，基本上实现了精煤的“零铁磁性杂物”和“零雷管”的目标。

    第二道除杂流程则以网蓖为主。在各类运输设备的机头给料处加设网蓖，网孔越小效果越好，以不堵塞煤流为原则。选煤厂在装车仓下的26台给煤机上也加上了网蓖，在皮带卸载点的除铁器下方使用网蓖更加发挥了除铁器的效果，使第二道除杂的流程更加完善。

    第三道除杂流程主要是针对现有的除杂系统难以有效地根除而只能用人工拣杂去除的杂物。选煤厂在不影响安全生产的情况下多设几个拣杂点，通过加大人工拣杂的力度，尽量减少这类杂物进入煤流。选煤厂直接从事洗选加工的人员90人，用于人工拣杂的人员为15人，占16.7%。

    第四道除杂流程以装车队为主，对火车带入的杂物进行清理，在装车的过程中派专人进行表面拣杂，实行质量工序卡制度。