小保當(dāng)選煤廠設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

孫景陽

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

小保當(dāng)煤礦及選煤廠位于榆林市神木縣大保當(dāng)鄉(xiāng)，該煤礦按照“一礦兩井”模式進(jìn)行建設(shè)，分為小保當(dāng)一號(hào)礦井和小保當(dāng)二號(hào)礦井，小保當(dāng)一號(hào)礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為15.00Mt/a，小保當(dāng)二號(hào)礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為13.00Mt/a。與小保當(dāng)一號(hào)礦井、二號(hào)礦井配套的小保當(dāng)選煤廠屬大型群礦型選煤廠，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為28.00Mt/a，服務(wù)年限與小保當(dāng)?shù)V井相同，為70.9a。

小保當(dāng)煤礦一、二號(hào)礦井煤層構(gòu)造簡單，前期開采的1-1、2-2煤層，煤質(zhì)基本相同。選煤廠在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮礦井開采煤質(zhì)情況和外部建設(shè)條件，簡化選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)布置，并采用合適的洗選工藝，節(jié)約建設(shè)成本。

1 工藝設(shè)計(jì)

1.1 洗選工藝

小保當(dāng)選煤廠入廠毛煤為低水分、特低灰、特低硫～低硫、高發(fā)熱量～特高發(fā)熱量的不粘煤和長焰煤。礦井來煤前期有輕度泥化現(xiàn)象，并且后期煤層泥化現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告和開采工藝，設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)選煤廠入洗前期毛煤灰分為14.75%，水分14%左右，發(fā)熱量5448kcal/kg左右。

設(shè)計(jì)時(shí)由于小保當(dāng)?shù)V井尚未出煤，因此缺少實(shí)際生產(chǎn)原煤的可選性試驗(yàn)資料，而勘探報(bào)告中提供的簡選樣篩分浮沉試驗(yàn)結(jié)果，又不足以作為設(shè)計(jì)所用的基礎(chǔ)資料。因此，選煤廠在設(shè)計(jì)時(shí)采用的是開采相同煤層的隆德煤礦實(shí)際生產(chǎn)篩分浮沉資料作為小保當(dāng)選煤廠設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料[1]。在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)過多工藝比選，選煤廠設(shè)計(jì)工藝為：150～13mm塊煤重介淺槽分選，-13mm末煤不分選(預(yù)留末煤分選工藝使得分選下限具有降低至6mm的可能)，粗細(xì)煤泥分別進(jìn)行回收[2-4]。

實(shí)際生產(chǎn)表明：實(shí)際開采煤質(zhì)與預(yù)測(cè)煤質(zhì)基本一致，且洗選加工后的產(chǎn)品煤與預(yù)測(cè)產(chǎn)品煤質(zhì)量基本一致，所采用的洗選工藝基本符合本礦井煤質(zhì)。

1.2 工藝布置與靈活性

1.2.1 “一礦兩井一選煤廠”集中場(chǎng)地設(shè)計(jì)

小保當(dāng)選煤廠在設(shè)計(jì)時(shí)采用的是“一礦兩井一選煤廠”集中場(chǎng)地設(shè)計(jì)，即小保當(dāng)選煤廠、小保當(dāng)一號(hào)礦井和二號(hào)礦井工業(yè)場(chǎng)地聯(lián)合布置，選煤廠位于兩個(gè)礦井共同邊界線中央偏西北處，地勢(shì)平坦開闊，場(chǎng)地緊鄰礦區(qū)規(guī)劃鐵路，交通運(yùn)輸便利，且用地均為荒地[5，6]。集中設(shè)置工業(yè)場(chǎng)地可節(jié)約工業(yè)用地，并使選煤廠的所有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單一配置，減少人員配給，降低管理成本。

1.2.2 原煤倉后設(shè)置原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

礦井出井毛煤粒度一般為-300mm，但也含有部分400mm及以上超粒煤。由于選煤廠一般要求入料毛煤粒度為-200mm，否則洗選設(shè)備無法處理，因此毛煤進(jìn)入洗選系統(tǒng)前必須經(jīng)過篩分、破碎等原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)[7，8]。選煤廠原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)有原煤倉前處理和原煤倉后處理兩種方式：

原煤倉前設(shè)置原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)方式：出井口房毛煤首先經(jīng)過篩分、手選、破碎等準(zhǔn)備環(huán)節(jié)準(zhǔn)備成-200(150)mm原煤，然后通過帶式輸送機(jī)進(jìn)入原煤儲(chǔ)存?zhèn)}。此方式的優(yōu)點(diǎn)是將特大塊毛煤先進(jìn)行破碎，以滿足選煤廠需要，避免堵塞原煤倉；缺點(diǎn)是原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)選型必須與主井最大提升能力相匹配，設(shè)備選型能力遠(yuǎn)大于選煤廠建設(shè)規(guī)模要求能力，若準(zhǔn)備環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，由于沒有原煤緩沖，則容易造成井下停產(chǎn)。該方法主要適用于規(guī)模較小的斜井來煤或煤量穩(wěn)定的立井來煤。

原煤倉后設(shè)置原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)方式：出井口房毛煤首先進(jìn)入原煤儲(chǔ)存?zhèn)}，倉下毛煤經(jīng)過篩分、手選、破碎等準(zhǔn)備環(huán)節(jié)準(zhǔn)備成-200(150)mm原煤，然后通過帶式輸送機(jī)進(jìn)入洗選系統(tǒng)。此方式的優(yōu)點(diǎn)是原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)設(shè)備選型與選煤廠建設(shè)規(guī)模相匹配，不用放大設(shè)備選型；缺點(diǎn)是有可能存在超大塊堵倉現(xiàn)象。該方法適用于所有礦井來煤。

小保當(dāng)選煤廠兩條主斜井來煤帶式輸送機(jī)最大運(yùn)輸能力為2×5800t/h，選煤廠處理能力為5303t/h，選煤廠最大來煤能力遠(yuǎn)高于選煤廠正常生產(chǎn)的處理能力。在原煤倉前設(shè)置原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)方式的設(shè)備必須按照11600t/h來進(jìn)行選型，而在原煤倉后設(shè)置原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)方式的設(shè)備可按照5303t/h選型，通過以上對(duì)比，像小保當(dāng)選煤廠此類特大型選煤廠在原煤倉設(shè)置原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)優(yōu)勢(shì)明顯。

實(shí)際生產(chǎn)表明：小保當(dāng)選煤廠在原煤倉設(shè)置原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，節(jié)省了投資，降低了生產(chǎn)成本；出井原煤先進(jìn)倉緩沖，避免了選煤廠事故而造成礦井停產(chǎn)的情況；同時(shí)礦井井下破碎系統(tǒng)配置完善，管理先進(jìn)，也未發(fā)生過原煤倉堵倉的情況。

1.2.3 單獨(dú)設(shè)置產(chǎn)品分級(jí)車間

選煤廠產(chǎn)品分級(jí)通常有三種設(shè)置方式[9]：

1)主廠房精煤脫介篩，或脫介篩串聯(lián)分級(jí)篩進(jìn)行分級(jí)。此方式適合建設(shè)規(guī)模較小的選煤廠或分級(jí)產(chǎn)品種類少的選煤廠。

2)單獨(dú)設(shè)置分級(jí)車間。此方式適合所有選煤廠，尤其是建設(shè)規(guī)模較大，分級(jí)產(chǎn)品種類較多的選煤廠。

3)產(chǎn)品倉上設(shè)置分級(jí)篩。此方式適合建設(shè)規(guī)模較小、分級(jí)篩設(shè)置臺(tái)數(shù)少的選煤廠。

小保當(dāng)選煤廠建設(shè)規(guī)模為28.00Mt/a，需設(shè)置6臺(tái)分級(jí)篩。設(shè)計(jì)了單獨(dú)最終篩分車間，實(shí)現(xiàn)了塊精煤產(chǎn)品80mm和30mm分級(jí)。該選煤廠設(shè)計(jì)分級(jí)功能靈活，既可對(duì)洗后精煤進(jìn)行分級(jí)，也可對(duì)塊原煤進(jìn)行分級(jí)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)塊煤產(chǎn)品直接摻混成產(chǎn)品煤。

1.2.4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和多種生產(chǎn)方式

在設(shè)計(jì)時(shí)通過調(diào)研確定小保當(dāng)煤炭產(chǎn)品目標(biāo)市場(chǎng)用戶包括兩部分：一為就地轉(zhuǎn)化，主要向本區(qū)新建電廠供應(yīng)燃料煤和向清水園工業(yè)園區(qū)煤化工項(xiàng)目提供原料煤及燃料煤；二為通過鐵路外運(yùn)，供區(qū)外煤炭用戶。在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)煤質(zhì)和目標(biāo)用戶，確定小保當(dāng)選煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為：

洗大塊：150～80mm，Ad<9%，St.d<0.5%，Qnet.ar≥6000kcal/kg；民用地銷、煤化工用煤。

洗中塊：80～30mm，Ad<9%，St.d<0.5%，Qnet.ar≥6000kcal/kg；供蘭炭、煤化工、東部沿海電廠用煤。

洗小塊：30～13mm，Ad<10%，St.d<0.5%，Qnet.ar≥5900kcal/kg；供煤化工、東部沿海電廠用煤。

末煤：13～0mm，Ad<18%，St.d<0.5%，Qnet.ar≥5000kcal/kg；供區(qū)內(nèi)煤化工或電廠用煤。

矸石：150～0mm，Ad>70%；井下回填廢棄巷道和綜合利用。

小保當(dāng)選煤廠設(shè)計(jì)工藝系統(tǒng)靈活，可實(shí)現(xiàn)多種生產(chǎn)方式：

生產(chǎn)方式一：旁路生產(chǎn)方式，洗選系統(tǒng)事故，原煤直接分級(jí)成產(chǎn)品。生產(chǎn)產(chǎn)品為：①篩大塊(150～80mm)、篩中塊(80～30mm)、篩小塊(30～13mm)、末煤(13～0mm)；②篩中塊(80～30mm)、篩小塊(30～13mm)、末煤(13～0mm)；③篩中塊(80～30mm)、末煤(30/50～0mm)；④末煤(50～0mm)。

生產(chǎn)方式二：選煤廠洗選系統(tǒng)正常開啟。生產(chǎn)產(chǎn)品為：①洗大塊(150～80mm)、洗中塊(80～30mm)、洗小塊(30～13mm)、末煤(13～0mm)；②洗中塊(80～30mm)、洗小塊(30～13mm)、末煤(13～0mm)；③洗中塊(80～30mm)、末煤(30/50～0mm)；④末煤(50～0mm)。

選煤場(chǎng)所在地區(qū)特大型礦井和選煤廠較多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本一致，市場(chǎng)需求時(shí)常變化。小保當(dāng)選煤廠兩種生產(chǎn)方式下的4種不同的產(chǎn)品方案，保證了系統(tǒng)的靈活性，同時(shí)適應(yīng)了多變的市場(chǎng)需求。

1.2.5 汽車和火車快速裝車系統(tǒng)

小保當(dāng)選煤廠商品煤外運(yùn)量分別為：塊精煤13.00Mt/a、末煤14.37Mt/a，總外運(yùn)量為27.37Mt/a。煤炭外運(yùn)量很大，只有鐵路運(yùn)輸方式能夠滿足其運(yùn)輸要求，因此選煤廠產(chǎn)品外運(yùn)以鐵路運(yùn)輸為主，公路運(yùn)輸為輔。塊精煤和末煤產(chǎn)品首選采用火車裝車運(yùn)輸；少量塊精煤產(chǎn)品和地銷末煤也可采用汽車外運(yùn)。

在設(shè)計(jì)中選煤廠設(shè)置了6套單元漏斗式汽車快速定量裝車系統(tǒng)，其中塊煤3套，末煤3套，每套裝車能力為1500t/h；并設(shè)置了2座火車快速裝車站，塊煤和末煤分開裝車外運(yùn)，每座快速裝車站采用1套單元漏斗式快速定量裝車系統(tǒng)，每套裝車能力為5400t/h。汽車和火車裝車系統(tǒng)全部采用定量快速裝車系統(tǒng)，符合現(xiàn)代化特大型選煤廠的裝車需要，也符合選煤廠智能化建設(shè)的需要。

2 設(shè)備選型

合理的設(shè)備選型是實(shí)現(xiàn)選煤廠安全、可靠、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。其一，設(shè)備選型要技術(shù)先進(jìn)、可靠、高效、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)合理，且操作簡單、維護(hù)方便；其二，設(shè)備要能適應(yīng)煤質(zhì)特點(diǎn)和變化的要求，關(guān)鍵環(huán)節(jié)留有一定富裕；其三，同類設(shè)備盡可能采用一種規(guī)格，減少備品備件種類；其四，要立足于組裝或使用國內(nèi)先進(jìn)的大型高效設(shè)備；最后，設(shè)置在線自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)控裝置，保證選煤廠自動(dòng)化水平[10-12]。

根據(jù)以上原則，同時(shí)考慮大多數(shù)動(dòng)力煤選煤廠在洗選后期煤質(zhì)較差時(shí)都采用降低分選下限并增加入洗量，小保當(dāng)選煤廠在設(shè)計(jì)時(shí)主要工藝設(shè)備均按照分選下限為6mm來進(jìn)行設(shè)備選型，具體選型結(jié)構(gòu)見表1。

表1 小保當(dāng)選煤廠主要設(shè)備選型

選煤廠原煤倉前系統(tǒng)是礦井和選煤廠聯(lián)系的紐帶，選型能力是否合適直接關(guān)系到礦井能否正常生產(chǎn)。由于選煤廠原煤倉前系統(tǒng)帶式輸送機(jī)長度較短，因此其寬度、速度選型均要大于主斜井帶式輸送機(jī)，且要按照選型最大滿載運(yùn)輸能力來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

小保當(dāng)一號(hào)、二號(hào)兩條主斜井帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選型均為：最大輸送能力Q=5800t/h，帶寬B=2000mm，速度V=5.6m/s，長度L約1730m，角度0°～12°。

小保當(dāng)選煤廠兩條主斜井井口房至原煤倉帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選型均為：最大滿載運(yùn)輸能力Q=8500t/h，帶寬B=2200mm，速度V=5.6m/s，長度L=382/260m，角度9.5°/13.8°。

主斜井帶式輸送機(jī)長約1.7km，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)運(yùn)量超過8000t/h的情況，但其平均處理能力不超過5800t/h，主斜井帶式輸送機(jī)的瞬時(shí)運(yùn)量相當(dāng)于上倉帶式輸送機(jī)的滿載運(yùn)量。過實(shí)際生產(chǎn)證明，此選型可以滿足礦井和選煤廠正常生產(chǎn)的要求。

3 安全生產(chǎn)保障和智能化

3.1 安全生產(chǎn)保障

1)礦井來煤均為易自燃煤層，選煤廠設(shè)置1套火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，火災(zāi)報(bào)警控制器與礦井消防系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；并設(shè)置了完善的消防給排水及滅火設(shè)施；同時(shí)在原煤倉和產(chǎn)品倉等特別高的建筑物設(shè)置電梯，方便巡視人員上下，同時(shí)兼做消防電梯使用。

2)小保當(dāng)?shù)V井為低瓦斯礦井，選煤廠所有原煤倉、塊煤產(chǎn)品倉、末煤產(chǎn)品倉、汽車裝車倉均設(shè)有瓦斯監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，并進(jìn)入集控系統(tǒng)予以監(jiān)控；此外還設(shè)有通風(fēng)設(shè)施將瓦斯排出，避免倉內(nèi)聚積。

3)選煤廠所有設(shè)備均設(shè)有保護(hù)系統(tǒng)：刮板存在斷鏈可能，設(shè)計(jì)了斷鏈保護(hù)器，并接入控制系統(tǒng)；所有帶式輸送機(jī)均設(shè)置低速打滑保護(hù)、機(jī)頭堵料保護(hù)、兩級(jí)跑偏保護(hù)、拉繩保護(hù)；部分帶式輸送機(jī)設(shè)置縱向撕裂開關(guān)、煙霧保護(hù)和超溫灑水裝置，所有帶式輸送機(jī)兩側(cè)設(shè)置了防護(hù)欄桿；對(duì)110kW及以上低壓電動(dòng)機(jī)、皮帶驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)、所有高壓電動(dòng)機(jī)繞組及軸承均設(shè)有溫度監(jiān)測(cè)傳感器，并進(jìn)入集控系統(tǒng)予以監(jiān)測(cè)，等。

4)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了職業(yè)安全和工業(yè)衛(wèi)生。設(shè)計(jì)從通風(fēng)、防塵、減震、降噪、個(gè)人健康安全防護(hù)等方面考慮設(shè)置了完善的職業(yè)安全勞動(dòng)保護(hù)措施和工業(yè)衛(wèi)生措施，保障了選煤廠從業(yè)人員的生命安全，減少了職業(yè)病的發(fā)生。

3.2 智能化擴(kuò)展

智能化選煤廠建設(shè)是以人為本的理念在選煤廠設(shè)計(jì)中的最終體現(xiàn)。小保當(dāng)智能選煤廠作為小保當(dāng)智慧化礦山的子系統(tǒng)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了智能化的操作需求，由于選煤廠智能化沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、建設(shè)、驗(yàn)收等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因此小保當(dāng)選煤廠設(shè)計(jì)時(shí)先預(yù)留了智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)接口。接口預(yù)留為選煤廠設(shè)計(jì)提供了擴(kuò)展空間，為選煤廠建設(shè)提供了便利，節(jié)省了投資[13，14]。

4 結(jié) 語

小保當(dāng)選煤廠作為榆神礦區(qū)(三期、四期)先期建設(shè)的特大型動(dòng)力煤選煤廠，總投資202423.32萬元，設(shè)計(jì)之初就確立了先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和示范化工程的原則。選煤廠建成后運(yùn)行情況良好，2019年投入生產(chǎn)運(yùn)營以來，礦井和選煤廠年均利潤50億元以上，極大提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。小保當(dāng)?shù)V井和選煤廠的建成保障了各用戶的用煤需求，其建設(shè)符合國家煤炭洗選加工發(fā)展規(guī)劃，使當(dāng)?shù)氐拿禾慨a(chǎn)品品位得到提高。