哈爾烏素選煤廠降低淺槽矸石帶煤率的試驗(yàn)研究

劉利明，陳大明，柳 驍，李 昊

(1.哈爾烏素選煤廠；2準(zhǔn)能選煤廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

1 問題分析

哈爾烏素選煤廠為特大型露天礦選煤廠，加工能力達(dá)到30.0 Mt/a。選煤工藝為塊煤重介淺槽分選，結(jié)合露天礦分優(yōu)劣煤層開采，其中A系統(tǒng)主要洗選優(yōu)煤，B、CD系統(tǒng)加工6上、6下劣煤。由于露天礦6上、6下原煤灰分波動較大，洗選系統(tǒng)分選密度難以適時(shí)調(diào)整，經(jīng)常造成矸石帶煤率超標(biāo)。由于缺少煤質(zhì)變化規(guī)律性分析，生產(chǎn)現(xiàn)場的分選密度調(diào)控一直沒有具體指導(dǎo)方向與參數(shù)，未形成一套整體細(xì)化的理論體系，沒有數(shù)據(jù)支撐，全憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)控，無法保證密度調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性和指導(dǎo)性，存在資源浪費(fèi)、生產(chǎn)能力利用不充分的問題。加之以往規(guī)定每月對矸中帶煤比例進(jìn)行一次化驗(yàn)檢測，由于檢測頻率不高，無法隨時(shí)利用矸中含煤指標(biāo)指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)，存在工藝調(diào)節(jié)不及時(shí)、洗選過程盲目的問題?；谝陨蠁栴}，有必要通過試驗(yàn)研究，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)，建立數(shù)學(xué)模型，結(jié)合煤質(zhì)特征，合理確定分選密度，用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

2 利用數(shù)學(xué)模型建立函數(shù)關(guān)系解決問題

通過對B、CD系統(tǒng)不同原煤中的矸石進(jìn)行采樣化驗(yàn)，得出矸石帶煤率。收集統(tǒng)計(jì)采樣期間B、CD系統(tǒng)原煤發(fā)熱量，制作原煤發(fā)熱量分布柱狀圖，觀察圖示，總結(jié)試驗(yàn)原煤發(fā)熱量的置信區(qū)間。利用多組采樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別繪制2條不規(guī)則平滑曲線，初步代表現(xiàn)場生產(chǎn)過程中矸石帶煤率與生產(chǎn)密度的關(guān)系及趨勢，利用試驗(yàn)中匯總的幾組數(shù)據(jù)，計(jì)算出實(shí)際矸石帶煤率與分選密度的函數(shù)關(guān)系，將此函數(shù)圖像表示出來，應(yīng)與手繪2條不規(guī)則曲線相吻合，其斜率以及曲線走向應(yīng)該基本一致。最后令函數(shù)中的f(x)即矸石帶煤率不超過5%，求x即分選密度的取值范圍，得出試驗(yàn)最終結(jié)論。

3 試驗(yàn)介紹

哈爾烏素選煤廠共有3套洗選系統(tǒng)，其中A系統(tǒng)洗選1號破碎站的6中煤，屬于優(yōu)煤，發(fā)熱量高、矸石含量低，密度要求長期保持在1.85±0.05 g/cm3，排矸較少，因此A系統(tǒng)不參與此次試驗(yàn)，不做采樣。B系統(tǒng)、CD系統(tǒng)分別洗選6上、6下煤，煤質(zhì)具有較高的不穩(wěn)定性，屬于劣煤，因此分別對B、CD系統(tǒng)進(jìn)行采樣化驗(yàn)。

為確保采樣代表性，B系統(tǒng)和CD系統(tǒng)實(shí)行分系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行停機(jī)采樣方式。確定采樣系統(tǒng)后，單系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行30 min以后，整套系統(tǒng)重載停機(jī)，901矸石帶式輸送機(jī)物料全部來自單系統(tǒng)，且留樣物料正常，符合現(xiàn)場采樣條件，組織人員進(jìn)行901矸石帶式輸送機(jī)多點(diǎn)斷面采樣，分別對901機(jī)頭、機(jī)尾、機(jī)中部進(jìn)行采樣。采用停機(jī)采樣法，從停止的膠帶機(jī)上取出一全橫截段作為子樣，能夠確保所有粒級都采到，橫截段取自各部位倆托輥架中間部分。

由于露天礦原煤發(fā)熱量高低會直接影響選煤廠矸石帶煤率，原煤發(fā)熱量越高，矸石帶煤率越低，反之亦然。因此試驗(yàn)需要對矸石采樣時(shí)間段的原煤發(fā)熱量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最終給出試驗(yàn)結(jié)果對應(yīng)原煤發(fā)熱量試用范圍。研究決定從煤質(zhì)信息管理系統(tǒng)中查詢對應(yīng)時(shí)間段701原煤帶式輸送機(jī)上快樣檢測結(jié)果，作為試驗(yàn)期間的原煤發(fā)熱量進(jìn)行分析。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總分析

4.1 數(shù)據(jù)匯總

收集15組采樣數(shù)據(jù)及毛煤發(fā)熱量后分別制作“CD系統(tǒng)矸石帶煤率檢測結(jié)果表”、“B系統(tǒng)矸石帶煤率檢測結(jié)果表”、“原煤發(fā)熱量統(tǒng)計(jì)結(jié)果表”。

CD系統(tǒng)矸石做7組采樣，試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 CD系統(tǒng)矸石帶煤率檢測結(jié)果

B系統(tǒng)矸石做8組采樣，試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 B系統(tǒng)矸石帶煤率檢測結(jié)果

原煤發(fā)熱量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 原煤發(fā)熱量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.2 數(shù)據(jù)分析

表1中有4組矸石帶煤數(shù)據(jù)超過5%，分選密度分別為1.704 g/cm3、1.689 g/cm3、1.648 g/cm3、1.604 g/cm3，觀察發(fā)現(xiàn)，分選密度越低對應(yīng)的矸石帶煤率越高；有3組矸石帶煤率未超過5%，其分選密度分別為1.707 g/cm3、1.752 g/cm3、1.801 g/cm3，說明分選密度越高對應(yīng)矸石帶煤率越低。分析表1可知，CD系統(tǒng)矸石帶煤率在 5%時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)密度應(yīng)介于1.700～1.710 g/cm3之間。表2中有1組矸石帶煤數(shù)據(jù)超過5%，其分選密度為1.612 g/cm3，有7組矸石帶煤率未超過5%，其分選密度分別為1.713 g/cm3、1.723 g/cm3、1.740 g/cm3、1.742 g/cm3、1.752 g/cm3、1.762 g/cm3、1.803 g/cm3，觀察發(fā)現(xiàn)，分選密度越高對應(yīng)矸石帶煤率越低。分析表2可知，B單雙系統(tǒng)矸石帶煤率在 5%時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)密度應(yīng)介于1.650～1.710 g/cm3之間。

表3中共有12組數(shù)據(jù)，其中原煤發(fā)熱量處于14.23～15.06 MJ/kg之間有1組數(shù)據(jù)，原煤發(fā)熱量處于15.06～15.90 MJ/kg之間有2組數(shù)據(jù)，原煤發(fā)熱量處于15.90～16.74 MJ/kg之間有5組數(shù)據(jù)，原煤發(fā)熱量處于16.74～17.57 MJ/kg之間有2組數(shù)據(jù)，原煤發(fā)熱量處于17.57～18.41 MJ/kg之間有2組數(shù)據(jù)。觀察發(fā)現(xiàn)，此次試驗(yàn)過程中原煤發(fā)熱量大多在15.06～17.57 MJ/kg之間。

5 推導(dǎo)函數(shù)關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型

5.1 推導(dǎo)關(guān)系曲線

通過觀察不同煤種的試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，重介淺槽工藝中分選密度與矸中帶煤率有密切關(guān)系，實(shí)際生產(chǎn)分選密度越低，矸石中夾雜精煤越多。為了研究這兩項(xiàng)指標(biāo)間的具體關(guān)系，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果繪制矸石帶煤率與分選密度關(guān)系曲線圖，見圖1、圖2。匯總原煤發(fā)熱量繪制柱狀圖、曲線圖見圖3、圖4。

圖1 CD系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果曲線

圖2 B系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果曲線

圖4 原煤發(fā)熱量推導(dǎo)曲線

通過圖1可以看出，CD系統(tǒng)矸石帶煤率與淺槽分選密度成類直線型增長，分選密度降低矸石帶煤率逐步提升。

通過圖2可以看出，B系統(tǒng)在淺槽分選密度由1.803 g/cm3降到1.762 g/cm3時(shí)矸石帶煤率反而出現(xiàn)了輕微下降，當(dāng)分選密度小于1.713 g/cm3時(shí)成指數(shù)型增長。

通過圖3可以看出，試驗(yàn)過程中原煤發(fā)熱量主要集中在15.06～17.57 MJ/kg，結(jié)合圖4發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)熱量處于15.06～17.57 MJ/kg時(shí)，曲線圖符合正太分布，即滿足日常原煤發(fā)熱量規(guī)律。

總結(jié)圖3、圖4可以認(rèn)定此次試驗(yàn)對原煤發(fā)熱量在15.06～17.57 MJ/kg之間的分選密度調(diào)控具有指導(dǎo)意義。

總結(jié)發(fā)現(xiàn)，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的2條矸石帶煤率與淺槽分選密度關(guān)系曲線圖基本滿足實(shí)際原則，但還存在一定誤差，不能作為指導(dǎo)生產(chǎn)的實(shí)際結(jié)論，因此需要計(jì)算矸石帶煤率與淺槽分選密度的函數(shù)，給出函數(shù)關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型。

5.2 建立數(shù)學(xué)模型

5.2.1 建立CD系統(tǒng)矸石帶煤率與分選密度的函數(shù)關(guān)系

通過整理計(jì)算表1中各數(shù)據(jù)得出函數(shù)如下：

f(x)=P1x+P2

P1=-40.8

P2=74.6?f(x)=-40.8x+74.6

式中，x——淺槽分選密度，g/cm3；

f(x)——矸石帶煤率，%。

由此函數(shù)繪制平滑曲線，見圖5。

圖5 CD系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)曲線

“選煤廠煤質(zhì)管理辦法”中嚴(yán)格要求選煤廠洗選產(chǎn)品煤中夾矸率不得超過5%。即f(x)=-40.8x+74.6中令f(x)≤5%，解得：x≥1.71。

通過函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)試驗(yàn)結(jié)論：CD系統(tǒng)分選密度在不低于1.71 g/cm3時(shí)，矸石帶煤率不高于5%。

5.2.2 建立B系統(tǒng)矸石帶煤率與分選密度的函數(shù)關(guān)系

通過整理計(jì)算表2中各數(shù)據(jù)得出函數(shù)如下：

f(x)=a×xb

a=2.384×106

b=-24.93?f(x)=2.384×106×x-24.93

式中，x——淺槽分選密度，g/cm3；

f(x)——矸石帶煤率，%。

由此函數(shù)繪制平滑曲線圖見圖6。

圖6 B系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)曲線

“選煤廠煤質(zhì)管理辦法”中嚴(yán)格要求選煤廠洗選產(chǎn)品煤中夾矸率不得超過5%。即f(x)=2.384×106×x-24.93中令f(x)≤5%，解得：x≥1.69。

通過函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)試驗(yàn)結(jié)論：B系統(tǒng)分選密度在不低于1.69 g/cm3時(shí)矸石帶煤率不高于5%。

6 結(jié) 語

為保證哈爾烏素選煤廠分選劣質(zhì)煤矸石帶煤率不高于5%，在原煤發(fā)熱量介于15.06～17.57 MJ/kg的置信區(qū)間時(shí)，要求B系統(tǒng)淺槽分選密度不得低于1.69 g/cm3，CD系統(tǒng)淺槽分選密度不得低于1.71 g/cm3。

針對B系統(tǒng)分選密度調(diào)節(jié)給出指導(dǎo)意見：采用降密度提高商品煤發(fā)熱量方法時(shí)，由函數(shù)關(guān)系曲線圖可知，B系統(tǒng)分選密度低于1.70 g/cm3后矸石帶煤率將出現(xiàn)指數(shù)型增長，較小的分選密度變化就會導(dǎo)致矸石帶煤率大幅度增加，分選密度高于1.70 g/cm3時(shí)，降低分選密度矸石帶煤率緩慢增加并未超出指標(biāo)。理論上可以最大提升發(fā)熱量的分選密度為1.69 g/cm3。

針對CD系統(tǒng)分選密度調(diào)節(jié)給出指導(dǎo)意見：觀察CD系統(tǒng)矸石帶煤率與分選密度函數(shù)關(guān)系曲線圖發(fā)現(xiàn)，矸石帶煤率隨分選密度的降低穩(wěn)步提升，并未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，但是斜率較大，因此CD系統(tǒng)不建議大幅度的降低分選密度來達(dá)到提升發(fā)熱量的目的。理論上可以最大提升發(fā)熱量的分選密度為1.71 g/cm3。

此次試驗(yàn)原煤發(fā)熱量置信區(qū)間為15.06～17.57 MJ/kg，當(dāng)原煤發(fā)熱量小于15.06 MJ/kg或大于17.57 MJ/kg時(shí)，試驗(yàn)結(jié)論將不具有指導(dǎo)性。

通過矸石帶煤檢測試驗(yàn)推導(dǎo)出的結(jié)論對哈爾烏素選煤廠的B、CD系統(tǒng)重介淺槽工藝的調(diào)節(jié)具有一定指導(dǎo)意義，淺槽分選密度的精準(zhǔn)控制可保證矸石帶煤率的穩(wěn)定合格，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中分選密度的合理調(diào)節(jié)，為分選密度下限設(shè)定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，保證精煤的充分回收，提高商品煤發(fā)熱量。同時(shí)減少矸石帶煤率，降低資源的浪費(fèi)，為選煤廠提質(zhì)增效做出有力的貢獻(xiàn)。