崖坪選煤廠提質(zhì)增效的探索與實(shí)踐

李久明，雷震鳴，楊振乾

(1.中國中煤能源集團(tuán)有限公司，北京 100120；2.中煤華晉集團(tuán)有限公司，山西 河津 043300)

煤炭是我國主要能源資源。近年來隨著能源結(jié)構(gòu)的變革，煤炭在我國能源消費(fèi)中的比例逐年下降。煤炭生產(chǎn)受下游電力、鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)周期性波動(dòng)的影響明顯，當(dāng)供需關(guān)系發(fā)生改變時(shí)，用煤企業(yè)對(duì)煤炭產(chǎn)品質(zhì)量提出更高要求。除此之外，碳達(dá)峰、碳中和雙碳政策已經(jīng)成為我國長期戰(zhàn)略目標(biāo)，與煤炭、鐵路、電力等各行業(yè)密切相關(guān)。因此，煤炭生產(chǎn)企業(yè)若要保持長期可持續(xù)發(fā)展，必須堅(jiān)持質(zhì)量為中心，努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)效率，降低運(yùn)行成本，以滿足國家能源和環(huán)保有關(guān)政策的要求，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的清潔高效利用。

煉焦煤選煤工藝主要為重介和浮選，目前許多選煤廠在選前排矸、智能浮選等方面開展了提質(zhì)增效的實(shí)踐，應(yīng)用新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備，取得了較好效果。蔣林龍[1]闡述了X射線風(fēng)選排矸系統(tǒng)在姚橋選煤廠的運(yùn)行效果，試驗(yàn)表明，平均矸中帶煤0.82%～1.06%，機(jī)械選矸替代人工選矸，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度[2]，但X射線排矸工藝電磁閥數(shù)量多，供氣系統(tǒng)維修量大，仍需進(jìn)一步提高穩(wěn)定性。王學(xué)民等[3]介紹了淺槽預(yù)排矸技術(shù)和設(shè)備，淺槽排矸具有分選精度高的特點(diǎn)，但對(duì)懸浮液的穩(wěn)定性、設(shè)備的耐磨性有較高的要求。張建成[4]闡述了黑岱溝選煤廠通過源頭煤質(zhì)把控、煤質(zhì)管控與收入掛鉤以及篩板改造、弛張篩改造等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)選煤廠提質(zhì)增效。白龍等[5]提出采用降低分級(jí)粒度，釋放洗選能力，增加磁選機(jī)，改善循環(huán)水質(zhì)量等措施，提高入洗率和商品煤質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。尹艷[6]介紹了智能浮選加藥裝置的應(yīng)用和高效弧形篩、霧化器技術(shù)改造措施，大幅降低了浮選藥劑的消耗，降低了生產(chǎn)加工成本。金明國等[7-8]介紹了智能化浮選系統(tǒng)研究進(jìn)展和在濟(jì)寧三號(hào)煤礦的應(yīng)用效果，結(jié)果表明，浮精煤灰分比傳統(tǒng)浮選降低了1.64個(gè)百分點(diǎn)，此外顯著改善了浮選崗位的作業(yè)環(huán)境，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。崖坪選煤廠根據(jù)原煤生產(chǎn)和洗選加工實(shí)際情況，探索提質(zhì)增效的措施和途徑，取得一定效果，為同類選煤企業(yè)提供參考。

1 崖坪選煤廠生產(chǎn)工藝

崖坪選煤廠隸屬于中煤華晉集團(tuán)有限公司，入選原煤為瘦煤，年處理能力300萬t，選煤工藝為200～50 mm淺槽排矸、50～1 mm 有壓兩產(chǎn)品重介旋流器主再洗，1～0.25 mm 粗煤泥TBS分選，小于0.25 mm 浮選的聯(lián)合洗選工藝。主要產(chǎn)品為十級(jí)精煤，用于煉焦，混煤和煤泥用于電廠發(fā)電。崖坪選煤廠電力消耗4 kW·h/t，達(dá)到國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2 煤質(zhì)資料

2.1 原煤和商品煤煤質(zhì)

原煤煤質(zhì)見表1，商品煤煤質(zhì)見表2。

表1 原煤煤質(zhì)

表2 商品煤煤質(zhì)

2.2 原煤篩分浮沉試驗(yàn)結(jié)果

表1～表3數(shù)據(jù)表明，50 mm以上大塊矸石占全樣的11.35%，占本粒級(jí)的69.71%，灰分63.47%，高于原煤平均灰分。對(duì)于煉焦煤選煤廠，煉焦精煤粘結(jié)指數(shù)、混煤產(chǎn)品發(fā)熱量指標(biāo)受灰分影響較大，因此需要選擇高效、穩(wěn)定的排矸工藝，提前將大塊矸石排出選煤系統(tǒng)，減少后續(xù)設(shè)備的磨損，保證生產(chǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

表3 原煤浮沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 提質(zhì)增效措施

3.1 強(qiáng)化煤質(zhì)基礎(chǔ)管理

崖坪礦建立了標(biāo)準(zhǔn)化煤質(zhì)管理流程，貫穿了工作面開采、洗選加工、煤炭采樣化驗(yàn)、裝車銷售等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括計(jì)劃分解與執(zhí)行、數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)分析、信息報(bào)送、信息反饋和煤質(zhì)考核，形成了煤質(zhì)閉環(huán)管理。為此設(shè)置了煤質(zhì)管理機(jī)構(gòu)，配置專業(yè)管理人員。建立煤質(zhì)崗位責(zé)任制、煤質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)制度、煤質(zhì)計(jì)劃制度、煤質(zhì)例會(huì)制度、煤質(zhì)檢查考核獎(jiǎng)懲辦法等基本制度。開展原煤、商品煤預(yù)測預(yù)報(bào)，查明采煤工作面斷層、陷落柱等地質(zhì)異常區(qū)域，制定專項(xiàng)措施，防止頂板垮落和漏矸，控制原煤質(zhì)量；檢查掘進(jìn)工作面煤層變化，規(guī)范采制樣和化驗(yàn)，形成原煤預(yù)測報(bào)表，為月度煤質(zhì)計(jì)劃的制定和商品煤生產(chǎn)提供了依據(jù)。選煤廠根據(jù)原煤實(shí)際質(zhì)量，平衡各產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。實(shí)踐表明，煤質(zhì)預(yù)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，與實(shí)際完成值相符，在計(jì)劃管理中發(fā)揮了重要作用。

每年初生產(chǎn)礦井根據(jù)上級(jí)公司發(fā)布的年度煤質(zhì)計(jì)劃，分解到月，按月檢查煤質(zhì)完成情況和生產(chǎn)現(xiàn)場，進(jìn)行煤質(zhì)監(jiān)督和考核，改進(jìn)煤質(zhì)管理水平。崗位責(zé)任制明確了原煤開采、洗選加工、儲(chǔ)裝運(yùn)環(huán)節(jié)、采制化各崗位質(zhì)量管理職責(zé)，形成了全員質(zhì)量管理的局面，煤礦、選煤廠及時(shí)溝通協(xié)調(diào)，反饋煤質(zhì)情況，保證產(chǎn)、運(yùn)、銷過程產(chǎn)品質(zhì)量。煤質(zhì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了信息化存儲(chǔ)，形成月度煤質(zhì)信息報(bào)表，提高了管理和考核工作的效率。通過對(duì)標(biāo)一流企業(yè)和崗位作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，開展上標(biāo)準(zhǔn)崗、干標(biāo)準(zhǔn)活，提升了采制化工作的質(zhì)量。

3.2 預(yù)排矸系統(tǒng)改造

崖坪煤礦開采過程中受小窯采空區(qū)和斷層影響，頂板破碎，大塊矸石容易混入原煤，50 mm以上大塊矸石占本粒級(jí)的69.71%，影響后續(xù)破碎、重介旋流分選環(huán)節(jié)的生產(chǎn)穩(wěn)定性，需要預(yù)先將200～50 mm大塊矸石排除降灰。塊煤預(yù)排矸有利于降低原煤入洗下限，提高原煤入洗率和產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效的目標(biāo)。原有動(dòng)篩排矸系統(tǒng)分選效果較差，矸石帶煤率達(dá)到6.37%，造成一定煤炭資源的損失。而重介淺槽排矸技術(shù)利用煤和矸石的密度差異，在介質(zhì)水平流和上升流中自然分層，將大塊矸石排出淺槽。淺槽排矸技術(shù)具有分選效率高、矸石帶煤率低、對(duì)原煤數(shù)量和質(zhì)量的波動(dòng)適應(yīng)性好的特點(diǎn)。X射線智能排矸技術(shù)通過射線準(zhǔn)確識(shí)別和跟蹤定位物料，通過高壓風(fēng)閥將矸石或煤在機(jī)頭排出，分選精度高，工藝簡單，減少崗位定員，生產(chǎn)成本低。經(jīng)比較各工藝的特點(diǎn)和系統(tǒng)可靠性，2020年實(shí)施技術(shù)改造，應(yīng)用重介淺槽排矸替代原有動(dòng)篩排矸。

技術(shù)改造后，原煤經(jīng)過分級(jí)，50 mm以下粒級(jí)進(jìn)入脫泥篩、主選系統(tǒng)，50 mm以上粒級(jí)進(jìn)入重介淺槽排矸系統(tǒng)預(yù)排矸，將大塊矸石和塊煤分離。上浮煤送入破碎機(jī)破碎至小于50 mm，輸送至重介旋流器主再洗系統(tǒng)。大塊矸石中帶煤率0.44%，較改造前下降了5.93個(gè)百分點(diǎn)，減少了煤炭資源損失，經(jīng)濟(jì)效益顯著。重介淺槽排矸減少了塊煤破碎機(jī)故障，減輕了管道磨損和后續(xù)環(huán)節(jié)矸石泥化，減輕了煤泥水處理系統(tǒng)的壓力，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3 穩(wěn)定原煤煤質(zhì)

崖坪礦目前主采一盤區(qū)位于井田中部，工作面沿傾向兩翼布置，采用大巷條帶式回采，煤層厚度6.1 m，部分工作面采用放頂煤開采工藝。雖然通過控制放煤步距和放煤頻率，嚴(yán)格執(zhí)行見矸關(guān)門措施控制放煤量，但仍然會(huì)受斷層、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)氧化帶的影響，造成一定量的矸石進(jìn)入放煤口，混入刮板輸送機(jī)煤流，導(dǎo)致原煤含矸率升高，發(fā)熱量降低。目前國產(chǎn)大采高一次采全厚成套技術(shù)與裝備已逐漸替代進(jìn)口設(shè)備，可靠性越來越高。一次采全高綜采工藝[9-10]在單產(chǎn)和推進(jìn)度方面顯著優(yōu)于放頂煤開采，能夠有效控制竄矸，降低原煤含矸率，提高工效和煤質(zhì)。因此自2020年9月以后，工作面全部采用大采高一次采全厚采煤法，與之前放頂采煤法相比，減少了頂板矸石的混入，提高了原煤質(zhì)量。原煤灰分由2018年平均30.42%，降低到2021年的25.98%，見表4。同時(shí)原煤生產(chǎn)過程中嚴(yán)格按照規(guī)程作業(yè)，及時(shí)調(diào)整采煤機(jī)參數(shù)，避免采煤機(jī)割頂破底，針對(duì)地質(zhì)異常區(qū)制定和落實(shí)煤質(zhì)專項(xiàng)措施，減少頂板冒落和漏矸，保證原煤質(zhì)量。及時(shí)開啟除鐵器，清理進(jìn)入膠帶系統(tǒng)的錨桿、錨索等雜物，保證除鐵設(shè)備完好，減少因雜物引起洗選設(shè)備故障。

表4 平均原煤灰分和選煤電耗數(shù)據(jù)

3.4 加強(qiáng)設(shè)備管理水平

應(yīng)用大型、高效、節(jié)能主再選和浮選設(shè)備，平均原煤處理量達(dá)到623 t/h，裝置可靠性好，同時(shí)強(qiáng)化了設(shè)備啟停管理，降低了設(shè)備綜合電耗。按照選煤電力消耗限額國家標(biāo)準(zhǔn)，2021年崖坪選煤廠電力單耗4.00 kW·h/t，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)水平(表4)。

強(qiáng)化日常巡檢和設(shè)備檢修質(zhì)量，重點(diǎn)保障重介旋流器、離心機(jī)、磁選機(jī)、破碎機(jī)、煤泥脫水設(shè)備的完好率，減少故障，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長期運(yùn)行[11]。由于重介質(zhì)和矸石的沖擊，溜槽、離心機(jī)、旋流器、介質(zhì)桶、混料桶、管路容易發(fā)生磨損故障。隨著淺槽排矸系統(tǒng)的投運(yùn)，大塊矸石含量進(jìn)一步降低，減少了溜槽磨損和卡堵，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。故障影響生產(chǎn)時(shí)間由8月份的8.8 min/萬t下降到11月份的4.51 min/萬t，提高了設(shè)備運(yùn)行效率，見表5。定期校驗(yàn)自動(dòng)加藥系統(tǒng)儀表，建立技術(shù)檔案、設(shè)備臺(tái)賬，確保計(jì)量設(shè)備靈敏準(zhǔn)確。嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)開展采制化培訓(xùn)和日常工作，滿足商品煤采樣率100%的要求[12]。

表5 崖坪礦選煤廠故障影響時(shí)間數(shù)據(jù)

3.5 強(qiáng)化過程控制

重介質(zhì)和藥劑消耗是生產(chǎn)成本的重要組成部分。崖坪選煤廠嚴(yán)格管控生產(chǎn)過程參數(shù)，煤泥水實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，洗水濃度0.37 g/L，保證了精煤產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)高效運(yùn)行；應(yīng)用自動(dòng)加藥裝置，關(guān)注系統(tǒng)運(yùn)行狀況，及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，降低了藥劑消耗水平，2021年1 t干煤泥浮選藥劑耗量0.63 kg，浮選尾礦灰分較2018年提高了7.11個(gè)百分點(diǎn)，浮選效率進(jìn)一步提高。

4 結(jié) 語

崖坪選煤廠通過采取強(qiáng)化煤質(zhì)管理、預(yù)排矸系統(tǒng)優(yōu)化改造、穩(wěn)定原煤煤質(zhì)、加強(qiáng)設(shè)備檢修質(zhì)量等多種措施提質(zhì)增效，降低了矸中帶煤率、故障影響時(shí)間，改善了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高了產(chǎn)品回收率。