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摘要:以陜煤化集團小保當選煤廠工程設(shè)計為背景，從洗選工藝設(shè)計、工藝布置、設(shè)備選型等方面，介紹了特大型選煤廠設(shè)計經(jīng)驗。深入分析煤質(zhì)和產(chǎn)品定位，采用合適的選煤方法，優(yōu)化選煤工藝布置，采用國內(nèi)外先進的洗選設(shè)備，走自動化和智能化相結(jié)合的道路。選煤廠建成投產(chǎn)后效益顯著，成為一座適應(yīng)煤質(zhì)、高效生產(chǎn)、本質(zhì)安全、管理科學(xué)的現(xiàn)代化特大型選煤廠。

關(guān)鍵詞:特大型選煤廠;洗選工藝;工藝布置;智能化擴展

小保當煤礦及選煤廠位于榆林市神木縣大保當鄉(xiāng)，該煤礦按照“一礦兩井”模式進行建設(shè)，分為小保當一號礦井和小保當二號礦井，小保當一號礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為15.00Mt/a，小保當二號礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為13.00Mt/a。與小保當一號礦井、二號礦井配套的小保當選煤廠屬大型群礦型選煤廠，設(shè)計生產(chǎn)能力為28.00Mt/a，服務(wù)年限與小保當?shù)V井相同，為70.9a。小保當煤礦一、二號礦井煤層構(gòu)造簡單，前期開采的1－1、2－2煤層，煤質(zhì)基本相同。選煤廠在進行設(shè)計時應(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

1.1洗選工藝

小保當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)象較為嚴重。根據(jù)地質(zhì)報告和開采工藝，設(shè)計預(yù)測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)計時由于小保當?shù)V井尚未出煤，因此缺少實際生產(chǎn)原煤的可選性試驗資料，而勘探報告中提供的簡選樣篩分浮沉試驗結(jié)果，又不足以作為設(shè)計所用的基礎(chǔ)資料。因此，選煤廠在設(shè)計時采用的是開采相同煤層的隆德煤礦實際生產(chǎn)篩分浮沉資料作為小保當選煤廠設(shè)計的基礎(chǔ)資料［1］。在設(shè)計時經(jīng)過多工藝比選，選煤廠設(shè)計工藝為: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)，粗細煤泥分別進行回收［2－4］。實際生產(chǎn)表明:實際開采煤質(zhì)與預(yù)測煤質(zhì)基本一致，且洗選加工后的產(chǎn)品煤與預(yù)測產(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”集中場地設(shè)計

小保當選煤廠在設(shè)計時采用的是“一礦兩井一選煤廠”集中場地設(shè)計，即小保當選煤廠、小保當一號礦井和二號礦井工業(yè)場地聯(lián)合布置，選煤廠位于兩個礦井共同邊界線中央偏西北處，地勢平坦開闊，場地緊鄰礦區(qū)規(guī)劃鐵路，交通運輸便利，且用地均為荒地［5，6］。集中設(shè)置工業(yè)場地可節(jié)約工業(yè)用地，并使選煤廠的所有系統(tǒng)實現(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，因此毛煤進入洗選系統(tǒng)前必須經(jīng)過篩分、破碎等原煤準備環(huán)節(jié)［7，8］。選煤廠原煤準備環(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、破碎等準備環(huán)節(jié)準備成－200(150)mm原煤，然后通過帶式輸送機進入原煤儲存?zhèn)}。此方式的優(yōu)點是將特大塊毛煤先進行破碎，以滿足選煤廠需要，避免堵塞原煤倉;缺點是原煤準備環(huán)節(jié)選型必須與主井最大提升能力相匹配，設(shè)備選型能力遠大于選煤廠建設(shè)規(guī)模要求能力，若準備環(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)置原煤準備環(huán)節(jié)方式:出井口房毛煤首先進入原煤儲存?zhèn)}，倉下毛煤經(jīng)過篩分、手選、破碎等準備環(huán)節(jié)準備成－200(150)mm原煤，然后通過帶式輸送機進入洗選系統(tǒng)。此方式的優(yōu)點是原煤準備環(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。小保當選煤廠兩條主斜井來煤帶式輸送機最大運輸能力為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)置原煤準備環(huán)節(jié)方式的設(shè)備必須按照11600t/h來進行選型，而在原煤倉后設(shè)置原煤準備環(huán)節(jié)方式的設(shè)備可按照5303t/h選型，通過以上對比，像小保當選煤廠此類特大型選煤廠在原煤倉設(shè)置原煤準備環(huán)節(jié)優(yōu)勢明顯。實際生產(chǎn)表明:小保當選煤廠在原煤倉設(shè)置原煤準備環(huán)節(jié)，節(jié)省了投資，降低了生產(chǎn)成本;出井原煤先進倉緩沖，避免了選煤廠事故而造成礦井停產(chǎn)的情況;同時礦井井下破碎系統(tǒng)配置完善，管理先進，也未發(fā)生過原煤倉堵倉的情況。

1.2.3單獨設(shè)置產(chǎn)品分級車間

選煤廠產(chǎn)品分級通常有三種設(shè)置方式［9］:1)主廠房精煤脫介篩，或脫介篩串聯(lián)分級篩進行分級。此方式適合建設(shè)規(guī)模較小的選煤廠或分級產(chǎn)品種類少的選煤廠。2)單獨設(shè)置分級車間。此方式適合所有選煤廠，尤其是建設(shè)規(guī)模較大，分級產(chǎn)品種類較多的選煤廠。3)產(chǎn)品倉上設(shè)置分級篩。此方式適合建設(shè)規(guī)模較小、分級篩設(shè)置臺數(shù)少的選煤廠。小保當選煤廠建設(shè)規(guī)模為28.00Mt/a，需設(shè)置6臺分級篩。設(shè)計了單獨最終篩分車間，實現(xiàn)了塊精煤產(chǎn)品80mm和30mm分級。該選煤廠設(shè)計分級功能靈活，既可對洗后精煤進行分級，也可對塊原煤進行分級，同時可實現(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)計時通過調(diào)研確定小保當煤炭產(chǎn)品目標市場用戶包括兩部分: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)煤化工項目提供原料煤及燃料煤;二為通過鐵路外運，供區(qū)外煤炭用戶。在設(shè)計時根據(jù)煤質(zhì)和目標用戶，確定小保當選煤廠產(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。小保當選煤廠設(shè)計工藝系統(tǒng)靈活，可實現(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，市場需求時常變化。小保當選煤廠兩種生產(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，同時適應(yīng)了多變的市場需求。

1.2.5汽車和火車快速裝車系統(tǒng)

小保當選煤廠商品煤外運量分別為:塊精煤13.00Mt/a、末煤14.37Mt/a，總外運量為27.37Mt/a。煤炭外運量很大，只有鐵路運輸方式能夠滿足其運輸要求，因此選煤廠產(chǎn)品外運以鐵路運輸為主，公路運輸為輔。塊精煤和末煤產(chǎn)品首選采用火車裝車運輸;少量塊精煤產(chǎn)品和地銷末煤也可采用汽車外運。在設(shè)計中選煤廠設(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，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)備選型是實現(xiàn)選煤廠安全、可靠、高效運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。其一，設(shè)備選型要技術(shù)先進、可靠、高效、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟合理，且操作簡單、維護方便;其二，設(shè)備要能適應(yīng)煤質(zhì)特點和變化的要求，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)先進的大型高效設(shè)備;最后，設(shè)置在線自動檢測和監(jiān)控裝置，保證選煤廠自動化水平［10－12］。根據(jù)以上原則，同時考慮大多數(shù)動力煤選煤廠在洗選后期煤質(zhì)較差時都采用降低分選下限并增加入洗量，小保當選煤廠在設(shè)計時主要工藝設(shè)備均按照分選下限為6mm來進行設(shè)備選型，具體選型結(jié)構(gòu)見表1。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，且要按照選型最大滿載運輸能力來進行設(shè)計。小保當一號、二號兩條主斜井帶式輸送機設(shè)計選型均為: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°。小保當選煤廠兩條主斜井井口房至原煤倉帶式輸送機設(shè)計選型均為:最大滿載運輸能力Q=8500t/h，帶寬B=2200mm，速度V=5.6m/s，長度L=382/260m，角度9.5°/13.8°。主斜井帶式輸送機長約1.7km，現(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)瞬時運量超過8000t/h的情況，但其平均處理能力不超過5800t/h，主斜井帶式輸送機的瞬時運量相當于上倉帶式輸送機的滿載運量。過實際生產(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)自動報警系統(tǒng)及光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，火災(zāi)報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，同時兼做消防電梯使用。2)小保當?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)測報警裝置，并進入集控系統(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)有保護系統(tǒng):刮板存在斷鏈可能，設(shè)計了斷鏈保護器，并接入控制系統(tǒng);所有帶式輸送機均設(shè)置低速打滑保護、機頭堵料保護、兩級跑偏保護、拉繩保護;部分帶式輸送機設(shè)置縱向撕裂開關(guān)、煙霧保護和超溫灑水裝置，所有帶式輸送機兩側(cè)設(shè)置了防護欄桿;對110kW及以上低壓電動機、皮帶驅(qū)動滾動、所有高壓電動機繞組及軸承均設(shè)有溫度監(jiān)測傳感器，并進入集控系統(tǒng)予以監(jiān)測，等。4)設(shè)計時充分考慮了職業(yè)安全和工業(yè)衛(wèi)生。設(shè)計從通風(fēng)、防塵、減震、降噪、個人健康安全防護等方面考慮設(shè)置了完善的職業(yè)安全勞動保護措施和工業(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)計中的最終體現(xiàn)。小保當智能選煤廠作為小保當智慧化礦山的子系統(tǒng)，在進行設(shè)計時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、建設(shè)、驗收等標準和規(guī)范，因此小保當選煤廠設(shè)計時先預(yù)留了智能化系統(tǒng)設(shè)計接口。接口預(yù)留為選煤廠設(shè)計提供了擴展空間，為選煤廠建設(shè)提供了便利，節(jié)省了投資［13，14］。

4結(jié)語

小保當選煤廠作為榆神礦區(qū)(三期、四期)先期建設(shè)的特大型動力煤選煤廠，總投資202423.32萬元，設(shè)計之初就確立了先進技術(shù)創(chuàng)新和示范化工程的原則。選煤廠建成后運行情況良好，2019年投入生產(chǎn)運營以來，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)濟效益。小保當?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?shù)氐拿禾慨a(chǎn)品品位得到提高。

作者：孫景陽 單位：中煤科工集團北京華宇工程有限公司