1、彭莊煤礦選煤廠概況

山東臨沂礦業(yè)集團菏澤煤電開發(fā)有限公司彭莊煤礦位于鄆城縣張營鎮(zhèn)，是巨野煤田在菏澤境內投產的第一對礦井，其生產能力為2.00Mt/a，于2007年3月正式投產。彭莊煤礦初期建設時，與之配套建設了塊煤動篩排矸車間。礦井毛煤提升后進入該車間先行篩分，大于50mm粒級進入動篩跳汰機分選，矸石進入矸石倉，分選出的大塊煤破碎后與分級篩下小于50mm粒級的原煤合并進入原煤倉后外運銷售。

2012年以來，受到宏觀經濟形勢影響，用戶對商品煤質量要求越來越高，僅用動篩排矸工藝遠遠不能適應煤炭市場的劇烈變化；彭莊煤礦因煤質差，陷入了產品滯銷的窘境，不得不將原煤用汽車運到附近的郭屯礦選煤廠進行分選；噸煤運費約為17元，大幅度增加了洗選成本。為提高企業(yè)經濟效益，管控運營成本，2016年8月北京國華科技集團有限公司(以下簡稱國華科技)承接了彭莊煤礦選煤廠(年處理2.0Mt)工程總承包項目。

2、原煤可選性

彭莊煤礦各煤層以氣煤為主。原煤50～0.5mm綜合粒級浮沉試驗結果見表1，0.5～0.15mm煤泥小浮沉試驗結果見表2。

表1 原煤50～0.5mm綜合粒級浮沉試驗結果

表2 0.5～0.15mm煤泥小浮沉試驗結果

從表1可以看出：

(1) 1.30～1.35kg/L密度級為主導密度級，產率為30.12%，灰分為6.99%；

(2) 大于2.0kg/L密度級產率也較大，為29.37%，這是由于所開采煤層的圍巖和夾矸層碳化程度小，灰分約90%，這種情況在全國也屬罕見；

(3) 小于1.5kg/L密度級累計產率61.46%，灰分為8.54%，說明當生產灰分小于9.00%的精煤時，產率較高，是提高企業(yè)效益的有利因素；

(4) 1.5～1.8kg/L中間密度級產率僅為5.19%，表征了50～0.5mm綜合粒級原煤的單體解離程度良好。

從表2可以看出：

雖然0.5～0.15mm粒級煤泥的灰分為30.59%，比50～0.5mm粒級原煤綜合灰分要低5.23個百分點，但小于1.5kg/L低密度級產率為61.12%，比后者低了0.34個百分點；小于1.8kg/L各密度級的灰分均高于后者；1.5～1.8kg/L中間密度級產率為16.20%，也大大高于后者。當生產灰分小于9.0%的精煤時，50～0.5mm粒級精煤灰分為8.77%，分選密度為1.54kg/L，±0.1含量(扣除大于2.0kg/L沉矸)為14.16%，入選原煤可選性為中等可選；0.5～0.15mm粒級精煤灰分為8.75%，分選密度為1.43kg/L，±0.1含量(扣除大于2.0kg/L沉矸)大于30%，0.5～0.15mm粒級粗煤泥可選性為難選。

3、煤泥浮選特性

由于彭莊煤礦本身無法采取浮選入料煤樣進行準確的實驗室試驗分析，考慮郭屯煤礦與其緊鄰，兩個礦井煤質基本相同，因此，設計時浮選煤泥特性的評價，參照了郭屯礦選煤廠的浮選入料煤泥試驗結果。郭屯礦選煤廠所提供的浮選入料煤樣灰分高達38.76%，而我國多數選煤廠的浮選入料灰分在30%以下，并且總體上講可浮性較差。據此，期望用一次粗選工藝得到低灰分精煤和高灰分尾煤是不可能的，所以對煤樣進行了煤泥粗選+精選的實驗室浮選試驗，試驗結果如圖1所示。

圖1 煤泥粗選+精選試驗結果

從圖1可看出，浮選劑用量對各項指標的影響相當敏感，初始階段，隨著浮選劑用量的增加，精煤灰分只稍有提高，但綜合尾煤灰分(粗選、精選合計)、浮選完善指標及精選精煤產率都有大幅度提高。當起泡劑用量為150g/t，捕收劑用量為600g/t，精選精煤灰分為8.75%，其產率已達43.59%，尾煤灰分高至61.56%，浮選完善指標為54.82%，處于較好的水平。

在實際生產中，若將浮選精煤灰分與銷售精煤灰分保持一致，定位小于9.0%的情況下，可采用此種藥劑制度。隨著起泡劑和捕收劑用量繼續(xù)增加，分別為200g/t和800g/t時，精選精煤灰分增加了2個百分點，達到了10.79%，綜合尾煤灰分高至72.22%。這時，精選精煤產率提升了10.58個百分點，達54.17%，此時浮選完善指標為64.14%，處于良好的水平。據此，若甲方要求分選出灰分高達70%的尾煤時，可按此標準增加起泡劑和捕收劑用量。

4、選煤工藝流程

根據原煤和煤泥特性以及對產品的質量要求，經詳盡論證，制定了彭莊礦選煤廠洗選工藝流程(見圖2)。現簡述如下：

圖2 彭莊礦選煤廠洗選工藝流程示意圖

選煤廠生產系統分為：原煤準備系統、原煤重介分選系統、煤泥重介分選系統、粗煤泥回收系統、煤泥水處理系統、產品儲運及裝車系統等。

4.1 原煤準備系統

利用原有的動篩跳汰機生產系統，經其排出塊矸石后的50～0mm原煤進入兩個φ15m、儲量分別為3000t的煤倉儲存，其中一個煤倉作為入洗原煤倉，另一個煤倉的煤就地銷售。

4.2 原煤重介分選系統

原煤經介質懸浮液潤濕后不分級、不脫泥直接給入重介旋流器進行分選，以單一低密度懸浮液一次性分選出精煤、中煤和矸石。精煤脫介、脫水分級后，塊精煤直接作為最終精煤產品，末精煤經離心機二次脫水后也作為最終精煤產品，兩種精煤一起由膠帶輸送機運至精煤倉儲存；中煤脫介、脫水分級后，塊中煤直接作為最終中煤產品，末中煤經離心機二次脫水后也匯入最終中煤產品中，再由膠帶輸送機運至中煤倉裝車外運；矸石脫介脫水后，由膠帶輸送機運至矸石倉裝汽車外運。

4.3 煤泥重介分選系統

精煤脫介弧形篩下的合格介質部分進入煤泥合格介質桶，然后用泵打至煤泥重介質旋流器，分選后的輕產物和重產物分別進入精煤、中煤磁選機。

4.4 粗煤泥回收系統

精煤磁選尾礦用泵打至精煤泥振動擊打弧形篩進行脫水分級，分級粒度0.15mm，弧形篩篩上物進入精煤泥離心機進行二次脫水，脫水后的粗精煤泥作為最終精煤產品。細篩縫弧形篩的使用充分發(fā)揮了重介分選下限低、分選精度高的優(yōu)勢，有效減少了浮選入料量，降低了加工費用，同時保證了最終精煤產品水分。中煤磁選尾礦經中煤泥截粗弧形篩截粗后，弧形篩篩上物進入中煤脫介篩，與篩上中煤一起進入離心機脫水。

4.5 煤泥水處理系統

精煤泥弧形篩篩下水及中煤泥截粗弧形篩篩下水(根據煤質情況確定，中煤弧形篩篩下水也可直接進入高效濃縮機)自流至浮選入料脫泥池，脫泥池溢流用泵打至高效濃縮機。當浮選入料中的細泥產率小、灰分低時，脫泥池可以不跑溢流。脫泥池底流用泵打至粗選浮選系統進行分選。粗選精煤自流至精選浮選機進行分選，分選出精煤和尾煤，精選精煤采用壓濾機回收，并摻入重選精煤中。粗選浮選機尾煤、精選浮選機尾煤自流到高效濃縮機。矸石磁選尾礦先經粉矸石弧形篩截粗，篩上物進入矸石脫介篩，篩下水自流至高效濃縮機。高效濃縮機底流采用壓濾機回收，壓濾機濾餅運至煤泥儲煤棚，壓濾機濾液作為循環(huán)水返回使用。在濃縮機的入料中添加絮凝劑，其清凈的溢流作為循環(huán)用水。洗水實現一級閉路循環(huán)。

4.6 介質系統

合格介質用泵打至重介旋流器作為分選介質。精煤、中煤和矸石稀介質系統彼此獨立，三部分稀介質分別進入各自的磁選機，選出的磁選精礦返回合格介質桶。廠內跑、冒、滴、漏的介質經收集后，由掃地泵打入中煤稀介系統進行回收處理。采用磁鐵礦粉作為補加合格介質，不設分級和磨礦作業(yè)。補加的磁鐵礦粉先進入加介坑，再由加介泵直接打入原煤合格介質桶。

4.7 產品儲運及裝車系統

洗選后的精煤由帶式輸送機轉載至現有原煤倉倉頂，經膠帶輸送機轉載至新建精煤倉，機頭溜槽下設置混料破碎機，將精煤壓濾機濾餅及大塊精煤一起破碎后與末精煤充分混合后入倉儲存?，F有塊煤倉作為矸石倉，選后矸石直接上倉；中煤直接運至新建的方倉，裝汽車外運；壓濾尾煤泥運至煤泥儲煤棚就地銷售。

5、選煤廠主要工藝設備選型

彭莊煤礦選煤廠主要工藝設備選型見表3。

表3 彭莊煤礦選煤廠主要工藝設備選型

6、工程設計特色

6.1 選用S－3GHMC440/200超級旋流器作為主選設備

S－3GHMC系列超級無壓給料三產品重介質旋流器是國華科技于近年在國家重點新產品3GHMC系列重介質旋流器的基礎上研發(fā)出來的超強處理能力、超強排矸能力、高效節(jié)能的重介質旋流器。通過對結構形式和結構參數的優(yōu)化，大幅度調整了一、二段旋流器直徑比和二段旋流器錐比，取消二段旋流器密度在線調節(jié)裝置等，加大旋流器的剪切力，確保入料、排料通暢，原料煤中各密度物以更精確、更快捷的軌跡在旋流器的離心力場內實現精確分選。該廠選用的S－3GHMC440/200型超級旋流器與原有同直徑的重介質旋流器相比，處理能力提高了2倍。尤其是一、二段旋流器連接管斷面積的增大，基本杜絕了旋流器堵塞的生產故障。

6.2 采用了選前不脫泥、不分級的重介質選煤工藝

眾所周知，選前不脫泥不分級的重介質選煤工藝有以下三個優(yōu)點：

(1) 充分利用了重介質旋流器和煤泥重介質旋流器聯合使用降低分選下限的優(yōu)勢，使得大量粗煤泥得到有效分選，減少了浮選作業(yè)的入料量。

(2) 簡化了生產工藝，減少了設備臺數，降低了基建和生產成本。

(3) 由于沒有脫泥用水，使得煤泥水處理負荷大幅減少。針對彭莊煤礦原煤的煤泥產率高達27.05%、灰分為32.80%的情況，在工程設計中采用多種措施保證煤泥重介質旋流器有足夠的處理能力和穩(wěn)定的工作壓力，及時將煤泥從合格重懸浮液中分離出來，避免了煤泥積聚。

6.3 主廠房采用大廳式布置

主廠房、壓濾車間采用大廳式布置，頂部設有橋式起重機，每層都留有場地，便于維修量大或維修較頻繁的設備進行檢修。同類設備布置在同一平面，便于集中操作和管理。充分利用場地，設備布置緊湊合理，物料靠重力自流，減少了不必要的輸送環(huán)節(jié)，減少了設備臺數和動力消耗。

6.4 基建費用低

由于精心設計，采用了大型、高效、簡化的工藝和設備，且設備布置合理緊湊，使得基建費用(含工業(yè)廣場上的煤倉和皮帶走廊)大大降低。實際投資費用不足5000萬元，噸煤投資不到25元。

7、工程效果

該工程于2016年9月1日正式施工，2017年3月18日進行聯合試運轉，實際工期約7個月。不但建設速度極快，而且其工程效果令人滿意。

7.1 入選原煤量及精煤產量

由于設計及設備選型先進可靠、工藝流程簡化、設備布置合理、自動化程度高、工人上崗易于操作，選煤廠洗選系統設計處理量為400t/h，實際處理量為430t/h，比設計能力提高了7.5%。投產第一個月原煤入選量近9萬t，第二個月就超過了15萬t。2017年5月至2018年7月，總計入選原煤量突破了2.0Mt，月平均為138000t以上。月入選原煤量波動的主要原因為礦井來煤量的不穩(wěn)定。投產15個月精煤總產量約97.8萬t，月平均約為6.52萬t。各月入選原煤量和精煤產量如圖3所示。

圖3 各月入選原煤量和精煤產量

7.2 產品質量

彭莊礦選煤廠要求精煤灰分小于9.00%，實際生產中因商品煤質量要求調整及考慮經濟效益最大化，各月精煤灰分有所波動。投產15個月的精煤灰分波動情況見圖4。

圖4 精煤灰分波動情況

7.3 技術經濟指標

選煤廠投產后，實際技術經濟指標優(yōu)于設計指標(見表4)。

表4 設計指標與生產技術經濟指標對比

從表4可知：

(1) 根據GB29466《選煤電力消耗限額》修訂稿的劃分，煉焦煤選煤廠噸原煤電耗先進值(一級)為小于5.6kW·h，而彭莊礦選煤廠實際生產僅為4.3kW·h，是先進值的77%。

(2) 根據GB50359—2016《煤炭洗選工程設計規(guī)范》，對于分選混煤、末煤的選煤廠，噸原煤介耗(技術耗量)應小于2.0kg，而彭莊礦選煤廠實際生產僅為0.5～0.7kg，是設計規(guī)范的25%～35%，邁入了國際先進水平的行列。

(3) 根據GB/T18916.11—2012《取水定額第11部分：選煤》，對于煉焦煤選煤廠主要和輔助生產的噸原煤水耗(年入洗5.00～1.20Mt)為0.110m³，而彭莊礦選煤廠實際生產僅為0.068m3，是標準值的62%，亦為先進水平。該選煤廠雖然投產不久，但這三項主要技術經濟指標均已邁入了先進行列，是十分可貴的。

7.4 生產利潤

由于彭莊礦選煤廠設計先進可靠，處理量大，主選設備分選精度高，產品質量穩(wěn)定，因此，取得了可觀的企業(yè)效益(見表5)。

表5 各月經濟效益

從表5可知，由于噸煤加工費用低，僅為12.16元，所以在當前煤炭市場形勢下，噸煤利潤達到了39.75元，投產15個月以來生產利潤合計8600余萬元，僅用11個月就回收了全部基建費用(按靜態(tài)投資計)。

8、結語

國華科技在山東臨沂礦業(yè)集團菏澤煤電有限公司彭莊煤礦選煤廠的工程設計中，結合原煤性質和產品質量指標，制定了合理實用的工藝流程，注重設備選型，選用了以S－3GHMC440/200型超級重介質旋流器為代表的大型、高效、簡化的工藝設備，生產系統布置合理。建設工程速度快，僅用了7個月左右的時間就建起了一座年處理原煤2.0Mt的選煤廠，實際總投資不超過5000萬元，噸煤投資不足25元。新建工程一次性投產成功，分選效果良好，實現了煤泥水閉路循環(huán)，達到了環(huán)保要求。由于工程總體水平先進、設備運行安全可靠、各項材料消耗少、勞動效率高，噸煤加工費僅為12.16元，噸煤利潤為39.75元。投產15個月就生產出質量合格的優(yōu)質精煤97.85萬t，創(chuàng)造利潤8600余萬元，投產不到11個月就回收了全部基建費用。該項目的成功運行，提升了彭莊煤礦產品結構，取得了顯著的社會效益和經濟效益。