多煤层煤质分析法研究.pdf

第4 6 卷第9 期2023年9 月煤矿安全环保与煤炭加工多煤层煤质分析法研究煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.9Sep.2023郑雪（山东省煤田地质局第五勘探队，山东济南2 5 0 10 0）摘要：为了优化选煤过程中的煤质分析方法，以提高煤的经济效益，以东欢坨矿井选煤厂为对象，通过多层煤质分析方法将性质相似的煤层进行同一化处理，并与传统分析方法的优缺点进行对比，发现对于工业指标、粒度组成和浮沉物组成相似性质的煤层可共用同一煤质资料进行分析，相较于传统的逐层加权分析方法，简化后的分析法可以大大提高分析效率，减少分析误差。关键词：煤质；分析；简化；煤层中图分类号：TD94文献标识码：B文章编号：2 0 9 5-5 9 7 9（2 0 2 3）0 9-0 10 0-0 4Study on multi-coal seam coal quality analysis methodZheng Xue(The Fifth Exploration Team of Shandong Coal Geological Bureau,Jinan 250100,China)Abstract:In order to optimize the coal quality analysis method in the process of coal preparation to improve the economicbenefits of coal,the coal preparation plant of Donghuantuo mine is taken as the object.The coal seams with similarproperties are homogenized by multi-layer coal quality analysis method,and compared with the advantages anddisadvantages of traditional analysis methods.It is found that the coal seams with similar properties of industrial index,particle size composition and float-sink composition can share the same coal quality data for analysis.Compared with thetraditional layer-by-layer weighted analysis method,the simplified analysis method can greatly improve the analysisefficiency and reduce the analysis error.Key words:coal quality,analysis;simplification;coal seam硫量以此方法提高煤炭质量。一般围绕煤矿的开0引言采会在其周边设置一系列配套设施，如选煤厂来大煤炭资源是我国重要的能源之一，占我国一次量节省人力和运输成本。但传统的选煤厂的选洗系能源的比重达到了7 5%-2 。随着工业化社会的深统洗煤效果有限，无法将原煤全方位选洗，仅能起入发展，对资源的消耗进一步加剧。尤其是对于电到排砾的用途，使得此种煤炭质量较低，往往销售能的消耗，截止到2 0 2 0 年由煤炭燃烧所代表的火价格低廉无法发挥其经济效益。因此选煤厂的设计力发电更是占到了我国发电比重的6 9%。但由矿需要考虑当地煤质情况及煤炭的用途，选定合适的井开采的煤炭不能直接投入到生产使用之中，其原选煤方法与工艺流程对于发挥煤炭的最大经济效益因在于原煤在开采和运输过程中，无法避免地混入有着重要作用。针对选煤，不少学者进行了研究，了岩石等各种杂质，随着煤炭开采进入了机械化阶李宝明针对煤质分析和检查对选煤厂设计的重要段，其杂质含量往往更高，导致煤炭质量下降。性进行了研究，认为煤炭的形成和外界条件密切相因此在煤炭开采之后为了满足不同用户的需求，需关，不同的环境下形成的煤炭类型不同，即便在同要对原煤进行选煤操作用以去除煤炭中的杂质和含一矿区中也可能出现截然不同的煤质，针对选煤厂责任编辑：高小青D0I:10.19286/ki.cci.2023.09.026作者简介：郑雪（19 8 7 一），女，山东曲阜人，工程师。引用格式：郑雪.多煤层煤质分析法研究 J.煤炭与化工，2 0 2 3，4 6（9）：10 0 10 3.100郑雪：多煤层煤质分析法研究的设计应当首先对煤质进行全方位检查，进而保证煤炭质量；李鹏波以王坡选煤厂的水处理系统为对象，针对煤炭的产量和质量进行了研究，并提出了相应的改造工艺，结果发现在应用改进后的选煤系统的工艺之后，精煤产量提高了3.4 2%，且单位介耗与药耗明显降低，大幅度节省了成本的同时提高了精煤产量。虽然学者们对于洗煤工程及煤质的分析方法进行了大量研究，但鲜有研究针对具体的煤矿工程总结性地提出煤质分析的相关理论方法并进行系统的论证。本文以东欢坨矿井选煤厂为对象，针对其中的选煤工程，采用多煤层煤质分析法对矿井中的多个煤层煤质数据及开采比例进行研究并与传统分析法的优缺点进行对比，为多煤层煤质分析法在实际工程的应用提供指导作用。1工程概况东欢坨矿井属于开滦有限责任公司，位于开平煤田车轴山两侧处。矿井总体井田面积达4 2 km，斜向长14 km，宽3 km。经多次地质勘探结果显示，井田处含有4 1条大断层。煤田地质地层属石炭二叠系地层，共有17 层含煤层，其中可开采煤层占9 层，可开采煤层为5、7、8、9、10、12-1、12-2、12-3、14-1号煤层、9 层总厚度约为19.8m，本文针对其中的8、9、10、12-1、12-2 号煤层进行研究。对于可开采煤层的灰份和硫份，8、煤层1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月83.299.610012-15.612-27.2对于传统分析方法，基于上述不同时间段的煤矿开采接续表，确定各月不同煤层的开采比例及其开采量，之后将8、9、11、12-1、12-2 号煤层的开采情况按照所确定的开采比例进行加权平均用以获取矿井原煤的出井数据，基于此便可得对所有煤层出井的原煤煤质进行分析，最后按照不同时间段进行排序处理，得到东欢坨矿井各时间段不同煤层的原煤煤质分析数据。2.2多层煤质分析法区别于传统的煤质分析法，多层煤质分析法首2023年第9 期9、10、12-1号煤层的灰分平均为16%，8、9 号煤层的硫份小于1%，为低硫含量煤，10、12-1号煤层的硫份为2%左右，为中硫含量煤。井田所处区域为独立水文单元，各个煤层涌水量均不相同，其中可开采煤层中5 号煤层为强含水层，7、8、9、10、12-1号煤层为弱含水层，12-2号煤层为极强含水层。在地下5 0 0 m以上的煤层中，所探测到的最大出水量为6 5 m/min，远大于正常出水量3 5 m/min。本文所研究的8、9、10、12-1、12-2 号煤层，平均每层厚度约为1.4 m，煤层自西向东存在222 9 不等的倾角，5 个研究煤层的平均倾角约为2 4，煤层构造较为简单，煤炭主要以生产气煤为主。受地质构造影响，位于风道口附近7 0m出存在明显的薄煤层，该层厚度平均0.7 m左右，薄煤层由风道口向开采区域延伸约4 5 m。5 个研究煤层的开采区域厚度约为1.7 m，平均可开采指数为0.9，平均变异系数约为3 2.5%。2研究方法2.1传统分析法首先采用传统分析方法对不同时间段的原煤质量进行分析。由于使用传统分析法进行分析需要获取不同时间段的煤矿开采接续表，因此本文收集了2020年东欢坨矿井每月在8、9、11、12-1、12-2号煤层的开采情况，见表1。表1煤层开采情况Table 1 Eoal seam mining situation各月产量0010.310.8008.89.67.511.9010.509.38.309.816.6008.59.27.52.8先对研究的8、9、11、12-1、12-2 号煤层进行统计分析，根据不同煤层之间表现出的性质将其进行归类处理，经统计分析发现8 号煤层和9 号煤层性质较为相似，其余3 种煤层性质相近，因此将8 号煤层和9 号煤层归为一类，为了便于后文分析，这里将其简称为上煤，11、12-1、12-2 号煤层归为一类，简称下煤。在此统计分析下，原来需要分析的5 个煤层简化为了2 个，在此简化条件下，将开采层的原煤开采情况进行比例划分，这里将上煤与下煤之1010019.209.50021.709.50020.909.30011.55.98.8008.79.89.3006.210.39.63.12023年第9 期比划分为11种情况，并在确定配比的情况下绘制了所生产的两种不同类型的煤与配比的利润变化曲线，如图1所示。通过两种不同类型的煤的利润变化曲线便可以确定所需生产煤的煤层配比，将利润最大化。24 000 20000/16 00012.0008000动力煤1000炼焦煤080765432一：0：12345678煤层配比（上煤：下煤）图1动力煤和炼焦煤随煤层配比的利润变化曲线Fig.1 Profit variation curve of thermal coaland coking coal with coal seam ratio3丝结果分析3.1工业指标分析为了在工业指标层面对煤质进行分析，收集并获取了8、9、11、12-1号煤层所开采的原煤的灰分、硫分、挥发分、发热量、胶质层、粘结指数等Table 3 Statistical table of occurrence and mining methods of each layer of coal seam煤层编号厚度/m83.2593.8811.2.3212-12.5112-22.59表3 为各煤层所开采的原煤工业指标，从表3数据可以看出，各煤层的赋存和开采方式中，8 号煤层与9 号煤层之间的赋存条件较为相近，原煤开采方式均为轻型综采且二者煤层厚度均在3 m以上相对较厚，而11号煤层和12-1号煤层、12-2 号煤层之间的赋存条件较为相近，三者的开采方式均为只采不放且厚度均在2 3 m，相对上煤较薄。3.3浮沉组成分析原煤的浮沉组成特性主要体现在基元灰分和浮物累积性，对于研究煤层不同的基元灰分，本文将其按照1.3 1.8 归纳为7 个不同的密度级别，总结并统计得到了8、9、11、12-1、12-2 号煤层的不同密度级下的基元灰分统计结果，见表4。102煤炭与化工工业指标，各煤层所开采的原煤工业指标见表2。表2 各煤层所开采的原煤工业指标煤层灰分硫分挥发分发热量胶质层粘结编号1%/%817.8917.91114.212-116.1表2 为各煤层所开采的原煤工业指标，从表2的数据可以看出，各工业指标中，8 号煤层与9 号煤层之间的灰分、硫分、挥发分、发热量、胶质层、粘结指数等工业指标较为相近，二者所表现出的共同点在于灰分相对较高，硫分相对较低且二者发热量与粘结指数均较低，而11号煤层和12-1号煤层之间的指标较为相近，二者所表现出的共同点在于灰分相对较低，硫分相对较高且二者发热量与粘结指数均较8 号煤层与9 号煤层高。3.2粒度组成分析煤炭的粒度组成特点主要取决于煤层的开采方式和赋存方法，不同的开采方式和赋存方法，对原煤的粒度影响极大，对于研究煤层的赋存和开采方法，本文将其总结并统计得到了8、9、11、12-1、12-2号煤层的赋存及开采统计表，见表3。表3 研究煤层各层的赋存及开采方式统计表可采性变异系数=15.1%；全部可开采，煤层稳定变异系数=2 8.5%；全部可开采，煤层较为稳定变异系数=3 7.7%；全部可开采，煤层较为稳定变异系数=3 8.4%；全部可开采，煤层稳定变异系数=3 8.9%；全部可开采，煤层较为稳定密度级8 号灰分9 号灰分10 号灰分12-1号灰分12-2 号灰分(kg:L-)1%1.37.251.31.412.811.41.521.641.51.630.631.61.736.841.71.844.751.881.64表4 为8、9、11、12-1、12-2 号煤层在不同密度级下的基元灰分统计结果，从表4 的数据可以第4 6 卷1%MJ/kg0.636.90.537.11.837.72.137.6开采方式轻型综采轻型综采只采不放只采不放只采不放表4 研究各煤层在不同密度级下的基元灰分统计结果Table 4 The statistical results of elemental ash ofeach coal seam at different density levels1%6.8313.9921.9531.6837.3146.8981.60/m31.711.531.811.532.41332.213.21%1%5.595.829.829.9318.9419.6731.8433.7641.1442.9953.8752.7077.4575.38指数68.86582.579.61%5.3310.2520.0631.7839.5755.1576.83郑雪：多煤层煤质分析法研究看出，8 号煤层和9 号煤层在不同密度级下的基元灰分相差不大，二者在1.3 1.6 低密度级区间内的基元灰分均较高，而11、12-1、12-2 号煤层在不同密度级下的基元灰分较为相近，三者在1.6 1.8高密度级下的基元灰分均较高。Table 5 Statistical results of the accumulation of raw coal floats in each coal seam煤层编号密度级/(kgL-)81.491.4101.412-11.412-21.4表5 为8、9、11、12-1、12-2 号煤层中原煤浮物累计情况统计结果，从表5 的数据可以看出，8号煤层和9 号煤层在1.4 密度级下的浮物累计灰分均在13.6%左右，但二者产率却相差6%7%，同理11、12-1、12-2 号煤层灰度相近产率却呈现出较大区别，其可能原因在于原煤灰分不同所致，因此在表5 所示数据的基础上，将上煤和下煤的灰分进行同一化处理，并将结果绘制成了如图2 所示的各煤层下的原煤浮物累计灰分曲线。458号煤409号馍上11号煤35*12-1号煤-*12-2号煤3025201510501.21.31.41.511.61.71.8 1.92.0密度/(kgL-)图2 各煤层下的原煤浮物累计灰分曲线Fig.2.Accumulated ash curve of raw coal floatunder each coal seam图2 为修订后的各煤层下的原煤浮物累计灰分曲线，从图2 中可以看出，针对同一密度级8 号煤层和9 号煤层的原煤浮物累计灰分相近，二者具备相近的浮沉性质；而11、12-1、12-2 号煤层的原煤浮物累计灰分相近，三者具备同一浮沉性质。综合上述三方面的分析可知，无论是从工业指标、粒度组成或是浮沉组成，所划分的上煤或是下煤具备相似的性质，因此针对此种相似性质的煤层可共用同一煤质资料进行分析，相较于传统的逐层加权分析方法，简化后的分析法可以大大提高分析2023年第9 期对于研究煤层浮物累积性，本文针对不同煤层中1.4 密度级下的15 0 0.5 mm的浮物累计情况，总结并统计得到了8、9、11、12-1、12-2 号煤层中原煤浮物累计情况统计结果，见表5。表5 研究各煤层的原煤浮物累计情况统计结果浮物累计结果占本级产率/%占全样产率/%灰分/%46.6539.6539.1433.5330.5126.9542.0736.1542.2129.34效率，减少分析误差。4结论本文依托东欢坨矿井选煤厂为对象，针对其中的选煤工程，采用多煤层煤质分析法对矿井中的多个煤层煤质数据及开采比例进行研究并与传统分析法的优缺点进行对比，得出了如下结论。（1）对于工业指标、粒度组成和浮沉物组成相似性质的煤层可共用同一煤质资料进行分析，相较于传统的逐层加权分析方法，简化后的分析法可以大大提高分析效率，减少分析误差。（2）通过煤层简化分析后获取的配比与利润规律，可以确定所需生产煤种的煤层配比，将利润最大化。参考文献：1 王章国，石常省，周英，等.大型的矿区煤质与选煤计算机综合管理系统(三)重选产品结构优化算法研究 J.选1煤技术，2 0 0 9（5）：7 2-7 4.2石郡，郝维昌，安文源，等.S-3GHMC440/260型超级重介质旋流器在南关选煤厂的应用 J煤质技术，2 0 17（4）：69 72.3孙迎林，袁红旗.加强选煤厂技术改造和生产过程控制以降低介质消耗 J1.煤质技术，2 0 14（6）：6 7-6 9.4任利勤，马涛，梁辽，等.选煤厂较高密度煤及重选产物密度与灰分正相关关系 J.煤质技术，2 0 18（3）：5 5-59.5 闫顺林，李太兴，王俊有，等.逐步回归分析在煤质元素分析通用计算模型研究中的应用 J.选煤技术，2 0 0 7（3）：17 19.6李宝明.煤质分析与检查对选煤厂设计及加工的重要性 J建筑工程技术与设计，2 0 15（14）：10 3-2 10 3.7李鹏波，申迎松，赵维英，等.王坡选煤厂粗煤泥回收工艺优化研究 J1.煤炭工程，2 0 19，5 1（S1）：2 4-2 6.103原煤灰分/%13.6440.5113.6349.787.1454.688.0443.667.8544.95