煤矸X射线智能识别技术在选煤厂的应用.pdf

74/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺0 引言随着矿井采掘深度不断增加，采煤工作面回采煤炭中矸石占比有所增大，如何实现煤矸快速/高效分离成为煤炭洗选行业重点关注的问题1-3。众多的学者及工程技术人员对选矸技术展开研究，例如：针对孔庄选煤厂洗选原煤矸石含量大问题，采用原有的手工选矸工艺存在压力大、自动化程度低、工作人员劳动环境差等问题，对比分析动筛跳汰机、重介质分选机、无筛板跳汰机等选矸设备，最终建议选用重介质分选机代替原有手工选矸工艺，提高选煤厂生产效率；针对顺和煤矿生产地质条件复杂，生产原煤中矸石含量大，原煤排矸系统压力大等问题，采用智能选矸系统对选煤厂原煤排矸系统进行升级改造，实现了自主选矸或选煤；针对选煤厂煤矸分选存在分选效率低、环境恶劣、劳动强度大等问题，提出使用 TDS 智能干选机应用到煤矸分选中，提高煤矸分选效率并降低后续主选系统负载4-6。山西某选煤厂入选的原煤存在矸石含量大问题，采用原有的人工选矸工艺难以满足煤矸分选需要，在结合以往研究成果基础上7-8，提出将 X 射线智能风选矸技术应用到煤矸分选中，以期为其他选煤厂煤矸分选工作高效开展提供经验借鉴。1 工程概况山西某选煤厂设计洗选能力为 300 万 t/a，井下生产的粒径 0300mm 原煤首先进入准备车间，通过 50mm分级筛进行分选，筛上物通过溜槽进入到两条人工选矸输送带上。经过人工选矸后，通过破碎机破碎至 50mm以下，破碎后与分级筛筛下物混合进入到重介主选系统，具体工艺流程如图 1 所示。重介主选系统洗选工艺为：粒径 50mm 以下原煤用重介旋流器分选+煤泥直接浮选。选煤厂采用人工选矸工艺，现场应用存在效率低、劳动强度大等问题，特别是矿井回采过断层、褶曲等地质构造时，原煤中矸石含量超过 40%，为满足排矸需要并维持生产，只能不断增煤矸X射线智能识别技术在选煤厂的应用郭杰（汾西矿业生产管理部，山西介休 032000）摘要：随着采掘深度增加，以及回采区域内地质构造更趋复杂，选煤厂入选原煤中矸石含量不断增加，原有的人工手选矸方式存在效率低、劳动强度大、工作环境恶劣等问题，难以满足块煤煤矸高效分选需要。为此，选煤厂经过技术调研，提出将 X 射线智能风选矸技术应用到块煤煤矸分选中，通过对 X 射线智能风选矸技术原理、选矸工艺等的分析以及现场应用，结果证明，选煤厂月可增加选矸量约 1.7 万 t，显著降低重介系统洗选成本及负载，同时年可减少人力资源成本约 150 万元，应用效果较为显著。关键词：煤炭洗选；选煤厂；选矸；X 射线智能分选图1 工艺流程图2023.7 矿业装备/75能风选矸装置分选过程中，带式输送机跑偏量不应对高压风喷吹精度产生影响，跑量量应小于邻近 2 个高压风喷嘴间距。在块煤分选时，电磁阀动作频率可达到3050 次/s，选用的电磁阀类型应与处理粒度相适应，在处理 300mm 至 50mm 粒径原煤时应选用大型阀、处理80mm 至 30mm 粒径原煤时应选用小型阀，在处理 30mm 以内粒径原煤时应选用微型阀。具体 X 射线智能风选矸装置与其他常用的选矸设备对比结果如表 1 所示。2.2 工艺流程入选原煤采用 50mm 分级筛分选处理后，首先经过人工选矸工艺，目的是去除原煤中粒径较大的矸石、降低后续 X 射线智能风选矸负担；粒径 50mm 块煤通过带式输送机转运至 X 射线智能风选矸装置分级布料筛上，块煤在 X 射线识别的输送带上均匀分布，通过智能识别系统对煤、矸石判别，并通过 107 个高压风阀实现风选；高压风阀吹出煤或者矸石后，煤与布料筛下物进入到破碎机破碎，与 50mm 分级筛筛下物混合后进入重介分选。分选的矸石则经矸石缓冲仓、矸石运输系统外运，具体分选工艺流程如图 4 所示。2.3 现场应用效果分析2021 年 10 月，选 煤 厂完成 X 射线智能风选矸装置安装及设备调试改造，并于同月开始进行试生产。现场应用后，X 射线智能风选矸装置正常运行，选煤厂煤炭洗选各系统均正常运转，X射线智能风选矸装置可精准识别、定位煤机矸石，并通过高压风将煤或者矸石打出。从 2021 年 10 月至 2022加人员数量，导致后续破碎以及主选系统磨损严重，制约生产效率。经过技术调研，选煤厂决定对选矸系统进行技术升级改造，采用 X 射线智能风选矸技术代替原有的人工选矸，提高选矸效率并降低工作人员劳动强度。2 X 射线智能风选矸技术应用2.1 技术原理通过对选煤厂粒径 50mm 原煤质量数据进行分析，发现进入到人工手选系统的块煤（粒径50mm）占原煤质量的 25.21%，选煤厂设计原煤处理能力为 455550t/h、矸石最大处理能力为 193.66t/h，因此，选用处理能力为 200t/h 的 X 射线智能风选矸装置可满足排矸需要。具体采用的 X 射线智能风选矸装置技术原理如图 2所示，煤与矸石物理性质存在差异，吸收 X 射线能量不同，通过分析穿越煤、矸石的 X 射线能量来实现煤、矸石智能区分。结合设定的高压风吹煤或矸石信号，通过高压风将煤或者矸石吹出，实现煤矸分离。具体煤矸动态识别图像如图 3 所示。X 射线智能风选矸装置运行效果受分级筛及布料器布料、带式输送机运行稳定性、块煤运动稳定性、电磁阀吹喷误差等因素影响。布料系统是实现煤矸分选的基础，分级筛及布料器布料时，降低物料黏连以及叠加率，可在一定程度提高分选精度。X 射线智能风选矸装置配套的带式输送机长度一般在 10m 以内，运行速度一般在 2.02.5m/s、运行速度越快，适当提高带式输送机宽度可增加布料效果以及分选精度。分选是块煤越稳定，则分选效果越佳。在 X 射线智图2 X射线智能风选矸装置运行原理图3 煤矸动态识别图像a 厚度较厚b 厚度较薄煤 煤 矸石矸石76/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺年 2 月，X 射线智能风选矸装置累积运行超过 2200h，分选原煤量超过 9.5 万 t，分选后煤中带矸、矸中带煤量等指标均可满足生产需要。具体 X 射线智能风选矸装置煤矸分选效果如表 2 所示。从表 2 看出，X 射线智能风选矸装置各指标均在合理范围内，矸中带煤率平均在2.0%以内，煤中带矸率平均为 4.15%。X 射线智能风选矸装置投入使用后，由于采用自动化选矸装置代替人工手动选矸，用工数量减少 30 人，工人成本按照 5 万元/a 计算，则可直接减少人力资源投入约 150 万元/a。X 射线智能风选矸装置选矸率为 95%，而人工选矸效率仅为 50%，X 射线智能风选矸装置应用后选矸效率提升 45%，月累积选矸量可增加 1.7 万 t，显著降低后续洗选系统洗选成本及负载。3 结束语X 射线智能风选矸装置可适用于粒径 50mm 块煤煤矸分选，X 射线智能风选矸装置分选精度与块煤运输稳定性、入料布料、原煤可选性、分选密度等参数有关。采用 X 射线智能风选矸装置代替原有的人工选矸，可减少用工数量、改善工作环境并降低劳动强度。现场应用后，选煤厂月可增加矸石分选量约 1.7 万 t，显著降低后续分选系统洗选成本及负载；同时，减少 30名工人，直接降低人工成本约 150 万元。X 射线智能风选矸装置在选煤厂块煤煤矸分选中的应用，对提高煤炭洗选效果、选煤厂经济效益等方面均有显著促进作用。参考文献1 张国祥,欧战备,黄海峰.淮北矿业集团煤炭洗选加工现状分析及展望 J.煤炭加工与综合利用,2021(12):41-45.2 黄松,王敏,张静.X 射线智能选矸技术在姚桥选煤厂的应用分析 J.山东煤炭科技,2020(8):186-188+197.3 潘万伟,郭俊璞.选煤厂手选车间智能化改造方案及技术经济分析 J.能源与环保,2018,40(10):154-158.4 王圣磊.孔庄选煤厂机械选矸系统研究 J.煤炭加工与综合利用,2022(7):34-37.5 张林.顺和煤矿选煤厂手选矸石系统技术改造及智能选矸可行性分析 J.现代制造技术与装备,2021,57(11):130-132.6 苏宇虹.TDS 智能干选机在选煤厂块煤分选系统中的改造实践分析 J.自动化应用,2020(11):49-51.7 李晓军.济三选煤厂浅槽选矸作业入料粒度下限的探讨J.煤炭加工与综合利用,2014(7):40-42.8 张毅勤.炼焦煤选煤厂机械选矸作业入料粒度下限的探讨J.选煤技术,2014(2):65-67+71.图4 X射线智能风选矸装置应用后分选工艺流程表1 常见选矸设备比对设备名称分选精度/(Ep/gcm-3)最佳分选粒径/mm适宜分选密度/(gcm-3)缺点优点重介浅槽分选机0.0250.05020031.41.8投入大、运营成本高，需用煤泥水系统实现煤泥水闭路循环，分选密度超过1.8 gcm-3时效果不佳入料上限高、分选精度高、分选能力强复合式分选机01500.23010031.72.3分选精度偏低可满足易泥化或高灰分原煤选矸X射线智能风选矸装置0.0500.150300501.82.3分选设备投资大、分选材料需要平铺，单元处理能力偏低代替人员选矸，高密度块煤高效选矸表2 X射线智能风选矸装置分选效果项目2021年11月10日2021年12月10日2022年1月10日2022年2月10日3106324532152921矸石样品总重/kg3106324532152921煤重/kg30.4426.6426.3631矸石含煤率/%0.980.820.821.06精煤样品总重/kg55626259矸重/kg22.72.832.43煤含矸石率/%3.644.354.564.12