陳力攻，李延鋒，李小可，石玉山，朱昆陽

(1.中國平煤神馬集團 平頂山朝川焦化有限公司，河南 平頂山 467523；2.中國礦業(yè)大學 化工學院，江蘇 徐州 221116)

隨著井下開采深度的增加和大型綜采設備的使用，原煤中煤泥含量越來越高，細粒煤分選問題日益凸顯。特別對于原煤中-0.5 mm煤泥占比超過40%的煤種，粗煤泥分選采用傳統(tǒng)設備效果較差，易造成重介和浮選精煤“背灰”[1]。在細粒煤分選設備中，干擾床以其分選密度低、工藝簡單、結構緊湊、運行成本低等優(yōu)點，逐漸受到青睞[2，3]。很多學者針對細粒煤的分選，提出了多種形式的干擾床分選設備。K.P.Galvin和L.Maharaj等人對TBS的設備結構及分選機理進行了研究[4-6]。國內從2002年開始引進干擾床技術并廣泛應用于細粒煤分選，在西馬選煤廠、響水選煤廠都有應用，分選出的精礦灰分為12.98%，Ep值為0.15[7]。隨后，劉文禮、呂一波、李延鋒等人通過對顆粒干擾沉降理論的進一步研究，分別設計出了具有自主知識產(chǎn)權的干擾床分選機[8-12]，在國內梁北選煤廠、張雙樓選煤廠、王家?guī)X選煤廠等多處選煤廠應用，其分選精礦灰分為10.00%～13.00%，Ep值在0.10～0.24之間[13-15]。

綜合分析干擾床分選機的應用現(xiàn)狀，干擾床對粗煤泥分選具有一定效果，但分選精度普遍不高，精煤灰分很難達到10.50%以下。特別對于難選煤種，其分選精度明顯低于重介質分選。因此，對粗煤泥分選設備進行研究，提高干擾床分選精度，保證其在復雜入料條件下的適應性，具有重要的理論和實踐意義。

1 原煤性質分析

中國平煤神馬集團平頂山朝川焦化有限公司選煤廠(以下簡稱朝川焦化公司選煤廠)是一座入洗能力為3.0Mt/a的選煤廠。洗選工藝采用“預先脫泥無壓三產(chǎn)品重介質旋流器+煤泥浮選”的聯(lián)合分選工藝。原煤經(jīng)過0.5mm脫泥篩預先脫泥后，50～0.5mm粒級采用無壓給料三產(chǎn)品重介質旋流器分選。-0.5mm粒級經(jīng)過水力旋流器濃縮后，底流進入三產(chǎn)品重介質旋流器分選，溢流進入浮選機浮選。

但在處理煤泥含量比較大的原煤時，經(jīng)過濃縮脫水后的粗精煤灰分往往高達14.00%左右，嚴重影響精煤產(chǎn)品質量。選煤廠對此類原煤進行粒度分析，其小篩分試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 原煤篩分試驗報告表

由試驗結果可以看出，原煤中-0.5mm的煤泥含量達到了49.60%，而且塊煤較少，煤泥中-0.15mm的極細顆粒占比最大。此類原煤易粉化，次生煤泥量大，需要對粗煤泥進行單獨分選，降低粗精煤灰分[16，17]。

2 實驗室傳統(tǒng)干擾床分選試驗

朝川焦化公司選煤廠對產(chǎn)品質量的要求為：精煤灰分小于等于11.00%，尾礦灰分大于等于60.00%。根據(jù)目前選煤工藝技術的發(fā)展狀況，大多數(shù)選煤廠的粗煤泥分選采用一段式兩產(chǎn)品干擾床[18-21]。朝川焦化公司選煤廠在實驗室利用傳統(tǒng)干擾床進行粗煤泥分選試驗，其分選試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 傳統(tǒng)干擾床分選試驗報告表

根據(jù)表2的試驗結果可以看出，在利用傳統(tǒng)干擾床對朝川焦化公司的粗煤泥進行分選的過程中，上升水流流量在30L/h時，溢流灰分最低，但此時底流灰分只有46.22%，尾礦跑煤嚴重，溢流產(chǎn)率也較低。上升水流流量在60L/h時，尾礦灰分達到了63.60%，但此時溢流灰分也達到了18.93%，不能滿足精煤灰分的要求。

為了進一步觀察傳統(tǒng)干擾床的分選效果，選煤廠對溢流進行了篩分試驗。觀察在不同上升水流條件下，溢流灰分及粒度組成。其試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同上升水流干擾床溢流篩分試驗報告表

根據(jù)表3試驗數(shù)據(jù)，繪制在不同上升水流情況下，各個粒級在溢流產(chǎn)物中的百分含量產(chǎn)率變化曲線，如圖1所示。

圖1 不同上升水流干擾床溢流篩分試驗結果

由圖1可知，在上升水流加大的過程中，溢流中1～0.5mm粒級在溢流中的占比不斷增加，0.5～0.25mm粒級的占比先增大后減小，0.25～0.074mm和-0.074mm粒級的占比一直在降低。

通過傳統(tǒng)干擾床分選試驗結果分析可知，在上升水流較小時，粗顆粒占比少，細顆粒分選效果比較好；在上升水流增加至50m3/h時，0.25mm以下的細顆粒幾乎全部隨溢流而出，此時干擾床分選機對于細顆粒僅具有分級作用，不具有分選作用[22]；在上升水流繼續(xù)增加的過程中，更多的粗顆粒經(jīng)分選后隨溢流而出，粗顆粒占比增加，細顆粒占比相應減少。因此，采用單一固定上升水流，無法實現(xiàn)“粗顆粒+細顆?！蓖瑫r分選[23]，尤其對于煤泥量比較大，細泥灰分比較高的煤種，需要采用更先進有效的粗煤泥分選設備。

3 三產(chǎn)品干擾床分選機的研究與設計

3.1 三產(chǎn)品干擾分選的技術路線

技術人員經(jīng)過一系列原煤篩分試驗和傳統(tǒng)干擾床分選試驗后一致認為，可以在傳統(tǒng)干擾床的基礎上，再增加一段分選流程，利用“粗選+精選”的方法，將一次分選后的溢流進行第二次分選，形成三產(chǎn)品干擾床分選的技術路線。其工藝如圖2所示。

圖2 三產(chǎn)品干擾床分選工藝圖

3.2 三產(chǎn)品干擾床工業(yè)試驗機的研發(fā)及主要部件

將傳統(tǒng)干擾床的單筒分選改為“內筒+外筒”的兩段式分選，同時增設頂水分配裝置，分別在內筒和外筒中引入不同流量的上升水流，設計出了三產(chǎn)品干擾床工業(yè)試驗機。其主要結構和部件有：

3.2.1 “內筒+外筒”的主要結構

三產(chǎn)品干擾床分選試驗機主要結構如圖3所示。在分選的過程中，礦漿首先進入內筒進行一次分選，重顆粒進入底流成為尾礦，輕顆粒上升成為溢流。內筒的溢流通過導流槽進入外筒中部，在外筒上升水流的作用下進行第二次分選。外筒的溢流作為最終精煤，底流作為中礦進行二次回收。內筒和外筒均設置密度探測器，并與執(zhí)行機構聯(lián)動，保證內部床層穩(wěn)定。

圖3 三產(chǎn)品干擾床主要結構示意圖

3.2.2 頂水分配裝置

上升水流是干擾床分選機主要的分選動力，也是影響其分選效果的重要參數(shù)[24]。為了保證內筒和外筒上升水流互不干擾，三產(chǎn)品干擾床設置了獨立的頂水分配系統(tǒng)，由供水系統(tǒng)和分配系統(tǒng)組成。其主要結構如圖4所示。在頂水分配系統(tǒng)中，由變頻泵送來的頂水，通過管道進入環(huán)繞在干擾床外圈的頂水分配帶，在頂水分配帶中通過上下各6個分配支管，分別通往內筒和外筒的頂水室。在頂水室上方的噴射孔作用下形成穩(wěn)定的上升水流。內筒和外筒上升水流的大小，主要通過安裝在分配支管上的閥門調整，保證達到最優(yōu)的分選效果。

圖4 頂水分配裝置主要結構示意圖

3.2.3 內筒溢流給料裝置

干擾床的分選床層位于整個筒體中部，物料應輸送至床層中段方可得到快速有效的分選[25]。在三產(chǎn)品干擾床的結構設計中，內筒的溢流需要進入外筒進行二次分選。因此，在設計中通過在內筒的外壁增設0.6m的導流槽，構成內筒溢流給料裝置，保證內筒溢流可以直接導入外筒中部進行分選，避免內筒溢流和外筒溢流形成交叉紊流，影響分選精度。其主要結構如圖5所示。

圖5 內筒溢流給料裝置主要結構示意圖

3.2.4 密度探測聯(lián)動裝置

三產(chǎn)品干擾床分選機的密度探測聯(lián)動裝置，主要由內筒密度探測器，外筒密度探測器、PLC控制器和電動執(zhí)行器組成。為避免環(huán)形外筒不同區(qū)域的密度差異，設計中特別增加了一個外筒密度探測器，在外筒的直徑兩端分別設置密度探測器，保證外筒整體床層穩(wěn)定。系統(tǒng)運行時，將內筒和外筒的分選密度轉換為電信號傳至PLC控制器，通過PLC控制器內部設定好的程序指令，控制電動執(zhí)行器聯(lián)動內筒和外筒的排料閥門開啟或者關閉，保證床層內部密度與設定密度基本相同。其控制系統(tǒng)的邏輯如圖6所示。

圖6 三產(chǎn)品干擾床控制系統(tǒng)方框圖

4 三產(chǎn)品干擾床分選機工業(yè)試驗

4.1 生產(chǎn)運行情況

朝川焦化公司原生產(chǎn)工藝中，對粗煤泥僅進行簡單的水力分級，底流經(jīng)過脫泥后作為粗精煤產(chǎn)品，溢流和脫泥篩下水進入浮選。由于未經(jīng)過分選，粗精煤篩上物灰分偏高，而篩下水的灰分偏低。經(jīng)過三產(chǎn)品干擾床分選機在朝川焦化選煤廠進行粗煤泥分選工業(yè)性運行實踐后，生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 三產(chǎn)品干擾床運行數(shù)據(jù)對比 %

由表4可知，通過在現(xiàn)有系統(tǒng)工藝中增設三產(chǎn)品干擾床分選機，粗精煤回收率得以提高，灰分降低了約3%，穩(wěn)定在10.50%左右，經(jīng)過分選后的尾礦灰分達到了70.00%以上。同時減少了進入浮選的煤泥量，提高了生產(chǎn)效率。根據(jù)現(xiàn)場檢查結果，三產(chǎn)品干擾床分選機各項工藝參數(shù)合理(分選密度1.48g/cm3，上升水量50～80m3/h，入水口壓力50～70kPa)，運行效果良好。

4.2 單機檢查

為了檢驗三產(chǎn)品干擾床分選機的分選效果，2018年12月，選煤廠化驗室對分選機進行單機檢查。三產(chǎn)品干擾床分選機的入料、溢流、底流小浮沉試驗數(shù)據(jù)見表5—7。

表5 干擾床分選機入料小浮沉試驗報告表

通過表6和表7可以得到三產(chǎn)品干擾床的產(chǎn)品分配率情況見表8。三產(chǎn)品干擾床分選機的分配曲線如圖7所示。

表6 干擾床分選機溢流小浮沉試驗報告表

表7 干擾床分選機底流小浮沉試驗報告表

表8 三產(chǎn)品干擾床產(chǎn)品分配率計算表

圖7 三產(chǎn)品干擾床分配曲線

根據(jù)圖7分配曲線及計算結果，三產(chǎn)品干擾床分選機的Ep=0.085，I=0.137，η=91.37%。傳統(tǒng)干擾床分選機Ep值在0.11～0.14之間[27，28]，與之相比，三產(chǎn)品干擾床分選機的分選精度更高。

5 結 論

1)在處理煤泥含量比較大的原煤時，采用“粗選+精選”技術路線的三產(chǎn)品干擾床，可以在一個分選設備中實現(xiàn)兩級分選，經(jīng)過分選后的粗精煤灰分降低3%左右，大大提高粗煤泥分選精度，同時有效避免了尾礦跑煤，提高了精煤回收率。

2)與其他粗煤泥分選設備相比，三產(chǎn)品干擾床分選機采用“內筒+外筒”的兩段式的設備結構，輔以頂水分配系統(tǒng)和密度探測聯(lián)動控制系統(tǒng)，可以在同一設備中實現(xiàn)“粗顆粒+細顆?！狈侄畏诌x，分選精度更高，設備更先進。