小保當選煤廠設計特點分析

孫景陽

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京 100120)

小保當煤礦及選煤廠位于榆林市神木縣大保當鄉，該煤礦按照“一礦兩井”模式進行建設，分為小保當一號礦井和小保當二號礦井，小保當一號礦井設計生產能力為15.00Mt/a，小保當二號礦井設計生產能力為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，設計生產能力為28.00Mt/a，服務年限與小保當礦井相同，為70.9a。

小保當煤礦一、二號礦井煤層構造簡單，前期開采的1-1、2-2煤層，煤質基本相同。選煤廠在進行設計時應充分考慮礦井開采煤質情況和外部建設條件，簡化選煤廠生產系統布置，并采用合適的洗選工藝，節約建設成本。

1 工藝設計

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、高發熱量～特高發熱量的不粘煤和長焰煤。礦井來煤前期有輕度泥化現象，并且后期煤層泥化現象較為嚴重。

根據地質報告和開采工藝，設計預測選煤廠入洗前期毛煤灰分為14.75%，水分14%左右，發熱量5448kcal/kg左右。

設計時由于小保當礦井尚未出煤，因此缺少實際生產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果，又不足以作為設計所用的基礎資料。因此，選煤廠在設計時采用的是開采相同煤層的隆德煤礦實際生產篩分浮沉資料作為小保當選煤廠設計的基礎資料[1]。在設計時經過多工藝比選，選煤廠設計工藝為：150～13mm塊煤重介淺槽分選，-13mm末煤不分選(預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]。

實際生產表明：實際開采煤質與預測煤質基本一致，且洗選加工后的產品煤與預測產品煤質量基本一致，所采用的洗選工藝基本符合本礦井煤質。

1.2 工藝布置與靈活性

1.2.1 “一礦兩井一選煤廠”集中場地設計

小保當選煤廠在設計時采用的是“一礦兩井一選煤廠”集中場地設計，即小保當選煤廠、小保當一號礦井和二號礦井工業場地聯合布置，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，場地緊鄰礦區規劃鐵路，交通運輸便利，且用地均為荒地[5，6]。集中設置工業場地可節約工業用地，并使選煤廠的所有系統實現單一配置，減少人員配給，降低管理成本。

1.2.2 原煤倉后設置原煤準備環節

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，否則洗選設備無法處理，因此毛煤進入洗選系統前必須經過篩分、破碎等原煤準備環節[7，8]。選煤廠原煤準備環節有原煤倉前處理和原煤倉后處理兩種方式：

原煤倉前設置原煤準備環節方式：出井口房毛煤首先經過篩分、手選、破碎等準備環節準備成-200(150)mm原煤，然后通過帶式輸送機進入原煤儲存倉。此方式的優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；缺點是原煤準備環節選型必須與主井最大提升能力相匹配，設備選型能力遠大于選煤廠建設規模要求能力，若準備環節出現問題，由于沒有原煤緩沖，則容易造成井下停產。該方法主要適用于規模較小的斜井來煤或煤量穩定的立井來煤。

原煤倉后設置原煤準備環節方式：出井口房毛煤首先進入原煤儲存倉，倉下毛煤經過篩分、手選、破碎等準備環節準備成-200(150)mm原煤，然后通過帶式輸送機進入洗選系統。此方式的優點是原煤準備環節設備選型與選煤廠建設規模相匹配，不用放大設備選型；缺點是有可能存在超大塊堵倉現象。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的處理能力。在原煤倉前設置原煤準備環節方式的設備必須按照11600t/h來進行選型，而在原煤倉后設置原煤準備環節方式的設備可按照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置原煤準備環節優勢明顯。

實際生產表明：小保當選煤廠在原煤倉設置原煤準備環節，節省了投資，降低了生產成本；出井原煤先進倉緩沖，避免了選煤廠事故而造成礦井停產的情況；同時礦井井下破碎系統配置完善，管理先進，也未發生過原煤倉堵倉的情況。

1.2.3 單獨設置產品分級車間

選煤廠產品分級通常有三種設置方式[9]：

1)主廠房精煤脫介篩，或脫介篩串聯分級篩進行分級。此方式適合建設規模較小的選煤廠或分級產品種類少的選煤廠。

2)單獨設置分級車間。此方式適合所有選煤廠，尤其是建設規模較大，分級產品種類較多的選煤廠。

3)產品倉上設置分級篩。此方式適合建設規模較小、分級篩設置臺數少的選煤廠。

小保當選煤廠建設規模為28.00Mt/a，需設置6臺分級篩。設計了單獨最終篩分車間，實現了塊精煤產品80mm和30mm分級。該選煤廠設計分級功能靈活，既可對洗后精煤進行分級，也可對塊原煤進行分級，同時可實現塊煤產品直接摻混成產品煤。

1.2.4 產品結構和多種生產方式

在設計時通過調研確定小保當煤炭產品目標市場用戶包括兩部分：一為就地轉化，主要向本區新建電廠供應燃料煤和向清水園工業園區煤化工項目提供原料煤及燃料煤；二為通過鐵路外運，供區外煤炭用戶。在設計時根據煤質和目標用戶，確定小保當選煤廠產品結構為：

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；供區內煤化工或電廠用煤。

矸石：150～0mm，Ad>70%；井下回填廢棄巷道和綜合利用。

小保當選煤廠設計工藝系統靈活，可實現多種生產方式：

生產方式一：旁路生產方式，洗選系統事故，原煤直接分級成產品。生產產品為：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)。

生產方式二：選煤廠洗選系統正常開啟。生產產品為：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)。

選煤場所在地區特大型礦井和選煤廠較多，產品結構基本一致，市場需求時常變化。小保當選煤廠兩種生產方式下的4種不同的產品方案，保證了系統的靈活性，同時適應了多變的市場需求。

1.2.5 汽車和火車快速裝車系統

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，因此選煤廠產品外運以鐵路運輸為主，公路運輸為輔。塊精煤和末煤產品首選采用火車裝車運輸；少量塊精煤產品和地銷末煤也可采用汽車外運。

在設計中選煤廠設置了6套單元漏斗式汽車快速定量裝車系統，其中塊煤3套，末煤3套，每套裝車能力為1500t/h；并設置了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，每套裝車能力為5400t/h。汽車和火車裝車系統全部采用定量快速裝車系統，符合現代化特大型選煤廠的裝車需要，也符合選煤廠智能化建設的需要。

2 設備選型

合理的設備選型是實現選煤廠安全、可靠、高效運轉的關鍵因素。其一，設備選型要技術先進、可靠、高效、節能、環保、經濟合理，且操作簡單、維護方便；其二，設備要能適應煤質特點和變化的要求，關鍵環節留有一定富裕；其三，同類設備盡可能采用一種規格，減少備品備件種類；其四，要立足于組裝或使用國內先進的大型高效設備；最后，設置在線自動檢測和監控裝置，保證選煤廠自動化水平[10-12]。

根據以上原則，同時考慮大多數動力煤選煤廠在洗選后期煤質較差時都采用降低分選下限并增加入洗量，小保當選煤廠在設計時主要工藝設備均按照分選下限為6mm來進行設備選型，具體選型結構見表1。

表1 小保當選煤廠主要設備選型

選煤廠原煤倉前系統是礦井和選煤廠聯系的紐帶，選型能力是否合適直接關系到礦井能否正常生產。由于選煤廠原煤倉前系統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計。

小保當一號、二號兩條主斜井帶式輸送機設計選型均為：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，現場測量發現會出現瞬時運量超過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。過實際生產證明，此選型可以滿足礦井和選煤廠正常生產的要求。

3 安全生產保障和智能化

3.1 安全生產保障

1)礦井來煤均為易自燃煤層，選煤廠設置1套火災自動報警系統及光纖火災預警系統，火災報警控制器與礦井消防系統聯網；并設置了完善的消防給排水及滅火設施；同時在原煤倉和產品倉等特別高的建筑物設置電梯，方便巡視人員上下，同時兼做消防電梯使用。

2)小保當礦井為低瓦斯礦井，選煤廠所有原煤倉、塊煤產品倉、末煤產品倉、汽車裝車倉均設有瓦斯監測報警裝置，并進入集控系統予以監控；此外還設有通風設施將瓦斯排出，避免倉內聚積。

3)選煤廠所有設備均設有保護系統：刮板存在斷鏈可能，設計了斷鏈保護器，并接入控制系統；所有帶式輸送機均設置低速打滑保護、機頭堵料保護、兩級跑偏保護、拉繩保護；部分帶式輸送機設置縱向撕裂開關、煙霧保護和超溫灑水裝置，所有帶式輸送機兩側設置了防護欄桿；對110kW及以上低壓電動機、皮帶驅動滾動、所有高壓電動機繞組及軸承均設有溫度監測傳感器，并進入集控系統予以監測，等。

4)設計時充分考慮了職業安全和工業衛生。設計從通風、防塵、減震、降噪、個人健康安全防護等方面考慮設置了完善的職業安全勞動保護措施和工業衛生措施，保障了選煤廠從業人員的生命安全，減少了職業病的發生。

3.2 智能化擴展

智能化選煤廠建設是以人為本的理念在選煤廠設計中的最終體現。小保當智能選煤廠作為小保當智慧化礦山的子系統，在進行設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一的設計、建設、驗收等標準和規范，因此小保當選煤廠設計時先預留了智能化系統設計接口。接口預留為選煤廠設計提供了擴展空間，為選煤廠建設提供了便利，節省了投資[13，14]。

4 結 語

小保當選煤廠作為榆神礦區(三期、四期)先期建設的特大型動力煤選煤廠，總投資202423.32萬元，設計之初就確立了先進技術創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，極大提高了企業的經濟效益。小保當礦井和選煤廠的建成保障了各用戶的用煤需求，其建設符合國家煤炭洗選加工發展規劃，使當地的煤炭產品品位得到提高。