兖州矿区选煤设备运行新技术

    选煤厂干的工作就是把从煤矿挖来的煤进行分选，得到精煤、中煤和矸石、煤泥等。精煤价格卖的很贵，主要用于冶金，炼焦等。西方国家对煤焦精煤的灰粉要求是5％～8％。美国规定电站不准使用硫粉超过1％的动力煤，无论是炼焦煤还是动力煤都必须进行洗选或筛分。德、英、法、日等国原煤几乎全部入选，美国不入选的原煤是低灰粉的动力煤，但也都进行筛分，用选择性破碎机除去大块矸石。目前跳汰机和重介质分选机的最大处理能力均已达1000t／h，最大浮选机为50t／h。德国海里希罗伯特矿新建洗煤厂采用组合洗选系统，即每道工序只用一套大型设备，没有备用，使整个流程大大简化。主要设备只用一台块煤跳汰机和一台专煤跳汰机以及一台400t／h离心脱水机。用跳汰机选煤现仍占主要地位。近几年来，兖州矿业（集团）有限责任公司下属各选煤厂针对以前在设备运行方面存在的问题进行了认真分析和归纳，并且与有关单位共同开展了科技攻关，积极应用当前已有的适用新技术，提出解决方案并进行了实施，取得了高产高效的良好效果。

    1 济二选煤厂生产环节完善方案
    南京煤矿设计研究院通过对兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿选煤厂实际生产中存在煤泥跑粗严重、后补套的精煤除杂系统跑煤量大及降低入选下限的配套带来一些环节能力不足等问题的研究分析，提出了生产环节的完善方案，其设计原则及技术方案对于存在类似问题的选煤厂具有借鉴的价值。

    ①消除煤泥跑粗严重的改造。为了分离浓缩机底流的粗颗粒，采用浓缩机底流大排放直接打往主厂房内新增的弧形筛，其筛上物到新增的粗煤泥筛脱水回收，煤泥筛筛上物去原有和新增的末精煤离心机进一步脱水，弧形筛和煤泥筛筛下水进入新增的高效圆锥倾斜板沉淀器水力分级，底流打往原有筛网沉淀离心机，溢流打往废水浓缩机。

    ②除杂机溢流中煤与杂物的机械分离和回收。精煤水力除杂机溢流含有少量精煤，分离回收这些精煤需二次除杂。此部分物料中精煤量少、杂物多，而且厂房内没有空间布置除杂机，如果引到车间外则与原系统衔接困难，所以选用原有的事故斗子捞坑二次除杂。在现有精煤水力除杂机的溢流口下增加筛孔为60mm的固定筛（可摇摆），大于60mm的杂物被固定筛排出，筛下物用Φ450mm管道跌落输送到主厂房底层的事故捞坑中，煤由捞坑斗子提升脱水后掺入到精煤中，也可用分叉溜槽流到中煤中。杂物由溢流堰槽中加设的滤网式杂物清理机清理出。

    ③能力不足环节的彻底完善。主厂房内离心机由2台增为4台，入料改为吊挂在上层楼板下的刮板输送机，距楼板1.8m，实现离心脱水机处理末精煤量的合理调配。入洗下限降低造成粗、细煤泥量增加，已考虑到消除粗颗粒对生产系统的危害和增加储装运系统及压滤车间的处理能力。

    2 超强除铁器在选煤厂的应用
    兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿选煤厂在动筛车间的2条输煤皮带上各安装了1台超强多极式除铁器以后，磁力比除铁器增加了400%，除铁量达到85%，煤炭中的杂铁、雷管明显减少，提煤量由原来的900t/h提高到1300t/h，在日常维护和提高产品煤质量方面均发挥了重要的作用。
这个厂的动筛车间原设计在动筛跳汰机前只有101G机头1台除铁器，励磁功率及效果很难达到要求，对动筛车间的中心设备——动筛跳汰机造成很大的损坏，致使斗板变形脱落，弧形板变形无法阻煤。最严重时24块斗板有6块脱落，12mm厚的弧形板被拉入矸石溜槽，动筛跳汰机不能正常工作。有的铁器从精煤段进入破碎机，又给环锤及筛板造成毁灭性的破坏，加大了维护量和维修难度。

    针对这种情况，他们在动筛前给煤机增加2台强磁除铁器，对块煤的铁杂物进行二次除铁。选用RCDA-1800T型除铁器，励磁功率为12kW，悬挂高度为500mm。井下随原煤上来的特大铁器如大刮板（约有35kg）都可靠吸出，细微铁器如铁丝头、雷管等也能吸出，宽度为1800mm，与入料宽度一致，能够对吸入料块煤进行完全除铁，从而避免了铁器进入动筛跳汰机。

    自2台除铁器安装以来，在第一个月内吸出大刮板48个，动筛跳汰机没有出现被铁器严重破坏的现象，精煤破碎机没有再受到大铁器破坏，极大地减少了维修量。需要说明的是，以上除杂实验都是在皮带机的中部进行的。若是在皮带机的头部除杂效果会更好，但由于皮带机头部的结构不能支持重大的除铁器，所以应对除铁器进行改进，在不降低磁感应强度的前提下减轻除铁器的重量。

    3 济二选煤厂成功应用大型数控分级破碎机

    兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿选煤厂的产品主要出口日本，粒度超限（50mm）是困扰产品质量的一大难点。根据工艺要求，破碎机需安装在32.70m平面的产品仓上。由于建仓时没有考虑到，因此要求破碎设备既轻便又无大的动负荷。为此，决定选用2DSKP50150数控分级破碎机，一次试车成功，且产品粒度（50mm）限上率为零，确保了精煤产品质量。

    这种数控分级破碎机与以往的齿辊破碎机区别在于齿型和布齿形式。其破碎齿如同采掘机截齿，在辊长方向呈螺旋布置，强度高且耐磨，通过相对转动的两破碎辊实现对物料的破碎。

    破碎辊破碎物料的过程分为两个阶段：第一阶段，螺旋运动中的破碎齿遇到大块物料，限进行冲击剪切，接着进行撕拉。如果碎块能被破碎齿咬入，则进入第二阶段破碎。否则，破碎齿沿物料表面强行滑过，靠破碎齿的螺旋布置使物料翻转，等待下一对齿的继续作用。第二阶段是从物料被咬入到前一对齿脱离咬合为止，两齿包容的截面由大逐渐变小，然后再增大。大颗粒由于包容体积逐渐变小而强行挤压剪碎，破碎后的物料被挤出，并从齿侧隙漏下。前一对齿开始脱离啮合时，破碎的物料大量下漏排出。至此，一对齿的破碎过程结束。每对齿环上有多少个齿，破碎机运行一周时同样的过程就进行多少次，循环往复。

    为提高破碎机生产率，可以加大破碎辊的圆周速度，然而这会对物料的咬入起到不良影响。研究发现，当破碎机输入功率一定时，其转速同产生的扭矩成反比，所以在破碎坚硬物料时应采用低转速以获得足够的破碎力，在满足处理能力的前提下尽量降低破碎机的转速。

    4 国内最大的动筛排矸系统使用效果好

    全国煤炭行业处理能力最大的选煤动筛排矸系统，在兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿选煤厂投入使用几年来，取得了显著的经济效益和社会效益。 

    该系统是山东省的重点技术改造项目之一，主要是由运输栈桥、主洗车间、转载站、产品仓等建筑构成的，主洗设备--2台动筛跳汰机从德国引进，配有带式除铁器、在线测灰、破碎、防破碎、清水斜轮除杂装置和微机智能化可编程序控制、工业电视监控等功能，并与选煤厂原有的煤泥水系统构成洗水闭路循环，年处理煤炭能力达150万t，总投资3000万元。

    该矿原先对块煤和矸石相混的劣质原煤只能实行人工拣选，造成部分块煤混入块矸石中流失；另外，原洗选工艺使大量的块煤被破碎，只能作为混煤销售。动筛排矸系统是具有当今国际先进处理水平的一项效益工程，它使含矸量较高的劣质原煤实现了煤与矸石的自动、快速、有效分离，能将块煤全部回收，年增块煤产品84万t以上，并可将300mm以下的块原煤按市场需求任意、及时加工处理为50mm以下的优质动力煤、50～100mm的大块工业用煤及100～300mm的优质特大块民用煤，年增销售收入2000万元以上，税后内部收益率高达43.89%，远远高出行业15%的基准收益率，三年内即收回全部投资。

    该系统加工处理后的多品种块精煤产品，可按品种分类直接进入块煤仓贮存，并能利用原有的原煤装车点装车外运，使矿井参与国内外市场竞争的实力显著增强，其分选出的矸石可直接经输送带运至开采塌陷区进行复垦，达到了提高煤质、增加块煤产率与品种、降低生产成本和改善环境的目的，有效地促进了矿井煤炭开采回收率的大幅度提高。

    5 德国动筛跳汰机的应用探索

    兖州矿业（集团）公司济宁三号煤矿选煤厂比较成功地应用了德国KHD.Wedag公司生产的20.50.08.08型动筛跳汰机，有效地解决了大块物料中矸石的排除问题，在矿井的生产和销售中发挥了重要的作用。

    使用中也发现了以下一些常见的故障：①由于该厂动筛入料中小于50mm的物料大于25%，特别是较细物料含量较多，整个动筛系统循环水浓度上升太快，经常造成循环水管路堵塞和精煤产品质量污染，目前采用加大清水补充量和多排高浓度循环水来暂时缓解，今后必须控制好入料中小于50mm特别是1.5mm的含量，解决原煤分级筛的筛分效率和动筛跳汰机入料前运输过程中产生次生小颗粒的问题。②工作面过断层或局部煤质波动较大时，在矸石量占到动筛入料60%～80%的情况下动筛跳汰机的工作状态完全被破坏。此时只能以矸石中不跑煤为原则而保证不了精煤的灰分。动筛精煤只能破碎后返回原煤系统再洗或销售。③虽然入料前设立了检查性手选和除铁设备，但木杂质和软杂质仍能进入动筛跳汰机；细小的矸石、煤粒进入排矸轮与护板间的缝隙，经积累后也能卡住排矸轮而停车。④动筛块煤通道与机体之间用C型皮带连接，运转中易因C型皮带损坏而让矸石进入提升斗子，污染块精煤系统。⑤油温低于20℃时开车，要先开启缓冲泵给油液加热，在北方寒冷地区因时间太长而影响生产，最好设计出自动加热装置或用加热板给油箱加热。⑥液压系统提升缸的活塞与连杆可能出现脱节，主要是由活塞退丝造成的，要注意经常观察。这个厂的体会是：只要选型得当、使用合理，它在处理大块物料方面具有其它设备无可取代的优越性。

    6 动筛跳汰机动态排料控制的研究

    德国动筛跳汰机自动化程度高，但由于资料的局限性，很难进行深入的研究。为此，兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿对其分选原理及排料控制进行了分析，从而为提高进口设备的维护质量和使用效率提供了可靠的依据。

    机械结构分析表明，通过主提升液压缸驱动摇臂上下起浮，使床层上的物料按密度进行分层，在筛板末端使分层达到理想效果。摇臂下部是床层筛板，通过两侧臂联结摇臂支架，床层筛板前端是排料辊，排料辊固定在摇臂支架上，可对物料进行排料。以筛板前端的精煤堰为分界线对产品中的精煤及矸石进行分离，精煤通过精煤堰上方进入双合排料轮精煤侧，矸石由排料辊向前刮动进入双合排料轮矸石侧，在双合排料轮旋转下使精煤矸石从上部入口的精煤矸石溜槽排出。排料辊由槽体外部的液压马达通过链条带动。

    通过排料控制理论分析，他们认为动筛跳汰机由主泵提供主提升液压缸的压力，并由主提升缸带动床层进行起伏，摇臂压力传感器对主提升缸油压的测量，实际上同时反映了床层上的物料重量，而物料的重量主要由物料中的沉物及浮物的比例来决定，从而为分离提供了理论参考点。压力传感器采集的信号经A/D模拟量转换，输入PLC模拟量输入/输出模块4～20mA的电流，同时由操作者从上位机输入的操作参数进行部分控制，经GPU程序处理后，由PLC模拟量输入/输出模块输出0∽10V的电压，放大处理后对液压马达进行控制。在液压马达的带动下，经传动装置后排料辊对沉物即矸石产物进行刮动排料，并在不同床层、浮物和沉物情况下由液压马达最终动态控制排料量，从而稳定了床层分选密度的分界线，达到其分选效果。

    7 筛网沉降离心机应用效果好

    兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿应用放顶煤工艺以后，煤炭破碎较为严重，煤泥含量特别是微细颗粒含量显著增加。该矿选煤厂原有的盘式真空过滤机的处理能力及脱水效果已经不能够满足要求，经常由于煤泥回收不及时造成洗水浓度大或煤仓内洗煤产品水分高而产生装车埋道的现象，必须增加新的脱水设备才能满足生产的需要。为此，他们选用了美国Bird公司的SB6400型筛网沉降离心机，取得了良好的使用效果。

    这种筛网沉降离心机主要是由转筒、螺旋推进器和齿轮组件三部分组成的。其结构特点是使用可更换的陶瓷保护片和碳化钨筛网，既提高了耐用性又方便维修；差速器的速差在一定范围内视设备处理量和产品水分的不同可调；各种保护齐全可靠，主驱动电机、轴承、油润滑系统等具备相应的显示和保护，并由PLC控制；转筒内设有溢流堰板，使筒内液面高度可调。处理原煤泥的时候，产品灰分为14.82%，比入料灰分降低2.31%；一段沉降液灰分为31.15%，比入料灰分提高14.02%，且一段沉降液中-74μm的含量占95%以上，这些高灰物料脱去正好有利于提高产品的质量；脱水以后的煤泥水分仅有19.6%，比盘式真空过滤机低9%，脱水效率75%以上，煤泥回收率94.3%以上。
处理浮选精煤的时候，产品灰分为10.72%，比入料灰分降低1%；一段沉降液中-74μm的含量在96%以上，灰分为24.90%（比入料灰分提高13%），有降灰脱泥的作用；产品水分为18.5%，比盘式真空过滤机低10%，比处理原煤泥低1%，说明其脱水效果与入料粒度有一定的关系；煤泥回收率比盘式真空过滤机低高7%，比处理原煤泥略高（为95%），但是由于浮选药剂泡沫和粘度的影响，处理能力比原煤泥有所降低。

    8 节肢筛应用效果好

    固定筛和振动筛是选煤厂原煤筛分应用最普遍的设备。兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿选煤厂选用了2台面积为7.38m2的ZSJ164×45型节肢振动筛进行毛煤分级，其入料粒度≤300mm，毛煤水分≤10%，筛板筛孔为100mm，处理能力为88.08t/m2·h，振幅为4～9mm，筛分效率为95%，在生产应用中取得了较好的效果，满足了选煤厂原煤筛分生产的要求。
    节肢振动筛可以广泛地应用于烧结矿物、煤炭洗选及矸石等物料的筛分分级作业。济宁二号煤矿选煤厂原煤筛分工艺中采用的这种大型筛分设备，是由激振源、筛体、筛网框架、筛网、防尘罩和一、二次减振弹簧等部分组成的。由于这种节肢振动筛有着独特的分节振动结构，所以每节筛芯都有各自的激振源、安装倾角和振动方向角。工作时，物料由进料口落到首节筛面上，并高速流动、分散，小于筛孔的物料进筛，大于筛孔和小于筛孔没透筛的物料慢速流动至（中节）尾节筛芯，不但增加了透筛几率，而且增大了处理能力，还提高了筛分效率。
    其主要特点如下：筛机网体分离，减轻了设备的重量，功率小，能耗低；筛网分节振动，实现多点激振；筛面由块状筛板拼装，便于更换；采用轻钢骨架结构，质量分布合理，能够二次减振，传给地基的动负荷小。作为一种新型的筛分设备，ZSJ164×45型节肢振动筛在生产中也暴露出一些问题，如激振器的轴承用普通油枪注不进油而且容易损坏、筛板的筛孔容易堵塞、筛子的大梁与筛框焊接不牢固等，给选煤厂的设备维护、维修和使用带来了麻烦，对生产有一定的影响。行家们指出：上述问题如果能够解决，ZSJ系列节肢振动筛作为一种原煤的筛分机械还是有很大发展前途。 

    9 高效浓缩机应用效果好
    经过南京中煤工程设计研究院对浓缩机进行改进后，Φ38m和Φ9m浓缩机已经在兖州矿业（集团）公司东滩煤矿选煤厂投入运行，Φ15m浓缩机也在济宁焦化厂运行多年。从使用情况看，设备结构合理、运行平稳可靠、处理能力大、溢流水质好，取得了显著的社会效益和经济效益。
    大型选煤厂的煤泥处理目前主要还是依靠浓缩机和压滤机等设备，但大型普通浓缩机大部分都是针对冶金矿山使用而设计的，存在着投资大\效率较低的缺点，特别是给料不均及停电等会造成压耙现象，破坏了设备的驱动系统，必须放空冲刷浓缩池，几天后才能恢复正常运行，因此研制运行可靠的高效浓缩机是完全必要的。
    国内外的研究表明，高效浓缩机的浓缩池直径大约只有普通浓缩机的1/2，单位面积处理量大，同时可获得适宜的底流浓度和溢流浓度。例如，年产量为300万t的鲍店煤矿选煤厂选用Φ45m的普通浓缩机，入料煤泥量为141.57t/h，其中溢流含煤泥量为17t/h、底流含煤泥量为124.57t/h。年产量为400万t的东滩煤矿选煤厂选用Φ38m的高效浓缩机，入料煤泥量为172.86t/h，其溢流水质好、不含煤泥。
    运行实践表明：在处理量相同的情况下,高效浓缩机的面积较小，可以设置在主厂房内，解决了我国北方地区的冬季防寒问题；另外，在选煤厂因浓缩面积不够需增加浓缩机以扩大生产能力时，往往由于工业布局已定造成扩建比较困难，但是把原有普通浓缩机改造为高效浓缩机可提高处理能力，而且不增加设备的维修运行费用;新建选煤厂采用高效自动提耙浓缩机,则可大大节省基建费用,消除用户的后顾之忧。
    10 厢式压滤机的自动卸饼装置

    新型自动卸饼装置在兖州矿业（集团）公司东滩煤矿选煤厂取得了满意的使用效果，其功能原理的新颖性、技术性能的先进性、市场需求的适应性均在生产实践中得到了充分的体现。

    新型自动卸饼装置是由轮组部分（滤布吊架）、振打部分（抖动部分）、微调弹簧座部分、传动架部分组成的。滤板开框时，绳轮滤布吊架滑动并组成“人”字型，滤布便会将滤饼从滤板的凹槽中拉出，依靠滤饼的自重而落饼。卸饼不充分时，抖动机构传给滤饼抖动力，增大抖动剪切，达到可靠卸饼。通过调整抖动机构中的调幅偏心块和微调弹簧座部分微调弹簧的预紧力来实现抖动剪切力的增减。

    其特点如下：①“人”字型绳轮滑动滤布架与抖动机构巧妙结合，强化卸饼功能，使自动卸饼更加充分。②柔性传动系统最突出的优点是在滤板拉斜的情况下仍不影响卸饼的正常进行，也不会造成其它结构件的变形，是高可靠性的传动系统。③正常更换滤板时无须拆卸铰接钢板，亦无振动横梁的遮挡，移动柔性钢丝绳后可很方便地吊装滤板，为维修创造了良好的工作条件。④充分考虑到日常运转更换滤布较频繁这一基本要求，创新设计压管式滤布组架，更换滤布非常便捷。⑤完全实现了不间断自动卸饼，去掉了不必要的人工暂停，卸饼时间由30min降至20min。⑥工人不再用铲饼板，排除了戳破滤布的非正常事故，延长滤布使用寿命。⑦滤布拉成“人”字形后，既可冲洗滤布工作面，又可冲洗滤板表面凸圆台尖残留的浆液，确保滤布再生和滤液通道畅通。⑧改装方便。对原设备没有大的改动，只是将卸饼装置附加到原设备上去，而且适应范围广，可用于橡胶、高分子、铸铁等滤板改装。

    11 博后筛在北宿复合式干法选煤厂应用成功
    兖州矿业（集团）公司北宿煤矿井下是炮采工作面，原煤运输各转载点需喷雾洒水防尘，巷道及煤仓仓口需用水冲刷清扫，造成原煤的水分难以控制。通过检测，原煤外在水分一般在6%～8%范围内波动。筛分试验结果表明，6mm以下的原煤占到总质量的44.5%。在6mm分级筛分过程中，由于细粒原煤互相粘结成团，流动性较差，经常堵塞筛孔，造成筛分率下降，因此选用了针对潮湿细粒粘性物料的筛分而研制的BS2.5×6型博后筛。
    博后筛的筛分过程分为松散、分层和透筛三个阶段，具有大振幅、大振动强度、低频率和弹性筛面等特点。其结构主要是由筛架、筛箱、筛板、激振器、电动机和减振弹簧等部分组成的。筛网为单根筛丝纵向排列布置，激振器为对称双轴式，筛子振动时的轨迹为直线运动。传动采用轮胎式联动器，由电动机直接拖动。
    北宿煤矿复合式干法选煤厂对BS2.5×6型博后筛进行了工业性测试。测试内容包括：入厂原煤的全级筛分、全水、各级灰分；筛上及筛下物料的6mm筛分分级，计算筛分效率、限上率、限下率等。在工业性测试期间，未出现机械和电气故障，各段筛网均清理干净，未发现煤泥堵塞现象。使用实践表明，BS2.5×6型博后筛使北宿复合式干法选煤厂的生产能力由90t/h提高到200t/h，实现了该矿井原煤全部入洗的要求；有效地控制了精煤的灰分，满足了用户对精煤各项技术指标的要求；设备免维护，筛板寿命长，运行成本低；筛面、筛箱和机架不参振的方式降低了筛子的参振总质量，多段筛面独立不同步运动减轻了对地基的动负荷；对于潮湿细粒粘性物料的筛分能够获得良好的筛分效果和较大的处理能力。

    12 冲击脉冲计在轴承状态诊断技术中的应用

    冲击脉冲计是一种检测机械故障的仪器，主要用在电动机、水泵和减速器等设备球型轴承、滚子轴承的检测上。近年来，兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿选煤厂成功应用此项技术，降低了人员的劳动强度，减少了事故的停机时间，扭转了以往跟着事故检修的被动局面。
    兴隆庄选煤厂跳汰机鼓风机配用260kW的6kV高压电动机，转速为990r/min，其轴承分别为6326型和324型。正常的运转冲击数值一般稳定在前轴承dBm/dBc为15/5，后轴承为7/1左右。有一天检测数值突然达到40/21、27/16。从现场观察判断电动机的后轴承部位异响很大。拆检后轴承发现轴承室明显磨大，配合间隙达到0.97mm。分析判定因为电动机的后轴承室被磨大，致使后轴承径向位移，使得前轴承的滚柱与滚道受力加大撞击。更换新的电动机以后，轴承的检测数值为27/6、8/1，前轴承数值偏高，电动机运行时振动大。过几天拆检以后，发现轴承室的配合间隙达到0.21mm。由于没有备用的电动机，而且根据检测的数值可以判定设备的故障仅处于初始的阶段，所以决定对轴承室打麻点以后临时使用。
    自此以后，天天对电动机进行检测。鉴于数值一直稳定在26/6～28/6之间，所以直到2个月后检修条件成熟的时候才将故障电动机更换下来，做到了以技术检测为依据、合理计划检修。自从应用此项技术以来，由于能够预测突发事故，减少了停产的损失，迄今为止已经成功地避免了38起事故，减少停机时间累计444小时；原先车间每年拆检设备280多台，现在由于科学合理地安排设备检修，拆检设备的数量逐年降低，极大地减少了“过剩维修”的费用。