1、彭庄煤矿选煤厂概况

山东临沂矿业集团菏泽煤电开发有限公司彭庄煤矿位于郓城县张营镇，是巨野煤田在菏泽境内投产的第一对矿井，其生产能力为2.00Mt/a，于2007年3月正式投产。彭庄煤矿初期建设时，与之配套建设了块煤动筛排矸车间。矿井毛煤提升后进入该车间先行筛分，大于50mm粒级进入动筛跳汰机分选，矸石进入矸石仓，分选出的大块煤破碎后与分级筛下小于50mm粒级的原煤合并进入原煤仓后外运销售。

2012年以来，受到宏观经济形势影响，用户对商品煤质量要求越来越高，仅用动筛排矸工艺远远不能适应煤炭市场的剧烈变化；彭庄煤矿因煤质差，陷入了产品滞销的窘境，不得不将原煤用汽车运到附近的郭屯矿选煤厂进行分选；吨煤运费约为17元，大幅度增加了洗选成本。为提高企业经济效益，管控运营成本，2016年8月北京国华科技集团有限公司(以下简称国华科技)承接了彭庄煤矿选煤厂(年处理2.0Mt)工程总承包项目。

2、原煤可选性

彭庄煤矿各煤层以气煤为主。原煤50～0.5mm综合粒级浮沉试验结果见表1，0.5～0.15mm煤泥小浮沉试验结果见表2。

表1 原煤50～0.5mm综合粒级浮沉试验结果

表2 0.5～0.15mm煤泥小浮沉试验结果

从表1可以看出：

(1) 1.30～1.35kg/L密度级为主导密度级，产率为30.12%，灰分为6.99%；

(2) 大于2.0kg/L密度级产率也较大，为29.37%，这是由于所开采煤层的围岩和夹矸层碳化程度小，灰分约90%，这种情况在全国也属罕见；

(3) 小于1.5kg/L密度级累计产率61.46%，灰分为8.54%，说明当生产灰分小于9.00%的精煤时，产率较高，是提高企业效益的有利因素；

(4) 1.5～1.8kg/L中间密度级产率仅为5.19%，表征了50～0.5mm综合粒级原煤的单体解离程度良好。

从表2可以看出：

虽然0.5～0.15mm粒级煤泥的灰分为30.59%，比50～0.5mm粒级原煤综合灰分要低5.23个百分点，但小于1.5kg/L低密度级产率为61.12%，比后者低了0.34个百分点；小于1.8kg/L各密度级的灰分均高于后者；1.5～1.8kg/L中间密度级产率为16.20%，也大大高于后者。当生产灰分小于9.0%的精煤时，50～0.5mm粒级精煤灰分为8.77%，分选密度为1.54kg/L，±0.1含量(扣除大于2.0kg/L沉矸)为14.16%，入选原煤可选性为中等可选；0.5～0.15mm粒级精煤灰分为8.75%，分选密度为1.43kg/L，±0.1含量(扣除大于2.0kg/L沉矸)大于30%，0.5～0.15mm粒级粗煤泥可选性为难选。

3、煤泥浮选特性

由于彭庄煤矿本身无法采取浮选入料煤样进行准确的实验室试验分析，考虑郭屯煤矿与其紧邻，两个矿井煤质基本相同，因此，设计时浮选煤泥特性的评价，参照了郭屯矿选煤厂的浮选入料煤泥试验结果。郭屯矿选煤厂所提供的浮选入料煤样灰分高达38.76%，而我国多数选煤厂的浮选入料灰分在30%以下，并且总体上讲可浮性较差。据此，期望用一次粗选工艺得到低灰分精煤和高灰分尾煤是不可能的，所以对煤样进行了煤泥粗选+精选的实验室浮选试验，试验结果如图1所示。

图1 煤泥粗选+精选试验结果

从图1可看出，浮选剂用量对各项指标的影响相当敏感，初始阶段，随着浮选剂用量的增加，精煤灰分只稍有提高，但综合尾煤灰分(粗选、精选合计)、浮选完善指标及精选精煤产率都有大幅度提高。当起泡剂用量为150g/t，捕收剂用量为600g/t，精选精煤灰分为8.75%，其产率已达43.59%，尾煤灰分高至61.56%，浮选完善指标为54.82%，处于较好的水平。

在实际生产中，若将浮选精煤灰分与销售精煤灰分保持一致，定位小于9.0%的情况下，可采用此种药剂制度。随着起泡剂和捕收剂用量继续增加，分别为200g/t和800g/t时，精选精煤灰分增加了2个百分点，达到了10.79%，综合尾煤灰分高至72.22%。这时，精选精煤产率提升了10.58个百分点，达54.17%，此时浮选完善指标为64.14%，处于良好的水平。据此，若甲方要求分选出灰分高达70%的尾煤时，可按此标准增加起泡剂和捕收剂用量。

4、选煤工艺流程

根据原煤和煤泥特性以及对产品的质量要求，经详尽论证，制定了彭庄矿选煤厂洗选工艺流程(见图2)。现简述如下：

图2 彭庄矿选煤厂洗选工艺流程示意图

选煤厂生产系统分为：原煤准备系统、原煤重介分选系统、煤泥重介分选系统、粗煤泥回收系统、煤泥水处理系统、产品储运及装车系统等。

4.1 原煤准备系统

利用原有的动筛跳汰机生产系统，经其排出块矸石后的50～0mm原煤进入两个φ15m、储量分别为3000t的煤仓储存，其中一个煤仓作为入洗原煤仓，另一个煤仓的煤就地销售。

4.2 原煤重介分选系统

原煤经介质悬浮液润湿后不分级、不脱泥直接给入重介旋流器进行分选，以单一低密度悬浮液一次性分选出精煤、中煤和矸石。精煤脱介、脱水分级后，块精煤直接作为最终精煤产品，末精煤经离心机二次脱水后也作为最终精煤产品，两种精煤一起由胶带输送机运至精煤仓储存；中煤脱介、脱水分级后，块中煤直接作为最终中煤产品，末中煤经离心机二次脱水后也汇入最终中煤产品中，再由胶带输送机运至中煤仓装车外运；矸石脱介脱水后，由胶带输送机运至矸石仓装汽车外运。

4.3 煤泥重介分选系统

精煤脱介弧形筛下的合格介质部分进入煤泥合格介质桶，然后用泵打至煤泥重介质旋流器，分选后的轻产物和重产物分别进入精煤、中煤磁选机。

4.4 粗煤泥回收系统

精煤磁选尾矿用泵打至精煤泥振动击打弧形筛进行脱水分级，分级粒度0.15mm，弧形筛筛上物进入精煤泥离心机进行二次脱水，脱水后的粗精煤泥作为最终精煤产品。细筛缝弧形筛的使用充分发挥了重介分选下限低、分选精度高的优势，有效减少了浮选入料量，降低了加工费用，同时保证了最终精煤产品水分。中煤磁选尾矿经中煤泥截粗弧形筛截粗后，弧形筛筛上物进入中煤脱介筛，与筛上中煤一起进入离心机脱水。

4.5 煤泥水处理系统

精煤泥弧形筛筛下水及中煤泥截粗弧形筛筛下水(根据煤质情况确定，中煤弧形筛筛下水也可直接进入高效浓缩机)自流至浮选入料脱泥池，脱泥池溢流用泵打至高效浓缩机。当浮选入料中的细泥产率小、灰分低时，脱泥池可以不跑溢流。脱泥池底流用泵打至粗选浮选系统进行分选。粗选精煤自流至精选浮选机进行分选，分选出精煤和尾煤，精选精煤采用压滤机回收，并掺入重选精煤中。粗选浮选机尾煤、精选浮选机尾煤自流到高效浓缩机。矸石磁选尾矿先经粉矸石弧形筛截粗，筛上物进入矸石脱介筛，筛下水自流至高效浓缩机。高效浓缩机底流采用压滤机回收，压滤机滤饼运至煤泥储煤棚，压滤机滤液作为循环水返回使用。在浓缩机的入料中添加絮凝剂，其清净的溢流作为循环用水。洗水实现一级闭路循环。

4.6 介质系统

合格介质用泵打至重介旋流器作为分选介质。精煤、中煤和矸石稀介质系统彼此独立，三部分稀介质分别进入各自的磁选机，选出的磁选精矿返回合格介质桶。厂内跑、冒、滴、漏的介质经收集后，由扫地泵打入中煤稀介系统进行回收处理。采用磁铁矿粉作为补加合格介质，不设分级和磨矿作业。补加的磁铁矿粉先进入加介坑，再由加介泵直接打入原煤合格介质桶。

4.7 产品储运及装车系统

洗选后的精煤由带式输送机转载至现有原煤仓仓顶，经胶带输送机转载至新建精煤仓，机头溜槽下设置混料破碎机，将精煤压滤机滤饼及大块精煤一起破碎后与末精煤充分混合后入仓储存。现有块煤仓作为矸石仓，选后矸石直接上仓；中煤直接运至新建的方仓，装汽车外运；压滤尾煤泥运至煤泥储煤棚就地销售。

5、选煤厂主要工艺设备选型

彭庄煤矿选煤厂主要工艺设备选型见表3。

表3 彭庄煤矿选煤厂主要工艺设备选型

6、工程设计特色

6.1 选用S－3GHMC440/200超级旋流器作为主选设备

S－3GHMC系列超级无压给料三产品重介质旋流器是国华科技于近年在国家重点新产品3GHMC系列重介质旋流器的基础上研发出来的超强处理能力、超强排矸能力、高效节能的重介质旋流器。通过对结构形式和结构参数的优化，大幅度调整了一、二段旋流器直径比和二段旋流器锥比，取消二段旋流器密度在线调节装置等，加大旋流器的剪切力，确保入料、排料通畅，原料煤中各密度物以更精确、更快捷的轨迹在旋流器的离心力场内实现精确分选。该厂选用的S－3GHMC440/200型超级旋流器与原有同直径的重介质旋流器相比，处理能力提高了2倍。尤其是一、二段旋流器连接管断面积的增大，基本杜绝了旋流器堵塞的生产故障。

6.2 采用了选前不脱泥、不分级的重介质选煤工艺

众所周知，选前不脱泥不分级的重介质选煤工艺有以下三个优点：

(1) 充分利用了重介质旋流器和煤泥重介质旋流器联合使用降低分选下限的优势，使得大量粗煤泥得到有效分选，减少了浮选作业的入料量。

(2) 简化了生产工艺，减少了设备台数，降低了基建和生产成本。

(3) 由于没有脱泥用水，使得煤泥水处理负荷大幅减少。针对彭庄煤矿原煤的煤泥产率高达27.05%、灰分为32.80%的情况，在工程设计中采用多种措施保证煤泥重介质旋流器有足够的处理能力和稳定的工作压力，及时将煤泥从合格重悬浮液中分离出来，避免了煤泥积聚。

6.3 主厂房采用大厅式布置

主厂房、压滤车间采用大厅式布置，顶部设有桥式起重机，每层都留有场地，便于维修量大或维修较频繁的设备进行检修。同类设备布置在同一平面，便于集中操作和管理。充分利用场地，设备布置紧凑合理，物料靠重力自流，减少了不必要的输送环节，减少了设备台数和动力消耗。

6.4 基建费用低

由于精心设计，采用了大型、高效、简化的工艺和设备，且设备布置合理紧凑，使得基建费用(含工业广场上的煤仓和皮带走廊)大大降低。实际投资费用不足5000万元，吨煤投资不到25元。

7、工程效果

该工程于2016年9月1日正式施工，2017年3月18日进行联合试运转，实际工期约7个月。不但建设速度极快，而且其工程效果令人满意。

7.1 入选原煤量及精煤产量

由于设计及设备选型先进可靠、工艺流程简化、设备布置合理、自动化程度高、工人上岗易于操作，选煤厂洗选系统设计处理量为400t/h，实际处理量为430t/h，比设计能力提高了7.5%。投产第一个月原煤入选量近9万t，第二个月就超过了15万t。2017年5月至2018年7月，总计入选原煤量突破了2.0Mt，月平均为138000t以上。月入选原煤量波动的主要原因为矿井来煤量的不稳定。投产15个月精煤总产量约97.8万t，月平均约为6.52万t。各月入选原煤量和精煤产量如图3所示。

图3 各月入选原煤量和精煤产量

7.2 产品质量

彭庄矿选煤厂要求精煤灰分小于9.00%，实际生产中因商品煤质量要求调整及考虑经济效益最大化，各月精煤灰分有所波动。投产15个月的精煤灰分波动情况见图4。

图4 精煤灰分波动情况

7.3 技术经济指标

选煤厂投产后，实际技术经济指标优于设计指标(见表4)。

表4 设计指标与生产技术经济指标对比

从表4可知：

(1) 根据GB29466《选煤电力消耗限额》修订稿的划分，炼焦煤选煤厂吨原煤电耗先进值(一级)为小于5.6kW·h，而彭庄矿选煤厂实际生产仅为4.3kW·h，是先进值的77%。

(2) 根据GB50359—2016《煤炭洗选工程设计规范》，对于分选混煤、末煤的选煤厂，吨原煤介耗(技术耗量)应小于2.0kg，而彭庄矿选煤厂实际生产仅为0.5～0.7kg，是设计规范的25%～35%，迈入了国际先进水平的行列。

(3) 根据GB/T18916.11—2012《取水定额第11部分：选煤》，对于炼焦煤选煤厂主要和辅助生产的吨原煤水耗(年入洗5.00～1.20Mt)为0.110m³，而彭庄矿选煤厂实际生产仅为0.068m3，是标准值的62%，亦为先进水平。该选煤厂虽然投产不久，但这三项主要技术经济指标均已迈入了先进行列，是十分可贵的。

7.4 生产利润

由于彭庄矿选煤厂设计先进可靠，处理量大，主选设备分选精度高，产品质量稳定，因此，取得了可观的企业效益(见表5)。

表5 各月经济效益

从表5可知，由于吨煤加工费用低，仅为12.16元，所以在当前煤炭市场形势下，吨煤利润达到了39.75元，投产15个月以来生产利润合计8600余万元，仅用11个月就回收了全部基建费用(按静态投资计)。

8、结语

国华科技在山东临沂矿业集团菏泽煤电有限公司彭庄煤矿选煤厂的工程设计中，结合原煤性质和产品质量指标，制定了合理实用的工艺流程，注重设备选型，选用了以S－3GHMC440/200型超级重介质旋流器为代表的大型、高效、简化的工艺设备，生产系统布置合理。建设工程速度快，仅用了7个月左右的时间就建起了一座年处理原煤2.0Mt的选煤厂，实际总投资不超过5000万元，吨煤投资不足25元。新建工程一次性投产成功，分选效果良好，实现了煤泥水闭路循环，达到了环保要求。由于工程总体水平先进、设备运行安全可靠、各项材料消耗少、劳动效率高，吨煤加工费仅为12.16元，吨煤利润为39.75元。投产15个月就生产出质量合格的优质精煤97.85万t，创造利润8600余万元，投产不到11个月就回收了全部基建费用。该项目的成功运行，提升了彭庄煤矿产品结构，取得了显著的社会效益和经济效益。

◎作者简介：李正明(1981—)，男，山西应县人，2006年毕业于安徽理工大学矿物加工工程专业，工学学士，唐山国华科技国际工程有限公司工程师。

◎引用格式：李正明，王敏鸽，孙经平，等．彭庄煤矿选煤厂的工程设计［J］．煤炭加工与综合利用，2019(3)：23－28．