济宁二号煤矿矿井于1997年11月8日建成投产，曾荣获中国建筑工程质量最高奖—鲁班奖，设计生产能力为4.0Mt/a，2003年产量突破6.0Mt/a。济宁二号煤矿选煤厂是其配套选煤厂，为矿井型选煤厂，设计入洗原煤4.0Mt/a。选煤厂现有生产工艺：300～75mm原煤采用动筛跳汰机排矸，75～0mm原煤采用无压三产品重介质旋流器分选工艺，粗煤泥采用浓缩分级旋流器+弧形筛+高频筛回收，细煤泥采用浮选工艺回收，浮选尾矿采用两段浓缩两段回收工艺，煤泥经沉降过滤离心机及压滤机联合回收，主要产品为2号精煤、混煤、煤泥和矸石。

济宁二号煤矿煤种为气煤和气肥煤，具有低灰、低磷、低硫、高发热量、高流动度等特点，是优质的炼焦、动力、化工、造气、冶金、水煤浆用煤。随着开采的原煤煤质逐渐变差，现有动筛跳汰排矸系统难以满足生产和市场的需求，因此有必要对现有系统进行改造。

1 原煤排矸系统存在的主要问题

原煤排矸系统主要用于矿井原煤地面运输、预先分级和排除大块矸石，提高煤炭质量，并与矿井原煤生产和提升运输系统相配套。济宁二号煤矿选煤厂入选原煤为极难选煤。2000年初，因矿井毛煤含矸量大，增加了2套动筛排矸系统，选用德国KHD公司ROMJIG20.500.808KHD－3型动筛跳汰机进行预先排矸，处理毛煤1200t/h。

随着济宁二号煤矿矿井提升原煤煤质的恶化，选煤厂现有块煤动筛排矸工艺已经不能满足矿井生产和市场的需求，主要存在以下问题：

(1) 块原煤经预先排矸后，所得块精煤产品质量不稳定且灰分偏高，无法满足用户对块精煤的质量要求。

(2) 动筛排矸系统分选精度低，块精煤产率低，矸石带煤严重，导致块精煤产量下降，经济效益差。

(3) 动筛跳汰机使用年限久，维护工作量大，维修时间长、费用高，增加了吨煤生产成本。备品备件供应不及时，设备发生故障时影响生产的时间较长。当出现故障时，原煤排矸系统入选原煤量减少，影响矿井正常生产。

济宁二号煤矿选煤厂现有大于75mm块煤排矸工艺已与现有煤质不相适应，且设备老化、分选精度低等，影响选后产品销售和选煤厂经济效益，急需进行系统改造。

2 原煤排矸系统改造

2.1 改造前工艺流程

矿井来煤至动筛车间，经φ300mm分级筛预先分级，筛上+300mm物料(主要是大块矸石)排弃，筛下-300mm物料入φ75mm分级筛；分级筛上300～75mm物料至动筛缓冲仓，经给煤机入动筛跳汰机，分选出块精煤和块矸石，煤泥水车间内的煤泥采用脱水筛回收后掺入-75mm物料。块精煤产品可经破碎机破碎至-75mm后，与筛下物料一起至重介车间采用无压三产品重介旋流器再选，也可不破碎直接出块精煤产品。筛下-75mm原煤至带式输送机经地面运输系统至原煤仓，经仓下给煤机至带式输送机运输至重介车间分选。济宁二号煤矿选煤厂改造前工艺流程见图1。

图1  选煤厂改造前工艺流程示意

2.2 改造原则

(1) 针对选煤厂目前存在的问题，采取高效可行的改造方案。

(2) 根据选煤厂实际生产情况，改造选用先进、高效的选煤工艺，增加精煤产率，使煤炭资源利用率达到最大化，降低生产成本，提高企业经济效益。

(3) 改造中，尽量利用原有设施、建筑物、构筑物，尽量减少对原有系统的影响，降低工程造价，缩短施工工期，减少对矿井和选煤厂正常生产的影响。

2.3 改造后工艺流程

(1) 原煤分级破碎。矿井提升的毛煤经分级后，+200mm入破碎机破碎至-200mm。

(2) 重介分选系统。200～50mm块原煤采用重介浅槽分选，分选出精煤和矸石两种产品。

(3) 产品脱介、脱水系统。重介浅槽溢流经固定筛、精煤脱介筛脱介脱水后进入改造后的精煤破碎机，破碎至-50mm后可进入现有产品运输系统至地销仓储存销售，也可进入现有无压三产品重介旋流器分选系统，也可不破碎直接作为块精煤产品。浅槽矸石经脱介筛脱介脱水后直接作为矸石产品。

(4) 介质回收及添加系统。精煤固定筛筛下分流后的合格介质以及各脱介筛合格段合格介质均返回合格介质桶循环使用。固定筛下合格介质分流部分、精煤稀介质和矸石稀介质入磁选机，磁选精矿返回合格介质桶循环使用。介质添加方式采用合格磁铁矿粉加水配制成浓介质，输送至介质系统。

(5) 煤泥水回收系统。固定筛筛下水、磁选尾矿经煤泥水桶收集后经泵输送至分级旋流器分级，分级旋流器底流经弧形筛、高频筛脱水回收后至131或1221带式输送机；分级旋流器溢流、弧形筛筛下水、高频筛筛下水至浓缩池进行后续处理。济宁二号煤矿选煤厂改造后工艺流程见图2。

图2  选煤厂改造后工艺流程示意

2.4 设备选型

在确定洗选工艺的基础上，选择技术先进、运行稳定可靠、经济合理的设备，并尽量利用原有设备。部分设备考虑核心部分、关键部分、技术含量高的部分从国外引进，其他部分国产，既可保证设备的先进行、可靠性，同时又能节省投资。根据相关规范要求，设备选型时要考虑系统的不均衡系数，煤流系统的不均衡系数取1.15，煤泥水系统的不均衡系数取1.35，矸石系统的不均衡系数取1.5。主要设备选型情况如表1所示。

表1  主要设备选型表

所有设备均采用经生产实践考验并通过国家鉴定的国内先进设备，参照高能耗机电设备(产品)淘汰目录(2012年4月版)和产业结构调整指导目录(2011年)，不再选用Y、Y2、Y3系列电机。设备选型过程中，尽量选用同规格的同类设备、大型部件(包括电动机、减速器、泵类)，减少备品、备件的种类，以节省生产成本。

2.5 车间工艺布置

来自矿井的-200mm原煤至动筛车间35.10m平面，通过分叉溜槽进入30.30m平面新增2台YAHg2448型原煤分级筛(圆振动筛)，筛缝φ=200mm，经原煤分级筛后分为+200mm和-200mm。+200mm原煤进入23.70m平面新增的2台双齿辊破碎机，破碎至-200mm入现有动筛跳汰机入料缓冲仓。-200mm原煤进入23.70m平面新增2台CRS1818－50型原煤分级筛(交叉筛)，筛缝φ=50mm，经分级筛后分为200～50mm和-50mm。200～50mm入现有动筛跳汰机入料缓冲仓，50～0mm原煤至3.60m平面1221或131原煤带式输送机进入现有的运输系统。缓冲仓原煤经给料机给入新增的1台φ=3mm原煤脱泥筛(固定筛)，筛上物料入13.50m平面新增的1台重介浅槽分选机。重介浅槽分选机分选出两种产物，轻产物经固定筛一次脱介，至11.10m平面新增的1台3048型φ=1.5mm块精煤脱介筛(单层直线筛)脱介，筛上物直接入1217块精煤带式输送机，块精煤经1217块精煤带式输送机转载入7.20m平面改造后的双齿棍破碎机，破碎机出料至3.60m平面1221或131原煤带式输送机进入现有的运输系统；重产物至11.10m平面新增的1台2448型φ=1.5mm矸石脱介筛(单层直线筛)脱介，筛上物料至811带式输送机进入现有的运输系统。

固定筛筛下与脱介筛筛下合格介质至±0.00m平面新增的合格介质桶循环使用；精煤固定筛筛下部分合格介质经分流后和精煤脱介筛和矸石脱介筛筛下稀介质至7.20m平面新增的2台1219×2972型湿式逆流单滚筒磁选机，磁选精矿至±0.00m平面新增的合格介质桶循环使用；脱泥筛筛下水和磁选尾矿至±0.00m平面新增的磁尾桶储存，经±0.00m平面1台新增磁尾泵输送至23.70m平面新增1组φ500浓缩分级旋流器；浓缩分级旋流器底流至16.20m平面新增1台煤泥水脱水弧形筛，弧形筛筛上物至11.40m平面新增1台高频筛，高频筛筛上物料至131或1221原煤带式输送机进入现有的运输系统；旋流器溢流、弧形筛筛下水、高频筛筛下水至浮选系统或至浓缩车间。

3 改造效果

3.1 改造前后最终产品平衡表

济宁二号煤矿选煤厂排矸系统进行改造后，产品结构更为合理。表2和表3分别为改造前和改造后的产品平衡表。

表2  改造前最终产品平衡表

表3  改造后最终产品平衡表

对比表2和表3，表明改造后效果非常明显，精煤产率提高5.93个百分点，灰分下降9.8个百分点，精煤产率和质量都大大提高，有效改善了煤中带矸、矸中带煤的现象。单从产品块精煤来看，可有效增加选煤厂的经济效益。

3.2 效益分析

3.2.1 吨煤单位成本

原煤入洗量：改造前后入洗原煤量未增加。

辅助材料：改造后因洗选工艺变化，辅助材料费提高，经计算吨煤增加辅助材料费1.0元/t。

工资：按平均60000元/(人·a)计算，新增劳动定员9人，共计增加人工成本54万元。

福利费：按照工资总额的14%计取。

电力：电价0.6元/(kW·h)，吨煤电耗为0.48kW·h。

管理费用：按照工资总额的120%计取。

维修费：按固定资产原值的2.5%计算。

折旧费：直线折旧法计算新增固定资产折旧，建筑工程40a，设备15a。

摊销费：按基建投资的3%计算，分10a摊销。

以上内容合计，共增加单位成本1.76元/t。

3.2.2 营业收入与利润、投资回收期估算

产品煤：含税价格为1000元/t，设计年产量528万t。经计算，该项目投产当年营业收入为2755.1万元，利润总额为1220.10万元，税后投资回收期(投产后)为2.38a。

4 结语

济宁二号煤矿选煤厂原煤排矸系统动筛改造实施后，降低了原煤预排矸系统的管理难度，缩短了设备维护时间，降低了工人劳动强度，入选原煤质量大幅提高，产品产率和质量得到提高，同时也减轻了对后续分选作业的影响。改造投产后，选煤厂每年将会增加利润上千万元，具有良好的经济效益和显著的社会效益。

◎作者简介：索永建(1987—)，男，甘肃庆阳人，2011年毕业于黑龙江科技大学矿物加工工程专业，工学学士，中煤科工集团北京华宇工程有限公司工程师。

◎引用格式：索永建．济宁二号煤矿选煤厂原煤排矸系统改造探讨［J］．煤炭加工与综合利用，2020(4)：16－19