为激发选煤科技工作者对科研和生产创新活动进行总结的积极性，进而提升行业整体创新能力，2018年8月《选煤技术》编辑部发起了“年度最具影响力优秀论文”评选活动，拟在今后每年《选煤技术》刊载的学术论文中遴选出10篇优秀论文，并对优秀论文作者进行表彰和奖励。

“首届(2018年)年度最具影响力优秀论文”评选以公开、公平、公正为原则，首先采用学术定量评价方法，以中国权威网络出版平台——中国知网2018年10月26日发布的“被引量”和“下载量”数据为基础，遴选25篇论文入围网络投票，然后通过《选煤技术》编辑委员会和青年专家委员会网络投票和评审专家定性评价，最后评选出了10篇优秀论文。首届评选活动得到了选煤同仁的普遍支持，在业内反响良好。

“2019年度最具影响力优秀论文”评选在中国知网数据的基础上增加了万方数据知识服务平台的数据，从而使论文评选的基础数据更加全面。本年度评选采用的是该两大数字出版平台于2020年11月10日发布的论文引用和下载数据。经过网络投票和12位行业专家定性评价，并经《选煤技术》主编(1位)、副主编(2位)合议，《选煤技术》2019年最具影响力优秀论文评选工作已圆满完成。现将结果公布如下。在此向获奖论文作者表示祝贺。

01《我国干法选煤技术发展现状与应用前景》

“贫油、少气、富煤”是我国化石能源的赋存特点，因此煤炭成为我国的基础能源和主导能源。我国是世界第一煤炭生产和消费大国，2015年一次能源消费结构中煤炭约占63.70%，2017年降到60.40%。据预测，2020年和2030年煤炭在我国一次能源结构中的比例仍将分别保持在62%和55%左右。1978—2017年我国煤炭产量由6.20亿t增长到35.20亿t，煤炭为我国国民经济发展做出了巨大贡献，但也带来了严重的环境污染。

我国煤炭资源禀赋差，低品质煤储量约占保有储量的40%，灰分小于10%的特低灰煤储量仅占保有储量的15%～20%，硫分大于1%的中高硫煤储量占煤炭资源总量的33%。我国动力煤的平均灰分为28.60%，平均硫分为1.01%，洗选混配后的煤炭平均灰分为15.50%、平均硫分为0.66%。随着科学技术的进步，新能源在能源消费中所占比例不断提高，但由于我国能源结构限制，在未来较长时期，我国的主导能源仍为煤炭。由于我国环境保护的需要和国民对生活环境要求的提高，加大煤炭清洁化利用的力度势在必行。

1 我国选煤工业发展现状

煤炭是我国最大的空气污染源，约80%的CO₂、85%的SO₂、67%的NO_x、70%的悬浮物来自燃煤。选煤是煤炭洁净利用的源头和基础，其是采用机械或物理化学方法去除原煤中的有害杂质，改善煤炭质量，使其满足某种特殊用途，从而实现煤炭的清洁、高效利用的过程。每入选1亿t原煤，可排除矸石和黄铁矿硫1800万t、150万t，减少二氧化硫排放量49万t；同时，煤炭经过分选提质后，燃烧效率可提高10%～15%，铁路运力可节约18%。

改革开放40年来，我国选煤工业取得了举世瞩目的成就，新技术、新装备、新工艺不断涌现，选煤装备大型化、多样化，大型、特大型选煤厂得到了快速建设。特别是“十二五”期间，我国选煤工业发展更加迅速。2015年我国原煤入选量达到24.70亿t，入选率为65.90%，原煤入选能力比2010年增长8亿t，达到了26亿t。动力煤入选比例快速增加，2015年入选率达到53.50%，入选量达到14.70亿t，实现了历史性的突破。新建选煤厂年处理能力明显提高，2015年入选能力超过10Mt/a的超大型选煤厂57座，入选能力占全国总入选能力的25%，选煤技术和装备都具备世界先进水平。最大炼焦煤选煤厂和动力煤选煤厂的入选能力分别达到16Mt/a和35Mt/a。

1978—2017年我国原煤入选率由16.70%提高到70.10%，但距2020年原煤入选率达到80%以上的要求仍有很大差距。我国炼焦煤已实现全部入选，动力煤入选比例在快速增加，但目前仍旧较低，入选率仅为56%，因此未来提高原煤入选率主要集中在动力煤领域。由于我国动力煤大多属于不粘煤、长焰煤和褐煤等，如果采用传统湿法选煤工艺对其进行分选，则煤泥入水后水分增加、发热量降低，影响选煤厂的经济效益，进而在一定程度上制约煤炭企业洗选动力煤的积极性和主动性。为提高动力煤入选比例，煤泥提质和减量化生产势在必行。在动力煤洗选过程中，要尽量减少进入分选系统的粉煤量，即粉煤尽可能少下水，最好不下水。

2 干法选煤的必要性和干法选煤设备发展现状

2.1 干法选煤的必要性

山西、陕西、内蒙古、新疆等产煤大省大都干旱缺水，加之储量较大的褐煤、长焰煤等煤种及部分煤中的矸石遇水极易泥化，如果采用湿法洗选工艺对其进行加工，则需要建设庞大的煤泥水处理系统，不但会产生大量低发热量、难以销售的煤泥，而且建设投入高昂，系统维护复杂，导致企业经营成本居高不下。此外，每年冬季我国东北、西北地区的煤矿还需要投入大量费用，用于解决产品装储冻车、冻仓等问题。

湿法选煤中的浅槽重介分选机、跳汰机等设备，具有使用经验成熟、设备处理能力大等优点，在动力煤块煤分选中得到了广泛应用。如果动力煤末煤采用湿法选煤工艺分选，则存在精煤水分高、煤泥水处理系统负荷大、原煤易泥化时煤泥产量大等问题，末煤入选比例受到明显制约。为了减少煤泥产量，传统做法是采用动筛跳汰机或浅槽重介分选机预先排矸。采用无压重介质旋流器工艺对其全部分选，可以减少次生煤泥量，且对后续的煤泥水处理有利，但无法避免低阶煤与水接触，不能从根本上解决低阶煤遇水泥化的问题。即使是适合湿法分选的煤种，且所在地区不缺水，如果产品定位为动力煤，则原煤只需排矸即可，采用流程简单、投资较少的干法分选就能满足要求，没有实施深度分选的必要。

干法选煤可以有效避免末煤湿法分选产生的煤泥问题，采用干法选煤工艺分选易泥化末煤时，分选精度低于重介质旋流器和跳汰工艺，但末精煤产率高、水分低，精煤发热量高于水洗精煤发热量。此外，末煤干选过程中无需水，不需要煤泥水处理系统，投资运营成本均可大幅降低。干法选煤能够避免煤与水接触，尤其适用于寒冷、水资源短缺地区的煤炭分选。我国动力煤多以褐煤、长焰煤和不粘煤等低阶煤为主，以发热量计价的特点决定了片面追求降低入选下限和灰分而忽视选后产品水分的提升，尤其是原煤全粒级洗选时，尽管产品灰分有所降低，但与原煤中的同粒级相比，＜3(6)mm粒级产品的水分大幅提高，导致洗选产品发热量不升反降。另外，当前各煤矿矿井＞50(80)mm粒级的煤矸分离大多沿用传统的人工拣选或动筛跳汰机、浅槽重介分选机等排矸，随着用工成本的增高及选煤厂自动化、智能化升级改造的加速，机械排矸代替人工拣选成为大势所趋。

综上所述，研究开发和推广应用干法选煤技术，可为我国干旱缺水、冬季严寒的产煤地区及其它不适宜采用湿法工艺的煤炭开辟一条新的分选途径。

2.2 干法选煤设备发展现状

近年来，我国干法选煤装备取得了重大发展，在全世界居于领先地位，为动力煤入选发挥了重要作用，并成功应用到冶金炼焦煤选煤厂的预排矸环节。目前，干法选煤应用比较成熟的主要有复合式干法分选机、风力干法分选机、空气流化床重介分选机、块煤智能分选机等，应用最普遍的是复合式干法分选机。

2.2.1 复合式干法分选机

复合式干法分选机的工作原理是：物料被给到分选床后，在多重作用力(振动力和风力)影响下，物料按密度上下分层；在垂直于床面长度方向的振动力作用下，床面的底部物料向背板方向运动，受到背板的阻挡后向上运动；床面上部的低密度物料在向上运动物料的推力和重力双重作用下，从排料边排出；高密度的矸石逐渐移动到矸石排料端，并从此排出，从而完成分选过程。排料端的精煤、中煤、矸石灰分逐渐增高，可以根据需要分选出多种产品。

复合式干法分选机最先由原煤炭科学研究总院唐山分院开发研制，并通过部级鉴定。唐山神州机械有限公司与中国矿业大学通过“产学研”合作，研究了复合式干法分选床中颗粒密度分布特性，协同优化了振动参数、气流参数、床面结构(格条、布风板、背板等)，提高了设备分选精度，并降低了分选下限，可实现＞1mm粒级物料的较好分选。同时，他们研究了振动与气流复合作用下料层厚度和密度的分布特性，提出风量、风压调控机制，实现了大床面梯级稳定布风。此外，他们研究了分选过程中煤炭颗粒与大型振动床面的交互作用，建立了分选床振动动力学模型；并研究了大型分选床动力学，优化了床体结构，实现了变载荷床体的稳定振动，提高了分选机的可靠性。

当前复合式干法分选机推广应用取得了突破，该设备的总洗选能力已经超过1.50亿t。复合式干法选煤机在大型化、智能化、系列化方面得到了不断完善，并已进入国有大型煤炭企业的主力选煤厂，且已出口到21个国家。

2.2.2 风力干法分选机

风力干法分选与湿法跳汰分选原理相似—在高频激振和恒压风、脉动风共同作用下，物料不断松散、沉降，并逐渐按密度实现分层；在床面往复振动作用和上升气流作用下，粒群逐步松散并产生离析，细而轻的煤粒被吹到上表层，沉而重的矸石处于下层，从而实现煤与矸石的分离。20世纪90年代，风力干法分选机在我国有所介绍，随着复合干选技术的不断推广，单纯的风力选煤已鲜有介绍和应用。

2.2.3 空气流化床重介分选机

传统干法选煤以空气作为分选介质，分选密度与介质密度差异大(比值大于103)，气固分选系统不稳定，在有限的空间和时间内难以实现煤炭的精确分离。空气流化床重介分选机是一种利用流态化进行煤炭分选的设备，粉体在介质床中借助上升的均匀气流，得到一种具有流体特性的似流体，用于代替湿法重介选煤中的重介悬浮液。

1984年中国矿业大学教授陈清如开创了空气流化床重介选煤研究，并完成了工业性试验。自1998年以来，赵跃民教授团队进一步在基础理论、关键技术和工程实践方面进行了科研攻关，并提出了气固流态化干法分选理论，同时发明了新一代干法选煤系统。自2006年以来，中国矿业大学与唐山神州机械有限公司通过“产学研”合作，研制出新一代空气流化床重介分选系统。这种模块式空气流化床重介选煤系统和设备均取得了重大突破，其示范工程运行效果显示各项工艺指标均符合设计要求，有效拓宽了干法分选炼焦煤的途径。

2.2.4 块煤智能分选机

常规的大块煤炭分选方法有人工手选、浅槽重介分选机和动筛跳汰机排矸等。浅槽重介分选机主要用于＞13mm粒级块煤的分选，其主要缺点包括三个方面：一是系统相对复杂，生产成本高；二是受磁铁矿粉性质的限制，分选密度上限低，不能对1.80～2.20g/cm³之间的中煤有效回收；三是维修量大，运营成本高。动筛跳汰机的缺点是要求入料均匀，否则易发生矸石带精煤的问题，矸石带煤率有时高达20%；此外，由于设备工作过程中筛板自身发生运动，导致介质性质不稳定，介质密度波动较大，故动筛跳汰机的分选精度低于浅槽重介分选机。为减少介质密度波动对分选过程的不利影响，通常动筛跳汰机要求入料粒度下限在50mm以上。此外，无论是浅槽重介分选机还是动筛跳汰机，在处理易泥化煤或矸石时，均需要相应的煤泥水处理系统。

为代替劳动强度大的人工拣矸，简化工艺流程，减少项目投资，近些年国内外开始大力开发大块煤的智能分选系统，用于对300～50mm粒级块煤进行分选。常见的块煤分选系统按分选机理分为γ射线识别、X射线识别、色差智能识别三种。新型智能干选系统由给料系统、检测系统、决策系统、执行系统组成，一般采用X或γ射线等识别煤与矸石，采用压缩空气喷嘴作为执行机构。目前，国内已有数套此类系统成功运用。

3 干法选煤的适用性

我国选煤工业源于生产冶金炼焦煤，包括后来的冶金喷吹煤，由于冶金煤要求的质量指标较高，大家潜意识中自觉不自觉地把干法与湿法选煤系统进行对比，却忽视了干法选煤的适用性和用户对产品质量的需求。针对动力煤分选提质，不少煤炭企业一度对湿法选煤产生的煤泥一筹莫展，为了避免矸石泥化和末煤下水产生煤泥而不惜重金投入脱粉环节。干法选煤恰恰能够有效避免低阶煤或动力煤与水接触产生煤泥的难题，同时也能避免湿法选煤后水分增加带来的产品发热量没有明显变化甚至不增反降的问题。与冶金用煤要求的质量指标相比，当前煤化工需要的原料煤和燃料煤及发电用煤较低，干法选煤完全可以满足此类用户要求。

3.1 复合式干法分选机的适用性

内蒙古矿区榆树井选煤厂是一座原煤洗选能力为6.00Mt/a的矿井型动力煤选煤厂，入选煤种为不粘煤。经水洗后末煤发热量增加有限，精煤产率偏低，特别是矸石浸水后产生大量高灰细泥，不但影响末煤质量，而且煤泥脱水效果差，滤饼水分高、发热量低。由于原煤分选效果差，精煤产率低，煤泥量大，经济效益差等原因，近些年榆树井选煤厂处于停产状态。2017年经过对比论证后，采用复合式干法分选系统对原水洗系统进行改造，并获得了成功，不但避免了水洗带来的种种问题，而且产品煤质量大幅提高且稳定。有些煤炭无法通过湿法选煤提质，如储量很大、易泥化的褐煤和嵩山煤矿无烟煤。这类煤中＞13mm粒级产率只有5.95%、灰分高达65.85%，＜0.5mm粒级产率高达33.14%，煤和矸石都易泥化。2015年采用复合式干法分选机对其进行工业性试验，结果表明：精煤发热量提高了3.37MJ/kg，硫分下降0.49个百分点，达到了预期目的。

随着矿井开采设备的大型化、重型化、自动化、智能化发展，矿井可以采取的控制煤质措施越来越少。同时，随着矿井开采年限的延长，原煤质量越来越差，选煤厂为提高和维持原有处理能力，特别是降低吨煤加工费用，利用干法选煤工艺预排矸的必要性越来越强。目前，淮北矿区为临涣选煤厂供应入选原煤的多个矿井均采用了复合式干法选煤工艺，用于预先排除矸石，降低原煤灰分，减少无效运输，提高精煤产率，所取得的经济效益和社会效益均十分显著。

复合式干法分选机的数量效率在90%以上，有效分选粒级在100～3mm之间，可能偏差在0.15～0.25g/cm³之间；其与跳汰机的分选效果相差不大，但投资成本和生产成本远低于后者，最大的优势是无需水，省去了在选煤厂投资成本和生产成本中占很大比例的煤泥水处理系统。目前，最大复合式干法分选机的入料上限为100mm，受分选原理和设备大型化的限制，其不能处理粒度大于100mm的块煤。

3.2 块煤智能分选机的适用性

块煤智能分选机通过射线对煤与矸石进行识别，采用压缩空气喷嘴作为执行机构对煤与矸石进行分选，需要设置将物料进行单层平铺或排队的布料系统。当分选粒度降低时设备处理能力大幅下降，系统投资明显增高，笔者认为分选＜50mm粒级原煤，特别是＜20mm粒级原煤不可取，将其作为代替人工拣矸和动筛跳汰机、浅槽重介分选机排矸较为合适。

3.3 空气流化床重介分选机的适用性

空气流化床重介分选机已成功用于块煤分选，分选精度较高。当用户对块煤质量要求和产品附加值较高时可以考虑选用，但当前技术对原煤水分要求较为严格。

4 发展前景及建议

4.1 干法选煤的发展前景

干法选煤符合“矸石减量化，煤泥减量化，节约水资源，绿色环保，低碳高效”的选煤发展大趋势；符合“无人值守，有人监控”的智能化控制模式；符合“企业自然属性—追求利润最大化”的运行成本低的良性循环状态。随着全社会对环保的日益重视和国家煤炭清洁高效利用行动计划的实施，发展煤炭洁净利用技术刻不容缓，进一步研究开发新的干法选煤技术和设备十分必要。随着采掘机械化、自动化、智能化程度的大幅提高，综采放顶煤技术的全面推广应用，中小煤矿资源的不断整合，在采煤工作面单产大幅提高的同时，原煤含矸率大幅增加。同时，由于煤炭资源枯竭的制约，不少以往丢弃的边角煤、构造煤也不得不开采出来，导致原煤中的矸石量大大增加。根据目前掌握的情况，这部分原煤普遍含矸在15%以上，导致原煤质量大大恶化，其发热量下降尤为严重。采用干法选煤工艺分选动力煤、化工用煤和低阶煤，具有良好的技术经济效益；同时，采用干法选煤工艺对冶金用炼焦煤、喷吹煤实施预排矸，可以大大减少进入主选系统的矸石量，其将成为未来发展方向。

4.2 干法选煤发展建议

(1) 建设现代化大型干法选煤厂。当前干法选煤技术得到了快速发展，但在推广应用中还存在一些问题。建议未来要推进干法选煤装备加工制造、干法选煤工艺设计的规范化和标准化；开发大型干法选煤装备，完善千万吨级大型干法选煤厂的配套装备，建设大型干法选煤示范厂，引导行业人士“认知”的转变，促进干法选煤的推广应用。

(2) 开发推广煤炭井下干选技术，实施采－选－充一体化。煤炭井下分选可以减少矸石无效运输，降低运输、储存和地面选煤成本，减少环境污染。开发工艺简单、装备可靠的井下干法选煤技术，建设井下智能干法选煤厂，实现井下煤炭原位干法分选，可以有效避免地面采动破坏，消除矸石山占地与环境污染，节省土地资源，减少能源消耗。随着对充填开采研究的不断深入，实现采－选－充一体化的时机日益成熟。建议未来新矿井建设初期，将采－选－充－填工艺统一考虑，系统设计，同时建设，既可节省投资，又能够优化布局。构建深地煤炭资源流态化开采体系，包括无人采掘、智能分选、原位转化、充填调控、高效传输等。

(3) 块煤智能干选精准定位。建议块煤智能干选结合自身特点精准定位，加大研发与推广力度，降低制造成本，降低煤炭加工运行成本，还要通过扩大推广应用规模，降低建设或改造投入，最大限度地替代人工手选，将选煤厂手选工彻底解放出来，以适应企业转型升级和社会发展需要。

(4) 优势互补，开发组合高效型全粒级干选工艺系统。采用不同干选工艺设备的组合，实现原煤全粒级干选，或对现有动力煤选煤厂进行升级改造，实现块煤湿法分选和末煤干选相结合，以达到稳定提高末煤质量和丰富动力煤产品结构的目的。干法选煤技术开发和不同干选设备的工程应用，为大幅提高我国动力煤入选比例提供了一种有效的解决方案。合理的组合工艺对提高冶金用煤选煤生产效率，降低运行成本，增加企业综合效益，提高自动化和智能化水平，将会起到积极作用。

(5) 加大空气流化床重介分选技术研究。进一步加大空气流化床重介分选设备的科技攻关和技术突破，使其在降低分选下限和设备投资等方面有所突破。这类设备将在炼焦煤低密度高精度分选和非煤矿石分离领域有着广阔的应用前景，或将彻底改变选煤工业现有干法和湿法选煤设备的应用局面。

◎作者简介：张振红(1968—)，男，河南濮阳人，教授级高级工程师，工程硕士，从事选煤厂规划设计、工程施工、生产技术和煤质管理及煤炭产品应用、煤炭销售等工作。

◎引用格式：张振红.我国干法选煤技术发展现状与应用前景［J］.选煤技术，2019(1)：43－47，52.