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我國選煤廠整體設計水平已處國際領先，正從選煤大國向選煤強國邁進，創(chuàng)新在設計水平的提升上起到了重要作用，本文結合設計、生產實踐，介紹了設計、生產單位通過技術創(chuàng)新、裝備創(chuàng)新和手段創(chuàng)新取得的成就。

選煤工藝創(chuàng)新

1.1 以干擾床分選機為核心的高效煉焦煤洗選工藝

中煤邯鄲設計工程有限責任公司提出并應用了“脫泥有壓（或無壓）三產品重介旋流干擾床分選煤泥浮選”的選煤工藝，有效解決了重介分選介耗高、成本大、大直徑旋流器對粗煤泥分選精度低的問題。受到選煤同行的普遍關注，并在國內眾多煉焦煤選煤廠中得到廣泛應用，引領了選煤工藝的發(fā)展。

2005年5月，在徐州礦務集團張雙樓選煤廠率先采用了“脫泥有壓三產品重介旋流分選 TBS分選浮選”三段式煉焦煤洗選工藝，打破了傳統(tǒng)思維，開創(chuàng)了煉焦煤選煤廠設計的新局面。以TBS分選機為核心的煤泥分選設備有效解決了困擾選煤工藝環(huán)節(jié)中的粗煤泥分選問題。

2006-2012年，中煤邯鄲設計工程有限責任公司陸續(xù)設計的邯鄲礦業(yè)集團金地煤焦選煤廠（300萬t/a)、徐礦集團三河尖選煤廠（180萬t/a)、冀中能源西龐選煤廠（150萬t/a)、山西臨汾臺頭煤焦選煤廠（150萬t/a)，徐礦集團義安選煤廠（150萬t/a)等，均采用了“脫泥有壓三產品重介旋流分選 TBS分選浮選”三段式煉焦煤洗選工藝。由于該工藝介耗低、管理方便，同一時期，其他設計公司建成類似工藝選煤廠總數(shù)在全國超過了80座。

以采用該項工藝的徐礦集團三河尖選煤廠為例，技改當年即達到了設計指標，噸煤介耗小于1.3kg，選煤廠精煤灰分8.99%,精煤產率比技改前提高3.5%,噸煤電耗由9.31kW·h降為7.8kW·h,年銷售收人增加9000萬元。

與此同時，TBS使用的再創(chuàng)新得到了積極的推進。針對如何使TBS與工藝系統(tǒng)的密切結合，保證TBS的入料穩(wěn)定，保證TBS的頂水穩(wěn)定，以及如何對TBS精煤預脫泥脫水，設計生產單位做了大量的研究工作。2009年在徐礦集團張小樓選煤廠設計中，針對煤泥量大、煤易碎、矸石泥化的特殊情況，推出了“脫泥無壓三產品重介旋流分選 TBS分選浮選”三段式煉焦煤洗選藝，減少了煤泥水系統(tǒng)負荷。

1.2 四粒級選煤工藝的研究與應用

2011年，在峰峰集團邯鄲洗選廠設計項目中，為最大限度的穩(wěn)定煉焦精煤質量、提高產率，中煤邯鄲設計工程有限責任公司突破常規(guī)，提出了“四粒級分選”工藝。即脫泥無壓三產品重介旋流 TBS分選粗、細煤泥分級浮工藝。

主要技術指標：精煤灰分9.75%，中煤帶煤量(-1.40kg/L)1.71%，矸石帶煤量（-1.80kg/L)0.95%，精煤產率提高6.5%，噸煤介耗由1.47kg降為0.72kg，噸煤電耗由11.31kW·h降為9.84kW·h，年銷售收人增加12503.74萬元。

“四粒級選煤工藝的應用與研究”有效發(fā)揮了四種不同選煤方法及設備的優(yōu)勢，項目投產后通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會鑒定委員會的鑒定，結論為“該工藝實現(xiàn)了煤炭分選過程的精細化，對邯鄲洗選廠煤質波動大、煤泥含量高的特點有非常強的針對性和適應性。填補了國內外空白，工藝技術指標達到國際先進水平”，該工藝在中煤邯鄲（天津)設計公司承攬的神華寧煤集團大武口選煤廠改造工程等項目中得以應用。

1.3 動力煤脫粉工藝的應用

2013年以來，冀中能源段王礦商品煤硫分急劇上升、發(fā)熱量不穩(wěn)定，只進行 13mm粒級的洗選，已不能滿足市場的需求，由于缺少-13mm質量控制手段，在全國煤炭市場低迷的情況下，導致產品競爭力急劇下降、價格下滑、效益降低，為增強段王礦產品質量控制能力、提高產品競爭力、提高企業(yè)經濟效益，非常有必要對段王礦的末煤進行加工。

為了降低進入末煤分選系統(tǒng)的煤泥量及生產成本，簡化選煤工藝系統(tǒng)，設計考慮-3mm粒級不入洗，有效降低了煤泥水系統(tǒng)的負荷，與末煤入洗相比，該脫粉工藝由于水分未增加，反而提高了末煤產品的發(fā)熱量，省去了脫水干燥環(huán)節(jié)。通過對段王礦末煤洗選加工的可行性進行研究，最終確定了3mm干法篩分、13-3mm入洗方案，分選系統(tǒng)的入洗粒度下限為3mm，篩分效率因水分影響較大時可考慮將入洗粒度下限提高至6mm;極大簡化生產工藝、降低能耗、節(jié)約成本。

生產結果表明：當原煤外水在6.8%左右時，3mm干篩分篩分效率可達到75%上。

1.4 井下排矸工藝技術的研究

2012年在中煤集團的大力支持下，開展了井下排矸設備的選擇、井下排矸工藝的研究，對井下排矸與礦井井下運輸系統(tǒng)的協(xié)調及井下巷道峒室的布置等方面進行了系統(tǒng)研究，對井下排矸關鍵設備進行了大量調研，對井下洗矸的排放、填充與采煤的關系進行了動態(tài)仿真模擬。

2014年2月中國中煤能源集團有限公司組織有關專家對《井下毛煤機械排矸及矸石回填工藝關鍵技術研究與應用》進行了驗收，形成驗收意見如下：“首次系統(tǒng)地提出了井下毛煤機械排矸與充填工藝，對實現(xiàn)煤礦綠色開采提出了新理念、新思路、新方法。研究了大中型煤礦井下機械排矸、矸石充填工藝系統(tǒng)與配套裝備，適用于不同規(guī)模、不同煤質條件的井下機械排矸系統(tǒng)。研究了適用于井下機械排矸及矸石充填工藝的巷道硐室布置系統(tǒng)。研究成果符合國家綠色開采的發(fā)展方向，具有較好的應用前景”。

選煤裝備創(chuàng)新

2.1 塊煤降噪、防破碎裝置

中煤邯鄲設計工程有限責任公司研發(fā)的大運量螺旋溜槽，采用空間螺旋曲線，可使塊煤入倉速度恒定，入倉角度合理，在防止塊煤破碎的同時，還具備防堵倉功能。大運量螺旋溜槽過煤面采用耐磨材料構成（耐磨陶瓷、專用耐磨復合板和耐磨鋼），確保該設備使用壽命長，運行安全可靠。與其他塊煤防碎技術相比，螺旋溜槽靠煤的重力下滑，不會受操作因素影響，無機械故障，運營費用低，降低塊煤損失效果恒定，效益顯著。該產品已獲國家專利，具有國際先進水平。已在國內河南、河北、山西、內蒙、寧夏等眾多礦區(qū)推廣使用。近期又承擔了神華塊煤防破碎系統(tǒng)的研究。

2.2 礦井塊原煤的高效預排矸

為實現(xiàn)礦井塊原煤的高效預排矸，中煤邯鄲設計工程有限責任公司結合冀中能源邢礦集團章村礦選煤廠項目，在自生介質螺旋滾筒分選設備的基礎上，提出了重介螺旋滾筒洗選工藝。結合工藝要求，同時研發(fā)了重介螺旋滾筒設備。

該工藝的特點是采用低密度的重介懸浮液實現(xiàn)了高密度分選，系統(tǒng)簡單可靠，分選精度高，處理能力大。是國內第一個提出并應用該洗選工藝的設計單位。

邢礦集團章村礦無煙煤選煤廠，大于25mm的原煤含矸量高達60%以上，設計采用一套密度1.6k//L的懸浮液，實現(xiàn)矸石的2.0k//L高密度分選排矸，有效提升了入選原煤的質量。國內首創(chuàng)的重介螺旋滾筒排矸工藝及設備，實現(xiàn)了低密度、高效率排矸，在我們承攬的章村選煤廠項目中成功應用，目前正為工藝及設備下井及系統(tǒng)集成做技術準備。

2.3 圓錐形斜板沉淀池

其優(yōu)點為體積小，結構合理，圓錐形殼體不產生死角，沉淀效率高，結構簡單，使用方便，可以減少選煤廠的投資，是一種理想的水力分級設備。

設備體積小、占地少、有效沉淀面積大、沉淀效率高、裝配方便、入料靈活、投資省。可實現(xiàn)底流連續(xù)穩(wěn)定排放，實現(xiàn)了粗顆粒煤泥水力分級、濃縮，是實現(xiàn)煤泥水廠內循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，對煤泥水處理、環(huán)境保護有著重要的積極。

2.4 防竄倉電動裝車閘門

煤倉一般容量較大，少則300-500t，多則上萬噸，汽車裝車時，需要人工在倉下操作，以前出現(xiàn)過裝車閘門因斷電無法關閉，整倉煤全部排出，淹沒倉下設備，如果倉下有人，必將造成傷亡事故；我們的創(chuàng)新工作室通過調研，研發(fā)出“防竄倉電動裝車閘門”，可保證在斷電條件下裝車閘門自動關閉，有效保障倉下人員安全，是一種安保型設備，已推廣100臺以上。該設備申報了“防竄倉電動裝車閘門”專利，并獲得專利授權。

2.5 薄殼球倉

在葫蘆素礦井選煤廠設計中，中煤邯鄲設計公司首次將薄殼球倉引入選煤廠儲煤系統(tǒng)，開創(chuàng)了煤礦儲煤設施的新紀元。其施工順序為先進行地下暗道施工，再進行球倉環(huán)梁施工，環(huán)梁施工完后把主要施工設備和建筑材料運至環(huán)梁內，依次固定膜、吹膜，噴聚發(fā)泡氨酯保溫層（厚50mm)，固定鋼筋，逐層噴漿。較之筒倉，其施工速度提高了一倍，施工人員減少3/4。不僅儲量大，而且美觀，未來這種儲煤設施將展現(xiàn)出更強的生命力。

設計手段創(chuàng)新

3.1 三維設計

近些年三維設計已被國內外設計行業(yè)公認為表達創(chuàng)意與理念；輸出高質量成品的最佳設計手段。目前中煤邯鄲設計工程有限責任公司在選煤廠方案和施工圖設計階段已全面推廣應用三維設計。

選煤廠方案設計階段，通過構建廠房三維可視化模型，直接輸出三維動畫和車間內部設備布置渲染圖。施工圖設計階段可實現(xiàn)定型設備、非標結構件、管道的建模和成品的生成?？山鉀Q二維設計復雜非標件表達不直觀、拆件繁瑣、修改工作量大的問題，以及避免工藝管道、非標結構件、電纜橋架、土建梁柱產生交叉干涉的問題，在提高設計效率的同時，將設計成品的校審，變?yōu)槭虑翱刂?，大大減少了校審工作量。三維設計的引入，不僅可有效地解決設計中經常出現(xiàn)的“碰撞”“漏缺”問題，而且提高了設計效率。

3.2 仿真設計

在選煤廠設計中，煤炭在設備中的流動，存在煤炭顆粒之間的接觸和分離、相互運動、接觸力和能量的聯(lián)系，無法采用單粒子運動學方程進行求解。顆粒系統(tǒng)的離散元素法是求解與分析復雜離散系統(tǒng)的動力規(guī)律與動力學特性的一種新型非連續(xù)介質力學數(shù)值方法，運用計算機仿真技術，分析諸如煤炭顆粒等離散物質系統(tǒng)動力學。該技術通過建立固體顆粒系統(tǒng)的參數(shù)化模型，進行顆粒行為的模擬和分析，為解決煤炭顆粒運動學復雜問題提供了一個平臺。離散元素法的動態(tài)仿真的重點是建立模型，而建立模型的關鍵點是確定各種物理參數(shù)，為此通過實驗方法測得煤炭顆粒的摩擦系數(shù)、泊松比等煤炭顆粒運動的參數(shù)，并模擬了煤炭顆粒運行狀態(tài)，與計算機仿真比較，矯正輸人的仿真參數(shù)，保證動態(tài)仿真結果的準確性。

在煤炭運動的動態(tài)仿真中，通過設置參數(shù)、物理和材料屬性、定義原型顆粒和幾何體，創(chuàng)建粒子工廠進行仿真計算，最終得到數(shù)據(jù)分析和仿真視頻，為選煤廠設計提供理論依據(jù)。該技術已應用在螺旋溜槽、曲線溜槽、地面轉載等環(huán)節(jié)設計中，為減少塊煤破碎、降噪防塵、合理利用空間等提供了強有力的理論支撐，從而提高了設計效率和質量。

結語

未來一個時期，煤炭在我國一次能源消費中仍將占主導地位，大力發(fā)展高精度煤炭洗選加工，實現(xiàn)煤炭深度提質和分質分級，加快推動能源消費革命，進一步提高煤炭清潔高效利用水平，有效緩解資源環(huán)境壓力，作為知識、技術、人才密集型的設計研究單位，任重而道遠。

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