TDS智能干选机在东曲选煤厂的应用

李文儒，刘国超

(西山煤电(集团)有限责任公司 东曲选煤厂， 山西 古交 030200)

东曲选煤厂属于矿井型选煤厂，采用脱泥无压三产品重介旋流器分选+粗煤泥TBS分选+细煤泥浮选的联合工艺流程。原煤选前准备系统采用常规的筛分+手选+破碎作业流程，即毛煤通过道条筛(分级粒度130 mm)分选大块矸石，道条筛筛下物再经振动筛(分级粒度50 mm)进行筛分，振动筛的筛上物经手选拣除矸石及杂物后进入破碎机破碎,与振动筛筛下物混合进入原煤洗选系统。

1 排矸系统改造前存在的问题

1) 矸石带煤量大，后期不易治理。

根据8#、9#毛煤筛分试验报告结果，+50 mm物料中含煤率高(最高为14.01%). 该厂排矸系统无法有效分选+130 mm大块煤，道条筛只针对物料的形状尺寸进行简单筛分，一方面矸石带煤量大，带来较大的经济损失。同时，大量的煤矸石堆积成矸石山，治理难度大并对环境有较多危害，如占用土地，影响生态；矸石山的淋溶水污染地下水源和江河，危害农作物和水产养殖业；并且环境污染与矿区周边村庄易发生经济纠纷,形成了煤矿地区安全和谐发展的一个不稳定因素。

2) 矸石拣出率低、设备负荷大、后续加工费用高。

手选是靠人持续、机械式的劳动，拣出部分大块矸石及杂物。但是，手选工受人为因素影响，经常会出现疲惫和疏忽，矸石拣出率不能保证，大量矸石经过破碎后进入主洗系统：a) 造成破碎机负荷大、故障率高。b) 三产品重介质旋流器易堵塞、检修工作量大。c) 增加设备磨损，且部分矸石容易泥化，也会影响浮选及煤泥水系统[1].

3) 手选工人劳动强度大、工作环境差。

手选作为选煤的传统作业环节,存在劳动强度高，工作环境差等问题，且在手选过程中大块矸石容易砸落，对选矸工人存在较大的安全隐患。

4) 拣矸岗位人数多，生产效率低。

毛煤+50 mm大块中杂物、矸石较多，选煤厂原煤准备车间每班生产共有4名拣矸工负责拣矸、拣杂，占用每班生产人数30%，导致原煤选前准备作业生产效率低(拣矸效率为85%～90%).

2 TDS智能干选机改造方案

对于矸石分选，国内较为先进、有效的排矸方案有TDS智能干选和浅槽重介分选。通过调研及两种方案对比分析，在分选精度基本相近的情况下，TDS智能干选相对于浅槽重介分选具有投资少、运行费用低、用人少、设备检修维护量少、工程改造容易、便于生产管理等优点[2-3]. 因此，东曲选煤厂于2020年进行了TDS智能干选机替代手选改造。

2.1 TDS智能干选机工作原理及技术参数

2.1.1 TDS智能干选机工作原理

TDS智能干选是一种干法高精度智能煤矸分选方法,选用天津美腾科技有限公司生产的TDS24-300型智能干选机，物料在布料器上均匀布料，由于煤与矸石所含元素不同，当煤与矸石通过X射线装置时，其对辐射的吸收量不同，针对不同煤质特征建立相适应的分析模型，通过大数据分析，对煤与矸石及其位置进行数字化识别，最终通过智能喷吹系统，对50～300 mm物料进行分选，选出块煤，将矸石排出[4].

2.1.2 TDS智能干选机设备参数

TDS24-300-W2智能干选机设备参数见表1.

表1 TDS智能干选机设备参数表

2.2 改造后工艺流程

TDS干选系统的工艺流程：毛煤经道条筛(分级粒度130 mm)分选大块矸石，道条筛筛下物再经原煤分级筛(d50 mm)分级处理，-50 mm的物料进入上仓皮带，+50 mm的物料通过振动布料筛后均匀进入TDS智能干选机，在TDS智能干选机内部通过X射线识别装置利用高压风喷吹分离矸石和块煤。块煤经过破碎机后上仓，矸石通过限下筛后筛上物进入矸石皮带，筛下物进入上仓皮带，干选系统工艺流程图见图1.

图1 TDS智能干选系统工艺流程图

3 运行效果

TDS智能干选机投入运行后经试验检测，处理量203 t/h，+50 mm的物料经TDS智能干选机分选后，8#、9#煤矸石含煤(<1.8 kg/m3)率0.44%，选后煤中含矸率0.2%，数量效率99.24%，TDS智能干选机工艺指标达到了合同要求的矸石带煤率<1.50%的目标(见表2，3).

表2 TDS智能干选机分选后矸中含煤率测定表

表3 TDS智能干选机数量效率计算表

表4中毛煤量通过205B皮带秤计量，道条筛筛上物通过汽车排矸计量，入仓原煤通过223皮带秤计量。其中：

1) 毛煤处理量=139 665/160=873(t/h).

2) TDS智能干选机处理量=(毛煤量-道条筛筛上物量-入仓原煤量)/运行时间=(139 665-11 185-96 005)/160=203(t/h).

3) TDS分选出的物料量(煤+矸石)：通过汽车排矸计量数25 236 t，计算为(毛煤量-道条筛筛上物量-入仓原煤量)×77.32%=(139 665-11 185-96 005)×77.32%=25 109(t). 因此，采用汽车计量数。

4) TDS分选后煤中含矸率=TDS分选后煤中矸石产率减去自然级的矸石产率，即32.34%-32.11%=0.23%(报0.2%).

5) 数量效率=TDS分选出的矸石量/入TDS的矸石量=25 125/25 317×100%=99.24%.

4 后续问题及处理措施

TDS智能干选机在近两年的使用中，整体情况良好，设备运行稳定，生产改为无人值守、 有人巡查模式，解决了职工工作环境差的问题，但存在其他问题:

1) TDS智能干选机在分选8#、9#煤时分选效果较好，矸中含煤率可达0.44%，而在分选极易泥化的2#、4#煤时，分选效果较差，矸中含煤率为0.86%，特别是煤矸一体的情况下无法实现有效分选，矸中含煤率高达1.0%及以上。通过改进图像识别方案，优化识别算法、执行算法，安排专人收集数据信息并对矸石煤形态特征增加数据库分析，提高矸石煤的识别率并从矸石中选出，进一步降低矸中含煤率。优化算法后分选2#、4#煤，矸中含煤率能保证在0.8%以下。

2) 毛煤中含有部分木材、棉纱等杂物，这部分杂物TDS智能干选机无法识别，进入主洗系统后极易造成三产品重介旋流器二段入料口堵塞从而影响正常生产。通过在TDS智能干选机出料口、原煤仓入料口及脱泥筛筛前溜槽等处设置3道防护篦子，防止杂物进入主洗系统。

3) TDS智能干选机在运行过程中电磁阀大量损坏无法修复，分析原因，为原供风管路使用普通铁管和普通电磁阀阀板，原铁管极易锈蚀产生大量铁屑与水气混合，阀板容易受反吹风影响，将铁锈、水汽等杂物吸入阀板内，堵塞阀板。每年更换电磁阀130多个(原厂电磁阀6 000元/个)，更换电磁阀费用高达78万元，其它材料配件费约40万元，维修费用高。该厂于2021年3月更换了主体供风管路和电磁阀阀板，将普通铁管改为镀锌管，原电磁阀阀板升级为过渡阀板，改善了用风环境和阀体使用寿命，每年维修费用可降低48万元。

5 经济效益

东曲选煤厂每年排矸约45万t，夹矸煤的含煤率为3.52%，TDS智能干选机分选效率99.0%，人工分选精度为30%，每年多回收原煤=45×3.52%×(99.0%-30%)=1.09万t，供电厂原煤270元/t，则每年多回收原煤产生的经济收益294.3万元。

改造后比改造前功率增加146 kW，每年毛煤拉运量约420万t，单系统平均处理量800 t/h，年生产时间2 625 h，平均电价0.58元/kWh，电费增加22.2万元。

通风管路改造后每年更换电磁阀费用30万元，其他维护费用约40万元。

年实际新增效益：294.3-22.2-70=202.1(万元)。

6 结 论

TDS智能干选机在东曲选煤厂投入运行后，分选效果良好，产生了一定的社会经济效益，但在生产中存在矸石煤识别精度不高的现象，建议厂家进一步改进图像识别、优化算法，增大数据库分析能力，以进一步提高TDS智能干选机分选精度。