第七章地面生产系统.docx
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第七章地面生产系统
第七章地面生产系统
第一节煤质及其用途
一、煤质
（一）煤的物理性质
本井田内主要可采、局部可采煤层有2上、3、6、15上、16上、17煤层。
矿井前20年只采2上、3煤层，其中3煤层为本井田最主要的可采煤层。
2上、3煤层均为黑色，黑褐、褐黑色条痕的中等坚硬煤层，详见表7-1-1。
表7-1-1各煤层主要物理性质一览表
项目
煤层
坚固性
系数
光泽
断口
裂隙
真密度
视密度
2上
1.36
油脂、玻璃
贝壳状、
发育
1.42
1.40
3
0.33
油脂、丝绢
贝壳状、平坦状
发育
1.42
1.39
（二）煤的化学性质
1、.灰分
2上、3煤层灰分平均为12.78%和14.05%，均为低中灰煤；-1.4精煤灰分为6.02%和6.28%。
2上、3煤层结渣指数为0.10和0.09，结污指数为0.07和0.14，均属低的。
2上、3煤层煤灰熔点ST>1310℃，为高熔灰分煤。
2、.挥发分
2上、3煤层挥发分平均为39.70%和37.48%，为高挥发分煤。
3、.硫分
2上、3煤层全硫平均为0.65%和0.40%，以有机硫、硫化铁硫为主，硫酸盐硫较少。
2上煤层为低硫煤，经-1.4比重液洗选后，精煤硫分平均为0.57%，脱硫系数为0.12；3煤层为特低硫煤，经-1.4比重液洗选后，精煤硫分平均为0.34%，脱硫系数为0.15。
硫酸盐硫和硫化铁硫较易脱除，有机硫最难脱除。
4.、发热量
2上、3煤层原煤干基低位发热量（Qnet,d）为28.74MJ/Kg和28.10MJ/Kg属中高发热量。
（三）煤的工艺性能
1、粘结性
2上、3煤层的粘结指数GRI为71和68，为中等粘结性煤。
根据兖州煤田试验结果，单独炼焦，抗碎性和耐磨性差，焦炭机械强度低。
2、炼油性
2上、3煤层管式干馏干基焦油产率值平均为13.6%和11.6%，为高油煤。
3、燃烧性
根据试验结果计算，各煤层燃料比均小于2，燃烧性指标大于3500，灰中残留可燃物小于5%，是燃烧性好的煤层。
4、煤对CO2的反应性
本区2上、3煤层进行了煤对CO2的反应性试验，当试验温度在900～950℃时，各煤层的CO2分解率均小于60%。
3、可磨性
2上煤层可磨性指数为58.0～66.0，3煤层可磨性指数为68.0～89.0,说明2上、3煤层较易破碎。
（四）煤的工业分类
按照GB5751-86中国煤炭国家标准，以精煤900°C可燃基挥发分（Vdaf）、粘结性指数（GRI）为主要分类指标，胶质层最大厚度（Y）、奥亚膨胀度（b）为辅助指标，各煤层均为气煤（QM45）。
二、煤的可选性
（一）3煤层简易可选性试验结果及评价
3煤层煤芯煤样自然级破碎小于13mm原煤筛分试验结果见表7-1-2，小于0.5mm原煤筛分试验结果见表7-1-2，小于0.5mm煤筛分试验结果见表7-1-3，13-0.5mm煤芯煤样分选密度±0.1含量见表7-1-4。
从表中可看出：
13～6mm粒级的产率和3～0.5mm粒级的产率较高，其它粒级产率低；粉煤产率主要集中在0.5～0.25mm粒级内，其它粒级产率低。
根据地质报告推断，当分选密度在1.49以上入洗煤属极易选～易选煤。
表7-1-23煤层煤芯煤样筛分试验结果表
粒级
项目
13～6
（mm）
6～3
（mm）
3～0.5
（mm）
-0.5
（mm）
产率
30.17
19.14
33.49
16.85
灰分
11.13
9.07
8.45
10.03
表7—1—3小于0.5mm煤筛分试验结果表
粒级
项目
0.5～0.25
（mm）
0.25～0.125
（mm）
0.125～0.075
（mm）
0.075～0.045
（mm）
<0.045
（mm）
产率
69.10
19.10
7.65
2.75
1.03
灰分
8.30
9.79
16.88
29.54
17.95
表7—1—43煤层煤芯煤样分选密度±0.1含量表
密度
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
±0.1含量
83.42
65.02
12.14
5.22
2.86
（二）设计采用的煤质资料
由于本矿井为在建井，简易可选性煤样不能反映矿井投产后实际的毛煤及原煤的筛分组成和浮沉组成的，通常以临近矿井生产大样资料为基础，结合本井田的实际，进行必要的调整后的筛分浮沉资料作为煤炭洗选加工方案比较和产品数质量预测的依据。
本矿井田与兖矿集团的兴隆矿井田和东滩矿井田相邻，且所采的3煤为同一煤田的煤，故可参考东滩矿的生产大样资料。
本矿采用综合机械化采煤和部分放顶煤采煤方法，根据东滩矿1992年和1993年的统计，毛煤中>50mm的可见矸量达6.6～15.6%，平均达9.5%，矸石灰分85.5～87.8%。
本矿3煤煤层的灰分9.99～19.85%，平均14.05%，由于井下断层较多，在采煤的过程中由于顶底板的混入，尤其采用放顶煤采煤法，在保证回采率的情况下，顶板混入的矸石量较大。
预计本矿原煤的灰分比煤层的灰分高5%～10%，即原煤的灰分大多在16%～30%之间，大部分在20%～25%之间。
兖州矿区东滩煤矿生产大样筛分试验报告见表7-1-5。
兖州矿区东滩煤矿生产大样50-0.5mm粒级浮沉试验综合报告表7-1-6。
兖州矿区东滩煤矿生产大样筛分试验报告表7－1－5
试验日期:
2000年11月20日筛分前煤样总重量8430Kg最大粒度320×260×190mm
粒级（mm）
产物名称
重量
质量
（Qgr.d）发热量（MJ/Kg）
重量（Kg）
占全样（%）
筛上累计（%）
水份（%）
灰份（%）
全硫（%）
＞100
煤
386.00
4.649
4.649
2.840
9.670
0.540
30.040
夹矸石
硫化铁
矸石
525.00
6.323
10.973
1.400
86.150
0.550
1.600
小计
911.00
10.973
10.973
2.010
53.745
0.546
13.650
100∼50
煤
766.00
9.226
20.199
2.800
11.730
0.510
29.320
夹矸石
硫化铁
矸石
258.00
3.108
23.307
1.690
88.090
0.240
4.720
小计
1024.00
12.334
23.307
2.520
30.969
0.442
23.120
＞50
合计
1935.00
23.307
23.307
2.280
41.692
0.491
18.660
50∼25
煤
974.00
11.732
35.038
2.300
30.240
0.560
22.490
25∼13
煤
1469.40
17.698
52.737
2.640
24.750
0.510
24.640
13∼6
煤
761.20
9.168
61.905
2.560
27.360
0.510
23.660
6∼3
煤
839.800
10.115
72.020
2.840
23.710
0.520
24.830
3∼0.5
煤
1830.80
22.051
94.072
2.860
21.290
0.550
25.830
0.5∼0
煤
492.20
5.928
100.000
2.870
20.960
0.770
25.040
50∼0
合计
6367.40
76.693
2.690
24.477
0.551
24.660
毛煤
总计
8302.40
100.000
2.590
28.489
0.537
23.260
原煤
合计
7519.40
90.569
2.710
22.418
0.546
25.410
表7-1-6兖州矿区东滩煤矿生产大样50-0.5mm粒级浮沉试验综合报告表
试验日期:
2000年11月20日
密度级（Kg/l）
原煤
质量
分选密度±0.1
产率（%）
灰份（%）
浮物
沉物
密度（Kg/l）
产率（%）
可选性
等级
产率（%）
灰份（%）
产率（%）
灰份（%）
<1.3
24.050
5.060
24.050
5.060
100.00
22.521
1.300
62.64
极难选
1.3∼1.4
38.590
7.900
62.640
6.810
75.95
28.051
1.400
50.90
极难选
1.4∼1.5
12.310
14.830
74.950
8.127
37.36
48.864
1.500
16.38
易选
1.5∼1.6
4.070
24.130
79.020
8.951
25.05
65.590
1.600
6.53
极易选
1.6∼1.7
2.460
30.720
81.480
9.608
20.98
73.632
1.700
4.05
极易选
1.7∼1.8
1.590
39.910
83.070
10.188
18.52
79.333
1.800
2.37
极易选
1.8∼2.0
1.550
54.110
84.620
10.993
16.93
83.035
1.900
1.55
极易选
＞2.0
15.380
85.950
100.000
22.521
15.38
85.950
合计
100.000
22.521
煤泥
1.500
22.440
总计
100.000
22.520
兖州矿区东滩煤矿生产大样原煤的灰分在本矿原煤灰分的范围内。
从表7-1-5和表7-1-6可以看出：
（1）＞50mm粒级占23.307%，而其中的矸石占本级的40.46%，说明毛煤中可见矸石的含量很高。
随粒度的降低，各粒级的灰分呈下降趋势，<0.5mm物料比50-25mm物料的灰分低约10%。
（2）浮沉组成中，<1.4密度级占62.64%，灰分为6.81%，说明精煤产率较高，可生产灰分在7%以下的精煤；1.4-1.8密度级占20.43%,中煤含量较低。
当精煤灰分<7%时，分选密度<1.4，为极难选；当精煤灰分在7%∼9%时，分选密度在1.4-1.6，为中等可选到易选；当精煤灰分在9%∼11%时，分选密度在1.6-1.9，为极易选；这与简易可选性试验样的可选性等级评定相符。
（3）预计本矿生产原煤的筛分浮沉组成将和表7-1-5中各粒度的产率比例、灰分的变化规律，表7-1-6中<2.0的各密度级的产率比例及灰分分布规律一致。
三、市场分析及煤的工业用途
1、煤炭市场概况
进入21世纪，世界煤炭需求量继续增长。
我国“十五”期间，国民经济增长速度预期为7%左右，能源需求总量增加，对煤炭需求将持续增加。
华东地区是我国经济最发达地区，煤炭消费量约占全国1/4左右，煤炭供不应求已成为制约经济稳步发展的主要因素之一。
山东省是我国经济发展较快的省，每年需调入原煤2170万t∼3000万t。
山东省煤炭资源相对丰富，由于长期新井建设速度减缓，老矿区许多矿井报废，高硫矿井和小煤窑停产关闭，加剧了山东省煤炭缺口状况。
2、本矿煤炭产品可能的主要用途
（1）炼焦用煤
2上、3煤层精煤为低灰、特低硫～低硫、粘结性较强、可作为炼焦配煤。
气煤和1/3焦煤在我国的炼焦用煤中占35%~40%，随着我国钢铁产量的增加气煤和1/3焦煤作为炼焦配煤的用量也将增加，但由于高炉煤粉喷吹的推广应用，气煤和1/3焦煤作为炼焦配煤的用量增速较慢。
我国气煤和1/3焦煤的储量丰富，华东地区的现有矿井大部分生产气煤和1/3焦煤，目前和今后一段时间，气煤和1/3焦煤作为炼焦配煤供将大于求，且产品质量要求高，大型钢铁企业要求精煤灰分小于8%，一般炼焦企业要求精煤灰分小于10%。
（2）动力用煤
2上、3煤层挥发分、发热量、灰分、硫分等主要指标均符合火力发电厂固态除渣煤粉锅炉用煤要求，也可作为蒸汽机车用煤，是良好的动力燃料用煤。
我国有90%的煤用来作动力用煤。
今后对动力用煤尤其是发电用煤的需求量将大幅增长，2003年底华北京津唐地区10个电厂、华东地区12个电厂、山东6个电厂电煤库存先后降至安全警戒线以下，发电用煤供不应求的局面将持续较长时间。
华东地区电厂，一般要求电煤的收到基低位发热量在22.57~24.24MJ/kg（5400~5800cal/kg）之间。
根据经验公式推算本矿煤收到基低位发热量Qnet,ar（kJ/kg）和灰分Ad（%）,水分Mt（%）的关系可用下式表示：
Qnet,ar=33.605-0.3687Ad-0.35905Mt+0.003687AdMt
当水分Mt为8%，要求收到基低位发热量在22.57~24.24MJ/kg之间时，产品灰分19%~24%。
（3）出口煤
山东省距亚洲煤炭主要进口国日本、韩国较近，煤炭出口具有运距短的优势。
出口精煤的灰分一般要求小于10%。
星村矿井煤质优良，区位优越，煤炭产品的市场前景广阔。
3、本矿煤炭产品的市场定位
本着以市场为导向，效益为中心，本矿煤炭产品的市场定位为：
近期以生产电煤为主，远期有生产炼焦精煤和出口煤的可能。
第二节煤的加工
一、煤炭洗选加工规划
本矿煤作为电煤，在绝大多数情况下，只要去除毛煤中>50mm的可见矸，即可满足电煤的要求；作为炼焦用煤和出口煤，则必须对50mm以下的物料进行洗选加工。
根据煤炭产品的市场定位，及本矿的煤质特点，煤炭洗选加工规划如下：
近期与矿井同期建成地面原煤生产系统，去除毛煤中>50mm的可见矸，生产动力用煤；远期根据市场情况，建设选煤厂，有生产炼焦用煤和出口煤的可能。
二、地面生产系统的规模及工作制度
地面生产系统的规模及工作制度和矿井一致：
生产原煤45万t/a，根据建设单位的要求，地面生产系统设备的配置要满足极限生产能力120万t/a的要求。
工作制度为年工作300d，每天工作14h。
三、毛煤的选矸方式
1、常用毛煤选矸方式及特点
无论是生产动力用煤还是生产炼焦配煤，预先排除可见矸石，均有利于煤炭的进一步加工和利用。
矿井毛煤的选矸方式可分为两类：
人工选矸和机械选矸。
人工选矸主要是从大于50mm的块煤中由人工拣除大于50mm的可见矸；机械选矸是由机械设备选除大于50mm（或35mm）的矸石。
采用人工拣矸，工人劳动强度大，工作环境恶劣，选矸效果不仅受人为因素的影响，也受煤与矸石表面形状和颜色的影响，拣矸效率低。
从减员增效，降低劳动强度，提高煤质等方面考虑，机械选矸是发展趋势。
常用的机械选矸方法有三种：
重介质分选、选择性破碎、定筛跳汰和动筛跳汰。
重介质分选虽然分选效果好，但工艺复杂，消耗介质，耗电量大，营运费用高；选择性破碎选适用条件受限，分选效率低，难于广泛应用；定筛跳汰用风、用水量大，系统较复杂，且粒度上限不超过150mm。
近几年来矿井地面生产系统趋向于用动筛跳汰选矸代替人工拣矸，对比其它的几种机械选矸方式，动筛跳汰选矸具有以下特点：
（1）工艺系统简单、入选粒度范围宽。
不用风，只用少量的水，吨煤用水量仅为0.09m3，大大简化了煤泥水的处理工艺。
入洗粒度范围为25（50）-300（350）mm。
（2）分选效率高，处理量大。
不完善度I值为0.095-0.093，设备单位处理量达40-80t／h.m2。
（3）技术成熟。
目前动筛跳汰选矸技术已在20多个厂矿使用，实践证实该设备主机结构简单、运转可靠、故障率低，操作方便；系统简单，辅助设备少；洗选效果好，工程投资低，建设周期短，生产成本低，已取得了良好的经济效益和社会效益。
本设计推荐采用动筛跳汰排矸工艺。
2、动筛跳汰排矸工艺方案
（1）动筛跳汰排矸工艺流程
①分选粒度的确定
根据动筛跳汰的鉴定报告和生产资料，其分选粒度范围为25-350mm。
大粒级的分选精度比小粒级高，平均的分选精度（不完善值）I=0.095-0.093。
考虑到其主要功能是代替人工拣矸，为尽量减少煤泥或末煤进入动筛跳汰机，根据实际生产经验，分选粒度定为50-300mm较为适宜。
②动筛跳汰排矸系统原则流程
本矿动筛跳汰排矸系统原则流程见图7-2-1，主要过程为毛煤经筛孔50mm的振动分级筛分级，>50mm的物料进入动筛跳汰机，分选后得块煤、透筛物和块矸石，块精煤可破碎到50mm以下，也可作为产品单独外销。
当煤质较好，>50mm的物料经手选拣除大块矸石后，块精煤可破碎到50mm以下，也可作为产品单独外销。
根据表7-1-5和表7-1-6预测的产品平衡表见表7-2-1。
表7-2-1中初期产量按产品45万t/a考虑，矸石量按可见矸考虑。
后期最大上产能力按生产毛煤120万t/a考虑。
3、主要工艺设备的选型
主要工艺设备选型原则为：
确保地面生产系统可靠，不影响矿井的生产，选用成熟、可靠、先进、高效的产品。
表7－2－1动筛跳汰排矸系统产品平衡表
产品名称
数量
质量
r%
t/h
初期产量万t/a
后期产量万t/a
Ad%
Mt%
产品
块精煤（300-50mm）
16.75
47.86
8.36
20.10
12.65
8.00
筛混煤（<50mm）
69.02
197.19
34.44
82.82
24.48
7.00
动筛透筛物（〈20mm）
4.41
12.60
2.20
5.29
24.75
24.00
小计
90.18
257.63
45.00
108.21
22.29
8.19
矸石
9.82
28.06
4.90
11.79
85.37
8.00
总计
100.00
285.71
49.90
120.00
28.49
-
（1）原煤分级筛：
选用YAH2160型原煤分级筛两台。
YAH系列振动筛为国内使用效果较好的机型，振动强度大，可靠、耐用。
（2）动筛跳汰机
动筛跳汰机是本地面生产系统中最重要的设备。
动筛跳汰机目前在国内主要有两种类型：
液压动筛跳汰机和机械动筛跳汰机。
机械动筛跳汰机价格较低，系统简单，但其单位面积处理能力较低，工艺参数的调整范围窄，对煤质变化的适应能力较弱；液压动筛跳汰机单位面积处理能力较大，工艺参数的调整范围宽，对煤质变化的适应能力较强，但价格较贵，系统较复杂。
目前在国内一般有实力的企业多采用液压动筛跳汰机，本矿设计推荐采用液压动筛跳汰机。
选用TDY12.5/2.5液压动筛跳汰机一台。
（3）破碎机
选用2PGCA-600×1000型双齿辊破碎机，该机型运行可靠，过粉碎小，吨煤电耗少。
主要设备的选型结果见表7-2-2。
表7-2-2主要设备选型计算表
序
号
设备名称
主要技术规格
入料量
单位处
理能力
计算
台数
选择台数
1
原煤分级筛
YAH2160型F=12.6m2φ=50mm
285.71t/h
30t/m2·h
0.7
1
2
动筛排矸机
ROMJG型F=4m2
88.52t/h
100t/h.台
0.9
1
3
块煤破碎机
2PGCA-600×1000型
88.52t/h
150t/h.台
0.6
1
四、工艺布置
1、地面工艺总布置
地面生产系统与矿井在同一工业广场上，本作系统简单可靠的原则，根据矿井井位及总体布局的要求，设计经多方案比较，地面生产系统的两个主要方案见图7-2-2和图7-2-3。
方案1的主要工艺过程为：
主井提升的毛煤运至动筛排矸车间，分选后的大块矸石通过带式输送机运到大块矸石仓；分选后的大块精煤既可通过带式输送机运到一个地销煤仓，也可破碎后与其它<50mm的物料混合一起通过带式输送机运到另一个地销煤仓上，可到这个地销煤仓储存汽车外销，也可通过带式输送机运到两个直径15m的混煤仓储存汽车外销。
该带式输送机上装有两台犁式卸料器，当混煤仓的煤装满后可卸煤落地储存。
方案2的主要工艺过程为：
主井提升的毛煤运至动筛跳汰车间，分选后的矸石通过带式输送机运到块矸石仓，由窄轨矿车运往矸石山。
块煤可通过带式输送机运到块煤仓，由卡车外销；或将块煤破碎到50mm以下，和脱水后的动筛跳汰机透筛物、毛煤分级筛的筛下物一起通过带式输送机运至储煤场转载点，通过分岔溜槽，可到可逆带式输送机上，卸煤到储煤场，也可通过带式输送机运到混煤仓储存，储煤场和混煤仓的煤由卡车外销。
方案1与方案2相比主要优点为：
栈桥数目少；产品外销场地集中；远期如建选煤厂，一个混煤仓供储存选煤厂的原料煤，另一个储存精煤，混煤可从地销煤仓外销。
设计推荐采用方案1。
2、主要车间（设施）的布置
（1）筛分动筛矸车间的工艺布置详见附图C1067-2208。
该车间主要完成原煤除铁、动筛跳汰排矸、块煤破碎等作业。
煤流顺畅、检修方便。
（2）混煤仓的工艺布置详见附图C1067-2219。
采用2个直径15m的落地仓，储煤量6800万t。
产品储存设施见表7-2-3。
五、生产技术检查
1、数量检查
主要是针对原煤的生产和销售进行的数量检查。
在产品带式输送机上设电子皮带秤计
表7-2-3产品储存容量表
名称
型式
容量（t）
储存时间（d）
备注
1.大块矸石仓
方仓（7×7m）一个
550
1.4
2.地销煤仓:
块煤
方仓（7×7m）一个
480
0.8
混煤
方仓（7×7m）一个
400
0.1
3.储煤场
露天
13000
3.6
自然堆积
4.混煤仓
圆筒仓（ø15m）两个
6800
1.9
量，外销煤有电子汽车衡计量。
2、质量检查
原煤生产系统质量检查的范围，包括原煤及产品质量检查，日常生产的快速检查，月综合分析以及销售煤样分析，以便于煤矿的生产管理。
3、煤样室、化验室
煤样室设置在筛分动筛跳汰车间至地销煤仓的栈桥下，负责日常生产检查和煤样的制备。
化验室设在矿井办公楼内，进行月综合及各种产品的灰分、水分、硫分、发热量的测定和工业分析等。
全厂的数质量检查将由微机进行统计和分析，科学指导生产。
第三节生产系统
一、主井生产系统
主井井筒净直径φ5m，装备一对四绳12t提煤箕斗（同侧装卸）。
箕斗采用刚性罐道滚轮罐耳导向，运行罐道布置在箕斗两端。
箕斗采用侧扇形闸门结构，新型卸载操纵闸门开闭。
井上下均设过卷缓冲制动装置和防撞梁，以防止箕斗过卷时损坏井架及井底设施，井上还设有托罐装置。
箕斗发生过卷时，井底箕斗比井上箕斗提前0.7m进入过卷缓冲装置制动。
1、井底装载系统
井底煤仓下口各设二台K-4往复式给煤机向装载胶带输送机（B＝1000mm，v＝2.0m/s，Q＝530t/h）
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