16 煤炭分选年评.docx
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16煤炭分选年评
编写单位:
中国矿业大学
主编:
谢广元
参加编写人员:
沙杰、宋树磊、桂夏辉、王大鹏、夏文成
第16章煤矿选矿年评
16.1煤炭资源简况
16.1.1煤炭资源分布
根据国土资源部统计数据显示2011年、2012年、2013年我国煤炭勘查新增查明资源储量分别为749亿t、616亿t和673亿t，截至2013年底，我国查明煤炭资源储量1.48万亿t[1]。
人均可采储量约为114.4亿t，仅为美国、俄罗斯、德国等国的1/4~1/6。
世界上原煤资源依然很丰富，2013年原煤可采储量达8915.31亿t，储采比可达113年[2]。
虽然中国是煤生产量和消费量最多的国家，但原煤可采储量为1145.0亿t，居世界第三位，储采比仅为31年，远低于美国和俄罗斯。
表16.1是2013年世界前十位原煤可采储量最多的国家的可采储量。
表16.12013年世界前十位原煤可采储量最多的国家
名称
国家名称
可采储量/亿t
占世界总量的%
储采比/年
1
美国
2372.95
26.5
266
2
俄罗斯
1570.1
17.6
452
3
中国
1145
12.8
31
4
澳大利亚
764
8.6
160
5
印度
606
6.8
100
6
德国
405.48
4.5
213
7
哈萨克斯坦
336
3.8
293
8
乌克兰
338.73
3.8
384
9
南非
301.56
3.4
117
10
印度尼西亚
280.17
3.1
67
世界原煤总可采储量
8915.31
100
113
含煤盆地有明显的区域分布不均衡性[3]，表现为以秦岭-大别造山带为界，“北多南少”、不均一性的分布格局。
煤炭资源丰富且分布相对集中的大规模含煤盆地主要包括东北赋煤区的海拉尔-二连盆地、松辽盆地，西北赋煤区天山南北的塔里木盆地、准噶尔盆地，华北赋煤区的鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、南华北盆地以及华南赋煤区的四川盆地等。
从地理分布来看，我国含煤盆地和煤炭资源总体受东西向展布的天山-阴山构造带、昆仑-秦岭-大别山构造带和南北向展布的大兴安岭-太行山-雪峰山构造带、贺兰山-六盘山-龙门山构造带控制，具有“两横”
和“两纵”相区隔的“井”字形分布特征如图16.1所示。
图16.1“两横两纵”构造带分布示意图
基于全国30个省区（不包括香港、澳门、台湾，上海未发现煤炭资源）最新煤炭地质评价报告给出的数据，按照煤炭资源“井”字形区划格局，我国煤炭资源分布情况见表16.2和表16.3。
东部、中部和西部的煤炭资源量分别占我国煤炭资源总量的7.9%、55.6%和36.5%，最大的煤炭资源富集区域为晋陕蒙（西）宁区（占全国资源总量的41.4%）和北疆区（30.8%），主要的资源富集省份依次为新疆、内蒙古、山西、陕西、贵州等地。
表16.2“井”字形区划格局下我国煤炭资源分布情况（亿t）
“井”字形区划
地区
累计探获
资源量
保有
资源量
已利用
资源量
尚未利用资源量
2000m以浅
预测资源量
总计
合计
精查
详查
普查
预查
东北区
辽宁
104.89
84.56
48.55
36.00
6.60
18.88
10.16
0.36
53.28
137.84
吉林
29.12
22.21
17.18
5.03
1.19
1.11
1.29
1.44
69.50
91.71
黑龙江
235.57
218.31
87.94
130.37
27.46
20.11
62.04
20.76
201.75
420.06
小计
369.58
325.08
153.68
171.40
35.25
40.10
73.49
22.56
324.53
649.61
黄淮海区
皖北
371.48
352.23
189.17
163.06
57.46
16.06
59.44
30.10
430.12
782.35
苏北
43.28
33.30
22.91
10.39
0.00
6.23
4.17
0.00
38.59
71.89
北京
27.25
24.00
13.73
10.27
3.16
0.01
4.15
2.95
81.75
105.75
天津
3.83
3.83
0.00
3.83
2.97
0.85
0.00
0.00
170.76
174.59
河北
374.22
345.65
116.61
229.04
8.51
9.38
133.62
77.53
467.72
813.37
山东
333.67
227.96
57.10
170.86
38.83
6.89
125.14
0.00
145.84
373.8
河南
666.81
617.78
114.36
503.42
55.00
74.37
118.28
255.77
710.74
1328.52
小计
1820.54
1604.76
513.88
1090.88
165.93
113.79
444.80
366.35
2045.52
3650.28
东南区
皖南
2.59
1.54
1.43
0.11
0.00
0.00
0.00
0.11
16.07
17.61
苏南
3.15
2.72
0.96
1.76
0.26
0.74
0.77
0.00
14.93
17.65
浙江
0.49
0.29
0.00
0.29
0.00
0.06
0.23
0.00
0.12
0.41
福建
14.51
11.05
9.01
2.04
0.20
0.01
0.66
1.17
25.73
36.78
江西
24.73
19.70
1.87
17.84
14.58
1.32
1.63
0.31
46.83
66.53
湖北
11.96
8.22
3.35
4.88
1.86
1.12
1.21
0.69
15.87
24.09
湖南
40.84
31.98
10.79
21.19
7.93
6.05
6.73
0.48
62.04
94.02
广东
8.27
4.85
4.00
0.85
0.50
0.04
0.26
0.05
11.14
15.99
广西
24.26
21.27
9.43
11.83
7.55
2.81
1.14
0.34
20.99
42.26
海南
1.67
1.66
0.00
1.66
1.66
0.00
0.00
0.00
1.07
2.73
小计
132.46
103.29
40.84
62.45
34.54
12.15
12.62
3.16
214.77
318.06
蒙东区
蒙东
3167.51
3146.47
220.83
2925.64
537.88
1210.11
870.93
306.72
1272.11
4418.58
小计
3167.51
3146.47
220.83
2925.64
537.88
1210.11
870.93
306.72
1272.11
4418.58
晋陕蒙（西）宁区
山西
2875.82
2688.16
1401.92
1286.24
136.70
409.65
560.54
179.36
3733.19
6421.35
陕北
1814.43
1794.15
353.52
1460.92
252.20
236.55
393.13
579.04
2259.27
4053.42
蒙西
5795.18
5760.72
320.01
5440.71
642.33
428.14
1368.34
3001.91
6064.68
11825.4
宁夏
383.89
376.92
143.89
233.03
96.50
70.41
42.62
23.50
1471.01
1847.93
小计
10869.33
10619.95
2219.34
8420.90
1127.72
1144.75
2364.63
3783.81
13528.15
24148.1
西南区
重庆
43.91
40.04
23.69
16.36
1.16
2.89
7.71
4.60
137.53
177.57
川东
125.74
109.38
28.66
80.72
16.76
24.78
11.67
27.52
243.15
352.53
贵州
707.61
683.43
74.17
609.26
219.04
91.47
90.58
208.17
1880.94
2564.37
滇东
294.88
282.67
47.33
235.34
87.43
92.66
52.13
3.13
435.70
718.37
陕南
1.22
0.96
1.05
0.17
0.00
0.00
0.17
0.00
0.00
0.96
小计
1173.36
1116.48
174.89
941.85
324.39
211.80
162.25
243.42
2697.32
3813.8
北疆区
北疆
2111.17
2097.85
642.81
1455.04
279.38
174.41
1001.25
0.00
15857.84
17955.69
小计
2111.17
2097.85
642.81
1455.04
279.38
174.41
1001.25
0.00
15857.84
17955.69
南疆、甘青区
南疆
200.57
197.47
40.45
157.01
52.01
4.40
100.61
0.00
824.01
1021.48
甘肃
167.45
158.66
31.84
126.82
15.22
30.78
74.73
6.08
1656.81
1815.47
青海
70.42
63.40
16.78
46.62
18.54
24.43
1.39
2.25
344.47
407.87
小计
438.44
419.53
89.07
330.45
85.77
59.61
176.73
8.33
2825.9
3244.82
西藏区
滇西
6.65
6.08
0.87
5.22
2.57
0.97
1.59
0.09
14.04
20.12
川西
17.05
13.33
4.16
9.16
0.15
4.24
3.35
1.43
16.06
29.39
西藏
2.65
2.53
0.00
2.53
0.00
0.00
0.00
2.53
9.24
11.77
小计
26.35
21.94
5.03
16.91
2.72
5.21
4.94
4.05
39.34
61.28
全国
总计
20108.72
19455.34
4060.37
15415.52
2593.58
2971.93
5111.64
4738.39
38804.86
58260.2
注：
按照“井”字形的区划格局，我国多个省份跨越了不同区划，如江苏、安徽、内蒙古、四川、云南、新疆等地。
本研究根据区域煤田地质特征和资源分布特点将跨区煤炭资源量归类到不同“井”字形区划中去，如要换算成各省份资源量，在此基础上直接归并计算即可。
表16.3我国东部、中部和西部的煤炭资源情况
资源量
东部
中部
西部
资源量
（亿t）
占全国的比重
资源量
（亿t）
占全国的比重
资源量
（亿t）
占全国的比重
累计探获
2322.58
11.6%
15210.20
75.6%
2575.95
12.8%
保有
2033.13
10.5%
14882.90
76.5%
2539.32
13.1%
已利用
708.40
17.4%
2615.06
64.4%
736.91
18.1%
尚未利用
1324.73
8.6%
12288.38
79.7%
1802.41
11.7%
精查
235.72
9.1%
1990.00
76.7%
367.87
14.2%
详查
166.04
5.6%
2566.66
86.4%
239.23
8.0%
普查
530.91
10.4%
3397.81
66.5%
1182.92
23.1%
预查
392.07
8.3%
4333.94
91.5%
12.39
0.3%
资源总量
4617.95
7.9%
32380.48
55.6%
21261.79
36.5%
16.1.2煤炭资源的生产和消费
16.1.2.1煤炭产量
2006到2011年是中国煤炭行业的黄金时代，每年平均能有6.1%的增速。
而到2012年风云突变，产能过剩、消化不力的问题开始凸显，2012到2014年的平均增速仅为不到1%，而同期GDP增速由10.6%放缓到7.8%。
2014年中国GDP增速仍达7.4%的情况下，煤炭消费量出现负增长预示着中国经济增长与煤炭消费增长的进一步脱钩。
2014年国民经济和社会发展统计公报[4]，2014年全国原煤产量和消费量同比分别降2.5%、2.9%。
据统计公报，2014年全国原煤产量38.7亿t，同比下降2.5%。
而2013年的统计公报显示，2013年全国原煤产量36.8亿t。
对此，国家统计局的解释是，根据第三次全国经济普查结果对相关数据进行了修订。
根据此次统计公报的数据推算，修订后的2013年全国原煤产量应为39.69亿t。
16.1.2.2煤炭消费量
图16.22006-2014年我国煤炭产量和消费量走势
根据国土资源部统计数据，从2006年到2013年，我国煤炭的产量和消费量逐年递增，2013年到2014年煤炭产量和消费量出现下降的趋势。
据初步核算，2014年全国能源消费总量42.6亿t标准煤，同比增2.2%。
其中，煤炭消费量同比降2.9%。
16.1.2.3煤炭进出口情况
近年来煤炭进口量不断增加，我国已成为最大煤炭进口国。
2009年中国煤炭自足的状况被打破，当年净进口煤炭1.04亿t。
2010年净进口煤炭1.47亿t。
2011年煤炭净进口量上升至1.68亿t，净进口规模同比增长14.1%，超过日本成为全球最大煤炭进口国。
16.1.2.4煤炭产品价格及趋势
中国煤炭工业协会2014年底公布的煤炭经济运行形势报告显示，2014年前11个月，煤炭企业利润同比下降44.4%，亏损企业亏损额同比增长61.6%，企业亏损面达到70%。
煤炭行业进入微利时代，总体看煤炭市场供大于求的形势短期内难以改变，煤炭市场价格或维持低迷态势。
图16.32010年以来秦皇岛港及包头动力煤每卡价格走势
从图16.3可以看出，2012年下半年以来，煤炭市场深度调整，卖方市场变成买方市场，煤价大幅下跌。
16.2煤矿选矿理论及基础研究进展
16.2.1筛分理论及基础研究进展
筛分作业作为选煤过程的重要环节，主要分为准备筛分、检查筛分、最终筛分、脱水脱泥脱介筛分等。
目前较为成熟的筛分原理有概率筛分原理、等厚筛分原理、概率等厚筛分原理、驰张筛分原理、弹性筛分原理、强化筛分原理等。
随着采煤机械化水平的提高，原煤中细粒的含量越来越多，潮湿细粒煤的筛分理论成为研究热点。
焦红光等人[5]认为潮湿细粒煤中的外在水分是导致其筛分效果恶化的主要因素。
含有表面水分的颗粒在相互接触时液面会自发地合并而形成液体桥而促使颗粒团聚和在筛面上粘附。
刘初升和赵跃民[6]建立了弛张筛筛面的非线性动力学方程，利用Holms弹跳球模型来模拟单颗粒在筛面上的运动并找出数值结果，发现单颗粒物料在筛面上运动时，当筛面振动强度大于1.67，颗粒产生混沌运动。
刘初升和陆金新[7]得出了筛面上颗粒运动是经周期分叉和概周期分叉通向混沌的演化过程，在筛分机正常的工作参数范围内，筛面上颗粒运动不存在周期运动、概周期运动，只存在混沌运动。
赵啦啦[8]研究了球形及非球形颗粒的分层机理，在分层过程中，大颗粒间的平均力矩及平均动能均大于小颗粒，大颗粒较小颗粒活跃；非球形颗粒具有较高的动能而较球形颗粒活跃，在一定程度上弥补了颗粒形状对分层过程的影响。
16.2.2干法选煤理论及基础研究进展
目前，在选煤领域普遍采用基于水的湿法分选方法，但湿法技术对干旱缺水地区、高寒地区煤炭及易泥化煤炭进行有效分选较为困难。
我国2/3以上的煤炭资源分布在西部干旱缺水地区，迫切需要高效的干法选煤技术。
赵跃民等人[9]采用新一代干法重介质流化床分选机，以磁铁矿粉和煤粉为二元宽粒级加重质，以空气为流化气体，形成具有一定密度的流化床层，进入到分选机中的煤炭按密度进行分层，实现高效干法选煤，新一代分选机解决了布风板易堵塞的难题，具有流化床密度均匀稳定、加重质循环量小、整机可靠性高的特点。
贺靖峰[10]采用“欧拉-欧拉”多相流模型对流化床内气固多相的复杂动力学行为进行数值计算，在充分考虑流化床三维空间分布、加重质密相分布规律与颗粒实际运动情况的基础上，对球形颗粒在流化床中运动时的受力进行了深入分析，建立了入料颗粒在空气重介质流化床中运动时的受力平衡方程和基本动力学公式。
隋占峰[11]将振动能量引入到干法螺旋分选机中，并根据振动螺旋干法分选机结构组成和工作原理，建立了振动螺旋干法分选机的理论动力学模型。
16.2.3浮游选煤理论及基础研究进展
浮选是煤泥分选的主要方法。
在浮选过程中，疏水性矿粒粘附于气泡并随之到达泡沫层成为精煤，而亲水性颗粒则停留在矿浆中成为尾煤。
但是，实际浮选过程中，会有大量亲水性、高灰物料被夹带至泡沫层中，形成对精煤的污染。
程宏志等[12]通过引入振荡能量，在浮选分离区域引入振动波使矿浆的压力作交替变化，在压力所及区域的液体中产生撕裂力。
当矿化气泡聚合体通过振荡区域时将被分散为单泡上浮，被夹带的亲水性矿粒失去依托，在振动惯性力作用下落入矿浆，从而减轻亲水性矿粒和细泥的夹带污染。
煤泥浮选消耗大量的油性捕收剂，节约浮选药剂成为煤炭浮选研究热点之一。
徐政和及其研究团队[13,14]提出了一种油泡浮选理论，将捕收剂覆盖在浮选气泡表面，形成油泡。
在常规浮选中，烃类油捕收剂以液滴形式分散在矿浆中，作用在矿物颗粒上改变其疏水性，再与气泡黏附，完成气泡矿化。
这个过程中，只有少数矿物颗粒可以直接与气泡黏附，大部分情况是：
油类液滴排开水化膜在矿物表面铺展，疏水性改变后的矿物颗粒再排开水化膜与气泡黏附。
油泡浮选中，气泡表面包裹一薄层的油膜，则在油膜与矿物颗粒吸附的同时，气泡也与矿物黏附在一起，减少了黏附功，大大缩短了诱导时间，促进矿物的浮选。
陶有俊等[15]采用文丘里管产生纳米泡，并研究纳米泡提高细粒煤浮选效果的机理，纳米泡增加了气泡与煤粒的碰撞和附着的概率、减少了脱落概率，同时减少了捕收剂用量。
16.2.4细粒煤脱水理论及基础研究进展
近年来，随着采煤机械化程度的提高，选煤过程中细粒煤<0.5mm粒级含量占到20%以上。
动力煤水分过高会影响发热量，炼焦煤水分过高会消耗热量，降低炉温，延长炼焦时间，降低生产效率。
武乐鹏[16]通过向矿浆中添加电解质来促进细粒煤的脱水。
电解质在矿浆中电离出正离子，与煤粒表面的负电中和，压缩双电层，降低煤粒表面的电动电位，使得其表面水化膜变薄。
电解质使得细粒煤表面的疏水性增强，亲水性减弱，从而有利于细粒煤的脱水。
万永周[17]采用热压脱水工艺对低品质褐煤进行提质。
热压过程中煤水分离的基本过程包括：
热力效应脱水、压实固结脱水和闪蒸脱水。
褐煤在热力作用下，表面有机含氧官能团和有机结构发生分解，褐煤物理化学结构及组成发生改变，煤与水的作用力减弱，有利于实现煤与水的高效分离。
周明远和关杰[18]研究了采用热压过滤干燥脱水工艺对浮选精煤进行脱水的机理，热压过滤形成的饱和滤饼将继续受到热压干燥过程的作用，伴随饱和蒸汽脱水面和过热蒸汽脱水面的形成与扩散，对滤饼进行深度脱水。
巩冠群等[19]建立了精煤压滤非均相分离压密过程模型，证实三维压滤压密过程可用过程参数压密比表征。
周国莉[20]研究了不同能量作用形式下的褐煤脱水机理。
热风干燥过程中的水分传递的推动力为湿度梯度和温度梯度，真空干燥过程中水分传递的推动力为湿度梯度、温度梯度和压力梯度共同组成，真空干燥褐煤和热风干燥过程中传热、传质方向相反，而微波干燥过程中方向一致。
16.2.5煤泥水澄清及沉降理论及基础研究进展
煤泥水闭路循环是选煤厂实现清洁生产的重点。
煤泥水难以沉降造成选煤厂不能够正常生产，同时造成对周围环境的污染，实现煤泥水中煤泥的高效沉降和合理利用尤为重要。
煤泥中含有大量的煤粒、粘土矿物、金属离子等，这些物质对煤泥水的澄清作用具有重要的地位。
刘炯天等[21]采用扩展的DLVO理论和试验证实：
含高岭石的煤泥水中的煤颗粒之间最易凝聚形成沉淀，高岭石与煤颗粒之间也较易凝聚而沉淀，高岭石之间最难形成凝聚和沉淀，含高岭石的煤泥水中的颗粒沉降属于离散沉降；但含蒙脱石的煤泥水中，煤颗粒被夹杂或包裹在蒙脱石片层形成的网架结构中，其属于整体压缩沉降。
吕玉庭等[22]针对磁感应强度和磁化时间对煤泥水絮凝沉降速度、沉积物厚度和上清液浊度的影响进行研究表明，煤泥水絮凝沉降速度随磁感应强度的增大、磁化时间的延长而增加，底层沉积物厚度和浊度随磁感应强度的增大、磁化时间的延长而减小。
董宪姝等[23]采用电化学预处理促进煤泥水中颗粒的沉降，通过添加电解质消除了煤粒表面电荷、压缩双电层，减小或消除颗粒间的斥力而促进凝聚，同时将煤表面强极性官能团转化为弱极性官能团，提高煤表面疏水性，使得煤泥易于沉降。
张志军等[24]提出了基于矿物颗粒实现自发凝聚的最低水质硬度这一临界硬度的概念，并建立了基于DLVO理论的临界硬度的数学模型，实现煤泥水的绿色高效澄清沉降。
基于各种矿物颗粒聚沉的临界硬度，控制合理的水质硬度调整剂用量，合理调控水质硬度，实现煤泥水的澄清循环利用。
刘炯天等提出“难沉降煤泥水的矿物——硬度法绿色澄清技术及高效循环利用”技术，并获得国家技术发明二等奖。
该技术是基于水化学、溶液化学和胶体化学的基本原理，实现难沉降煤泥水的高效绿色澄清[25]。
张明青等[26]通过研究发现，煤变质程度越高，颗粒之间静电排斥能越小，疏水吸引能越大，越易澄清。
16.3煤炭选矿工艺技术进展
16.3.1破碎筛分与磨矿分级
破碎筛分与分级是选煤生产过程中的准备作业环节，目的是为后续的分选过程提供适宜粒度的入料。
而磨矿作业在选煤厂应用很少。
研究人员在理论及工程应用层面深入研究了破碎筛分和分级作业及其对选别作业的影响，以实现节能降耗，提高选煤的技术经济指标。
左蔚然等[27]介绍了电脉冲破碎技术应用于超纯煤制备的可行性。
电脉冲破
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