煤炭是我国重要的一次能源，对我国国民经济的发展发挥了重要作用[1-2]，提高原煤入选率、对于实现煤炭清洁高效利用和“双碳”目标具有重要意义[3-5]。动力煤高效分选是当前的研究热点[6-7]，目前，国内大多数动力煤选煤厂均采用原煤13 mm分级-块煤浅槽重介分选-末煤不分选工艺，然而该工艺原煤入选率较低[8-9]。为提高原煤尤其是块煤的入选比例，部分选煤厂将原煤选前分级下限由13 mm降低至9、6、3 mm[10-12]。而随着原煤井下防尘喷水以及机械化开采程度的提高，部分动力煤选煤厂原煤的外在水分含量及细粒含量增高且部分原煤易泥化[13-15]。潮湿易泥化动力煤在进行选前分级时，易造成筛面堵塞、筛分效率低，并导致部分细粒物料进入重介浅槽分选系统，造成重介系统紊乱、分选效果差、煤泥水负荷增大[16-18]。因此，为提高选煤厂原煤入选率、增加精煤产率、降低煤泥水负荷，开发潮湿易泥化动力煤高效筛分与分选工艺尤为重要。

内蒙古伊泰集团有限公司塔拉壕选煤厂(以下简称“塔拉壕选煤厂”)原选煤工艺为对原煤13 mm 进行分级，大于13 mm块煤采用“3 mm湿法脱泥+重介浅槽分选”、小于13 mm末煤采用“3 mm干法脱泥+13～3 mm末煤重介旋流器分选+小于3 mm 粉煤不分选”。为进一步提高块煤入选比例，增加块精煤产率并提高经济效益，在满足现有重介浅槽处理能力的前提下，对原有工艺进行了改造，改造后的工艺对原煤9 mm进行分级，大于9 mm块煤采用“3 mm湿法脱泥+重介浅槽分选”、小于9 mm末煤采用“3 mm干法脱泥+9～3 mm末煤重介旋流器分选+小于3 mm粉煤不分选”。

笔者重点对改造后3 mm脱泥筛的运动学特性、筛分效果以及重介质浅槽分选机的分选效果进行了研究，旨在为其他同类型选煤厂相关工艺提供借鉴。

1 3 mm脱泥筛运动学分析

将加速度传感器分别布置在3 mm脱泥筛的筛板与侧板上，测试3 mm脱泥筛在空载运转状态下筛板与侧板的加速度，通过一次积分、二次积分得到速度、振幅数据。在测试过程中，沿物料流动方向为x方向，垂直于侧板方向为y方向，垂直于筛板方向为z方向。3 mm脱泥筛振动测试传感器布置如图1所示。

3 mm脱泥筛筛板与筛体加速度时域曲线如图2所示。

由图2可以看出，筛板与筛体在x、y、z方向的加速度时域曲线均趋近于简谐波，其中在x、z方向的加速度较大，而在y方向的加速度较小，这表明3 mm脱泥筛的筛体垂直于侧板方向的摆动较小，可以忽略，3 mm脱泥筛的运行状况较稳定。由图2得出3 mm脱泥筛筛板与筛体的运动学参数幅值见表1。

由表1可以看出，由于筛板的边框为橡胶材料，橡胶边框的弹性要大于刚性筛板，在运动过程中橡胶边框会带动筛板产生与筛体相比较大的加速度，因此3 mm脱泥筛筛板在x、y、z方向的加速度、速度和振幅的幅值均略大于筛体。筛板和筛体在x、z方向的运动学参数幅值较大，在y方向的运动学幅值较小，而在z方向的运动学幅值最大。3 mm脱泥筛筛板在z方向的加速度、速度、振幅的幅值分别为3.50 g、0.38 m/s和4.05 mm，筛体在z方向的加速度、速度、振幅的幅值分别为2.90 g、0.33 m/s和3.37 mm。筛板在z方向的加速度、速度、振幅的幅值与筛体相比，分别提高了20.69%、15.15%、20.18%。

由筛板和筛体的振幅数据可得出3 mm脱泥筛筛板与筛体的运动轨迹，如图3所示。

由图3可以看出，3 mm脱泥筛的筛板与筛体在x-y平面内的运动轨迹均趋近于直线，其振动方向与筛面方向存在一定的角度。

2 3 mm脱泥筛筛分效果分析

根据《煤用筛分设备工艺性能评定方法》(GBT 15716-2005)、《商品煤样人工采取方法》(GB/T 475-2008)、《煤炭筛分试验方法》(GB/T 477-2008)等国家标准的相关要求和规定，对3 mm 脱泥筛生产过程中的入料、筛上产品、筛下产品进行取样与筛分分析。通过格式法可以计算得出3 mm脱泥筛筛上及筛下产品的产率，并通过计算筛分效率、错配物含量和分级粒度，来评价3 mm 脱泥筛的分级效果。3 mm脱泥筛筛上和筛下产品产率以及中间变量计算见表2。

由表2可以计算得出3 mm脱泥筛筛上和筛下产品的实际产率分别为95.75%和4.25%，具体计算见式(1)和式(2)：

式中：γ1——筛上产品产率，%；

γ2——筛下产品产率，%；

G0——各粒级入料产率，%；

G1——各粒级筛上物产率，%；

G2——各粒级筛下物产率，%。

由表2、式(1)和式(2)可以得出，3 mm脱泥筛计算入料及分配率计算见表3。

由表3可以计算得出，3 mm脱泥筛的粗颗粒和细颗粒正配效率分别为99.72%和83.66%、粗粒物和细粒物错配物含量分别为0.78%和0.27%、筛分效率为83.38%、1 mm煤泥脱除率为88.93%、总错配物含量为1.05%。3 mm脱泥筛的筛分效率较低，究其原因可能是原煤外水含量较高，部分细颗粒物料粘附在大颗粒物料上难以脱除；3 mm脱泥筛筛上物料层较厚，部分细粒物料难以透过筛孔。根据3 mm脱泥筛各粒级物料的分配率，绘制出3 mm脱泥筛分配率曲线如图4所示。

由图4可以看出，3 mm脱泥筛实际分级粒度为d50=1.99 mm，该实际分级粒度小于筛孔尺寸，出现该现象的原因可能为原煤外在水分高且矸石易泥化，在脱泥过程中部分矸石泥和细粒物料粘附在筛面上，使筛孔堵塞、尺寸变小。

3 重介浅槽分选效果分析

3.1 重介浅槽分选机中各粒级物料的分选效果

按照《商品煤样人工采取方法》(GB/T 475-2008)、《煤炭筛分试验方法》(GB/T 477-2008)、《煤炭浮沉试验方法》(GB/T 478-2008)、《煤样的制备方法》(GB/T 474-2008)等国家标准的相关要求和规定，对重介浅槽分选机各粒度级入料、精煤产品和矸石产品进行取样和分析。通过分析与计算可以得到精煤及矸石的实际产率，由精煤和矸石产品的实际产率可以得到重介浅槽分选过程的分配率并绘制分配率曲线，根据分配曲线可得到重介浅槽分选过程的实际分选密度和可能性偏差E值，并采用可能性偏差E值作为评价重介浅槽分选机分选效果的指标。

3.1.1 重介浅槽分选机中200～50 mm粒级物料的分选效果

重介浅槽分选机200～50 mm精煤和矸石产品中间变量计算见表4。

由表4可以计算得出，重介浅槽分选机中200～50 mm精煤和矸石产品的实际产率分别为81.2%和18.8%，具体计算过程参考式(1)和式(2)。

由精煤、矸石产品的实际产率和表4可以得出，重介浅槽分选机200～50 mm计算入料及分配率计算见表5。

根据表5中的分配率，可以绘制出重介浅槽分选机中200～50 mm物料的分配曲线如图5所示。

由图5可以得出，重介浅槽分选机中200～50 mm 物料的实际分选密度为δp= 1.501 g/cm3，可能性偏差E=(1.519-1.483)/2=0.018 g/cm3。

3.1.2 重介浅槽分选机中50～25 mm粒级物料的分选效果

重介浅槽分选机50～25 mm精煤和矸石产品中间变量计算见表6。

由表6可以计算得出，重介浅槽分选机中50～25 mm精煤和矸石产品的实际产率分别为77.9%和22.1%，具体计算过程参考式(1)和式(2)。

由精煤、矸石产品的实际产率和表6可以得出，重介浅槽分选机50～25 mm计算入料及分配率计算见表7。

根据表7中的分配率，可以绘制出重介浅槽分选机中50～25 mm物料的分配曲线如图6所示。

由图6可以得出，重介浅槽分选机中50～25 mm 物料的实际分选密度为δp= 1.501 g/cm3，可能性偏差E=(1.518-1.482)/2=0.018 g/cm3。

3.1.3 重介浅槽分选机中25～9 mm粒级物料的分选效果

重介浅槽分选机25～9 mm精煤和矸石产品中间变量计算见表8。

由表8可以计算得出，重介浅槽分选机中25～9 mm精煤和矸石产品的实际产率86.05%和13.95%，具体计算过程参考式(1)和式(2)。

由精煤、矸石产品的实际产率和表8可以得出，重介浅槽分选机25～9 mm计算入料及分配率计算见表9。

根据表9中的分配率，可以绘制出重介浅槽分选机中25～9 mm物料的分配曲线如图7所示。

由图7可以得出，重介浅槽分选机中25～9 mm物料的实际分选密度为δp= 1.646 g/cm3，可能性偏差E=(1.698-1.583)/2=0.057 5 g/cm3。

3.1.4 重介浅槽分选机中9～3 mm粒级物料的分选效果

重介浅槽分选机9～3 mm精煤和矸石产品中间变量计算见表10。

由表10可以计算得出，重介浅槽分选机中9～3 mm精煤和矸石产品实际产率分别为93.36%和6.64%，具体计算过程参考式(1)和式(2)。

由精煤、矸石产品的实际产率和表10可以得出，重介浅槽分选机9～3 mm计算入料及分配率计算见表11。

根据表11中的分配率，可以绘制出重介浅槽分选机中9～3 mm物料的分配曲线如图8所示。

由图8可以得出，重介浅槽分选机中9～3 mm物料的实际分选密度为δp=1.761 g/cm3，可能性偏差E=(1.814-1.696)/2=0.059 g/cm3。

3.1.5 重介浅槽分选机中各粒级物料分选效果的对比

由上述分析可得，重介浅槽分选机中各粒级物料的实际分选密度和可能偏差变化如图9所示。

由图9可以看出，200～50 mm、50～25 mm粒级物料的实际分选密度和可能性偏差相同。随着粒级的减小，重介浅槽分选机中各粒级物料的实际分选密度逐渐增高，可能性偏差逐渐增加。这是由于随着粒级的减小，物料在重介浅槽分选机中受到的干扰较为严重，因此随着粒级的减小，重介浅槽分选的可能性偏差逐渐增加，造成分选效果变差。

3.2 重介浅槽分选机中200～3 mm粒级物料整体分选效果

重介浅槽分选机200～3 mm精煤和矸石产品中间变量计算见表12。

由表12可以计算得出，重介浅槽分选机200～3 mm精煤和矸石产品的实际产率分别为81.2%和18.8%，具体计算过程参考式(1)和式(2)。

由精煤、矸石产品的实际产率和表12可以得出，重介浅槽分选机200～3 mm计算入料及分配率计算见表13。

根据表13中的分配率，可以绘制出重介浅槽分选机中200～3 mm 物料的分配曲线如图10所示。

由图10可以得出，重介浅槽分选机中200～3 mm物料的实际分选密度为δp=1.523 g/cm3，可能性偏差E=(1.578-1.495)/2=0.041 5 g/cm3。

4 结论

笔者分析了塔拉壕选煤厂降低原煤分级粒度后脱泥筛的运动学特性、筛分效果，并研究了重介质浅槽分选机分选效果。研究结果表明，降低原煤分级粒度后，脱泥筛仍具有较好的筛分效果且重介浅槽分选机的分选效果较好，可为其他同类型选煤厂工艺改造提供参考。

(1)3 mm脱泥筛筛板区域的加速度大于筛体区域的加速度，筛板在z方向的加速度、速度、振幅的幅值与筛体相比，分别提高20.69%、15.15%、20.18%。3 mm脱泥筛筛板和筛体的运动轨迹趋近于直线。

(2)3 mm脱泥筛的筛分效率为83.38%、总错配物含量为1.05%、1 mm煤泥脱除率为88.93%。其实际分级粒度为1.99 mm，小于筛孔实际尺寸。

(3)重介浅槽分选机中各粒级物料的实际分选密度和可能性偏差随着粒级的减小而增加，原煤经9 mm分级和3 mm脱泥后在重介浅槽分选机中的实际分选密度为1.523 g/cm3，可能性偏差为0.041 5 g/cm3。

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Research on 3 mm screening and dense medium shallow tank separation process in power coal preparation plant

ZHANG Yulong, GAO Qi, GUO Shuai, GAO Yang, ZHANG Liyun, LI Zuoxi

(Inner Mongolia Yitai Group Co., Ltd., Ordos, Inner Mongolia 017000, China)

Abstract In order to further increase the selected proportion of lump coal and yield of lump clean coal and improve economic benefits, taking 3 mm desliming screen for lump coal in Talahao coal preparation plant of Inner Mongolia Yitai Group Co., Ltd. as an example, the kinematics characteristics and screening performance of desliming screen and separation performance of each particle size of heavy medium shallow tank separator are studied. The results showed that the acceleration of 3 mm desliming screen plate was little higher than that of screen body, and the acceleration perpendicular to screen plate was 20.69% higher than the acceleration perpendicular to the screen body. The screening efficiency of 3 mm desliming screen was 83.38%, and the coal slime removal rate was 88.93%. The actual separation density and probable error of each particle size in the heavy medium shallow tank separator increased with the decrease of particle size. The separation performance of heavy medium shallow tank separator for fine particle size was worse than that of coarse particle size. The actual separation density of lump coal in the heavy medium shallow tank separator was 1.523 g/cm3, and the probable error was 0.041 5 g/cm3.

Keywords power coal; desliming before separation; heavy medium shallow tank; separation performance

中图分类号 TD94

文献标志码 A

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引用格式：张宇龙，高琪，郭帅，等. 动力煤选煤厂3 mm筛分与重介浅槽分选工艺研究[J].中国煤炭，2023，49(4)：64-72.

DOI：10.19880/j.cnki.ccm.2023.04.011

ZHANG Yulong ，GAO Qi ，GUO Shuai，et al. Research on 3 mm screening and dense medium shallow tank separation process in power coal preparation plant [J]. China Coal，2023，49(4)：64-72.

DOI：10.19880/j.cnki.ccm.2023.04.011

作者简介：张宇龙(1988-)，男，内蒙古鄂尔多斯人，工程师，主要从事选煤技术方面的研究。E-mail：zhangyulong880119@163.com

(责任编辑 王雅琴)