收稿日期:2005-03-10
作者简介：焦红光(1970-)，男，副教授，博士，河南理工大学材料科学与工程学院，从事选矿设备和工艺方面的研究。
细粒煤重选设备的技术现状与分析
焦红光，谌伦建，铁占续
(河南理工大学材料学院，河南焦作 454003)
摘 要：细粒煤的分选技术装备是洁净煤技术的重要发展方向，而重选是当前最经济环保的选矿方法。文章从旋流器分选、液固流化床分选、离心重选等四个方面对当前细粒煤重选技术装备的研究应用情况进行了综述，分析了不同设备的优缺点，指出引入离心力等复合力场的新型高效重选设备将是细粒煤分选技术的未来。 关键词：选煤；细粒煤；重选；离心重选
中图分类号:TD94 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2006)01-0014-041 概 述
我国是世界上最大的产煤国和煤炭消费国，煤炭的大量生产消费对我国的生态环境造成了严重污染。煤炭洗选加工作为洁净煤技术的基础和源头技术，能够脱除50%~80%的无机硫和大部分的灰分，是当前最经济有效的降灰、脱硫技术，也是洁净煤技术中最成熟和工业化程度最高的技术。根据我国煤炭资源和当前的经济技术条件，加强煤炭的洗选加工是目前改善我国燃煤污染状况最为行之有效的方法。尤其随着采矿机械化程度的提高，原煤中细粒的含量越来越多，另外在煤炭分选过程中的细粉碎等进一步增加了细粒煤的含量，如果不对这些细粒煤进行有效的利用，不仅会浪费宝贵的煤炭资源，而且其产品燃烧将加剧环境污染。因此研究细粒煤分选工艺及设备成为煤炭脱硫降灰及洁净煤技术的发展方向之一。
重选作为当前最经济、环保和应用范围最广的选矿方法，在煤炭洗选中得到广泛的普及和应用。目前随着水力学、两相流理论和机械振动学等学科的发展，重选已打破了传统的以重力和流体作用力为主的分选模式，发展为重力与离心力、磁力、电力、机械振动力、界面力和声能等相结合的综合力场选别新方法，对微细粒物料分选来说，重力分选过程已经大大得到强化。笔者结合近几年来的研究及实践，仅就细粒煤重选设备的技术现状做一简单的分析。
氢键受体
煤泥重介质旋流器分选普遍采用小直径(<150mm)旋流器、较高入料压力(150kPa)和微细磁铁矿介质(-
10L m 占50%)进行分选。微细磁铁矿粉重介质旋流器工艺是美国能源部匹兹堡能源中心20世纪80年代末开发的,1996年3
月开始在美国Custom 煤炭总公司的500t/h 选煤厂中进行工业性试验，美国、澳大利亚、加拿大和南非都进行了深入的研究。采用微细介质小直径重介旋流器分选细粒煤，可使有效分选下限达到01045mm，且E 值在0106~0108左右,015~01045mm 级无机硫脱硫率可达65%以上。这种分选工艺的主要弊病在于：系统较为复杂(需要单独设立一套微细介质循环和回收系统)、操作难度大、特细粒介质回收困难、生产成本高等。
为简化工艺系统，我国选煤科技工作者开发了利用大直径重介质旋流器对加重质的分级、浓缩作用，将煤泥和精煤脱介筛(或弧形筛)筛下合格介质分流一同进入小直径煤泥重介质旋流器再选的分选工艺。这种工艺虽然减少了特细介质的制备环节(利用了大直径重介质旋流器分级浓缩作用产生的特细介质)，但仍需一套单独的介质净化回收系统，并且煤泥重介质旋流器的分选精度直接受到大直径重介质旋流器运行状况的影响，生产调节困难，同时由于细粒煤在两个旋流器中随介质高速旋转，将产生大量的次生煤泥，增加了后续浮选作业的负荷，介耗较高。
水介质旋流器是以水为介质在离心力场中进行分选的设备，煤泥水介质旋流器与普通水力旋流器的主要区别在于它锥角大、锥体短，溢流管直径大且插入筒体长度深。水介质旋流器具有结构简单、占地
面积小、设备投资少、工艺灵活、系统操作维护容易等优点。水介质旋流器的分选精度远不如重介质旋流器，一般入料的粒级比较窄，且旋流器直径较小，对易选煤和中等可选煤比较适合，一般与其它主洗设备配套使用。水介质旋流器用于细粒煤分选的缺点在于：分选精度较差，分选下限高，溢流不经过脱泥达不到精煤灰分要求。
图1是采用水介质旋流器处理古交煤泥时的工艺流程图。该生产系统处理矿浆量为350~400m 3/h，煤泥处理量
图1煤泥水介质旋流器分选工艺流程
40t/h，煤泥与冲洗水混合成均匀矿浆由泥浆泵以120~ 140kPa的压力切向给入旋流器组(24台<150mm水介质旋流器)进行分选，旋流器溢流汇入缓冲池由泥浆泵以一定压力给入浓缩机，浓缩机底流均匀分配给6台高频振动筛脱水、脱泥后成精煤产品。可从灰分为25%左右的煤泥中回收30%左右灰分在10%左右的精煤产品。该工艺流程较为复杂，实际生产时由于细泥积聚造成高频筛跑水现象时有发生，使得系统不能正常运转。
3螺旋分选机
螺旋分选机具有结构简单、单位处理能力大(可达摇床的10倍)、吨煤投资低、本身不需要动力、操作维护简便等优点，是一种简易有效的粗煤泥分选设备，在许多炼焦煤选煤厂和中、小地方选煤厂中得到了应用，它不仅降灰，而且脱硫效果显著，是处理煤泥的成功设备。在国外，螺旋分选机一直是分选细粒煤最普遍的设备之一，在我国作为粗煤泥的精选设备也已经得到较好的应用。
以晋华宫选煤厂粗煤泥处理为例。该厂入选煤泥粒度为115~011mm，可选性为易选，入选煤泥灰分为11%~ 13%，人料硫分为111%~112%，设计选用M IN DED-2 @6型螺旋分选机，选后精煤灰分为619%~713%，精煤硫分为0154%~0161%。单机检查确定分选密度为1187g/ cm3，数量效率达86%~95%，可能偏差E值为0118，分选粒度下限为011mm，单台处理能力为100t/h~125t/h。经过2a
的运行，处理粗煤泥4515万t，达到了满意的分选效果。另外，在马脊梁选煤厂，进口螺旋分选机的数量效率为8914%，不完善度I值为0129，实际脱硫率为6014%，设备的分选效率比重介的效率低，与粗煤泥跳汰分选的基本相当，但运行成本比跳汰分选低，比国内螺旋机的效率约高5%。
螺旋分选机的缺点是：机身高度大、给料和循环的中矿需要砂泵输送、本身参数不易调节以适应给料性质的变化、在较低密度分选时分选效果差、对片装矿粒富集效果差等。对于一些氧化程度高、硫分较高，不宜采用浮选的易选煤泥，采用螺旋分选机分选可望得到良好的分选效果。
4液固流化床分选机TBS(Teeter-bed Separator)液固流化床技术在国外应用于分级已经有几十年的历史，但用于细粒煤的分选却是最近20年才开始的，它利用入料中的重产物在上升水流作用下实现流态化以提高悬浮液的密度，从而将物料按照沉降速度的不同进行分离，当入料的粒度范围较窄时，密度对沉降速度的影响起主导作用，这时可视为按密度分选。
液固流化床分选机主要由给料系统、排料系统、密度控制回路和分选机床体等四部分构成，其工作原理实质上是基于重力场中颗粒的干扰沉降理论，具体分选过程是：矿浆通过入料缓冲筒切向进入分选机后与一上升水流(由水泵打入分选机底部通过流体分布器产生的扰动水流)相遇而形成干扰床层，固体颗粒在分选机内做干扰沉降运动，达到稳定状态时，密度低于干扰床层平均密度的颗粒将浮起，进入溢流，密度大于干扰床层平均密度的颗粒就穿透床层进入沉物流，并通过排矸口排出，由设在干扰床层内的密度传感器发出的信号来控制排矸口闸门。因此液固流化床分选机又称为干扰床层分选机。
澳大利亚许多矿山倾向于采用液固流化床分选机分选细粒矿石，这种设备在分选>0135mm粒级粗煤泥时分选密度和EP值分别可以达到1143g/cm3和0110。液固流化床分选机用于分选细粒煤的优点是：分选密度可控、可调且在入料粒度范围较窄时按密度分选效率较高、不需要复杂的工艺系统、运行成本低、单位处理量大、维护工作量少。液固流化床分选机的突出缺点在于要求入料的粒度范围较窄，用于分选细粒煤时溢流产品一般还需经过脱泥才能达
到灰分要求。
图2液固流化床分选机的工作原理图
5离心重选
离心重选技术已经较为广泛地应用于在微细金属矿泥的分选，美国目前倾向于采用Falcon离心分选机和A ltair 离心跳汰机对细粒煤进行分选，澳大利亚则更多地使用K elsey离心跳汰机，国内在细粒煤离心重选技术设备的研发上还仅仅是刚刚起步。
511 立式离心选矿机)Falcon 和Knelson 分选机
Falcon 离心分选机的核心部件为一个立式倒锥形转筒，其高度约为直径的两倍，工作时旋转加速度最高可达300g，转筒上部由数个来复圈槽组成，槽底均匀地钻有一圈小水孔，以便使反冲水进入来复圈槽内松散或流态化重产物床层(如图3所示)。反冲水指的是径向流动方向与矿粒离心沉降方向相反的压力水，使用反冲水的压力来松散重产物床层是Falcon
离心分选机的独特之处。
图3a F alcon
小型干扰芯片
油田水处理转筒结构示意图
图3b 来复圈内小水孔局部放大图
矿浆经导流管进入Falcon 分选机内转筒底部之后，由筒底的叶轮均匀地分布到旋转的倒锥形筒壁上并
在离心力带动下作离心运动，矿浆沿转筒锥壁形成一薄流膜，促使颗粒按密度分层(离心沉降)，同时，具有一定压力的反冲水从内外转筒之间的水套垂直流过内壁上的进水孔，使陷于来复圈之间的物料松散或流态化。在离心力和反冲水的共同作用下，重颗粒能够克服反冲水的径向阻力而离心沉降或钻隙渗透抵达锥壁，而轻颗粒因所受的离心力较小，加上难以克服反冲水的作用，结果在轴向水流的冲力和离心力的轴向分力的共同作用下旋出内转筒，从而实现轻重颗粒的按密度分离。
Falcon 离心分选机能够有效地处理微细粒级颗粒，其优点是：大处理量、低耗水量、低投资成本及运行费用、操作简单、自动化程度高等。R 1Q 1Honaker 和B 1C 1Paul 等人采用Falcon 分选机对伊利诺斯5号、6号煤层的煤样进行的分选试验表明:Falcon 分选机可以将100~325网目细粒煤的灰分从18%降低到8%，全硫分从216%降低到117%，全硫分脱出率可达45%，并且在处理量高达100t/h 时，仍然可以实现高效分选。
高频电子水处理器Knelson 选矿机是近年来在金属矿分选中的风行设备，由两个立式同心圆筒构成，内筒为聚氨酯制成的带水平环分隔板的倒锥体(半锥度为15b )，筒内按一定规律排列着切向进水孔；外筒为不锈钢制作的圆柱形筒体，与内筒构成
密封水套，同时带动内筒旋转。工作时，矿浆通过中心给料管给到筒体底部，然后随倒锥形内筒体做离心运动，离心强度可达60g，从而使得矿物颗粒在内筒表面发生离心沉降，运动到格条底部的物料
所受离心力部分被压力水压力所抵销而形成流态化床层。Knelson 选矿机的突出特点就在于它的压力水给入方向是与锥体转动方向相反且与锥体相切，这样有助于物料轮换翻动和重矿粒朝底部移动，同时又能使物料的转动速度低于锥体的转速，防止物料静止，从而使得重矿物能在格条间富集。
512 离心跳汰机
玻璃微电极
离心跳汰是把普通跳汰离心化，用离心力场代替重力场进行轻重矿物颗粒分选的选矿技术。相比而言,Falcon 离心选矿机和K nelson 分选机均属/流膜0选别，处理量低。而离心跳汰机为/体积0选别(具有/深水层0的重选设备)，单位面积处理量能够大大提高。离心跳汰机的类型
很多，如：英国的Paraedyne 离心跳汰机、澳大利亚的K elsey 离心跳汰机和我国云锡式离心跳汰机等。不同型号的离心跳汰机尽管其结构不同，但原理都是一样的，都具备跳汰的基本特征，都有筛网、筛下室、脉动水流。给矿从离心跳汰机顶部进入中心选别体，在离心力的作用下均匀分布在直立的旋转筛网上，像传统的跳汰机一样，重产物通过透筛排料，轻产物溢流至精矿槽。离心跳汰机的优点是处理粒级宽、回收粒度细、处理量大。
美国南伊利诺斯大学的的M 1K 1M ohanty 等人采用Altair 离心跳汰机对粒度小于1mm 的粉煤进行的重选试验收到了良好的分选效果，其分选下限可达25L m 。
我国研制的圆形离心跳汰机于1998年在黑龙江省鹤岗矿务局峻德选煤厂用于<13mm 细粒煤的生产实践结果表明：当原煤灰分为30%左右时，离心跳汰机能生产出灰分为10%~12%的精煤产品，平均降灰在20%以上，精煤产率在60%左右,Ep 值为0104~0108，分选下限可达011mm
。
图4 K nelson 分选机的结构简图
6 建 议
作为洁净煤技术的基础和源头技术，大力发展煤炭洗选加工是当前减少燃煤污染、保证我国经济可持续发展最经济有效的途径，针对煤炭脱硫、降灰需将原煤细粉碎后
收稿日期:2005-09-12
基金项目：安徽省教育厅自然科学重点科研计划项目(2005KJ001ZD)和安徽省自然科学基金项目(03045403)资助 作者简介：吴基文(1961-)，男，安徽舒城人，教授，中国矿业大学在读博士生，从事水文地质与工程地质研究。
任楼煤矿F 3断层带导、含水性评价
吴基文
1,2
，姜振泉1，童宏树3，唐东旗
4
(11中国矿业大学资源与地球科学学院，徐州221008;21安徽理工大学资源与环境工程系，淮南232001;
31皖北煤电集团任楼煤矿，宿州235123;41襄樊学院，襄樊441001)
摘 要：论文系统地分析了任楼煤矿F 3断层的工程控制概况、断层带岩性特征，以及断层落差随深度的变化特征；探测了F 3断层影响带宽度；并根据井巷揭露资料和现场试验成果，论证了F 3断层的不含水和不导水性，为断层防水煤柱合理留设提供了科学依据。 关键词：断层带；水文地质特征；导水性
中图分类号:TD163 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2006)01-0017-030 引 言
任楼井田位于安徽省宿州市西南约30km 的任楼镇。井田走向近南北，长918~14km，倾向近东西，宽112~315km，面积约43km 2
，为一新生界巨厚松散层覆盖下的全隐蔽式煤田。
该区地层自下而上依次为奥陶系、石炭系、二叠系、第三系和第四系。煤系地层属二叠系石盒子组，主采煤层四层(51、51、72、82煤层)，地质储量29687万t，可采储量17660万t 。
主要断裂构造为张扭或压扭性，发育方向为NE 和N W；地层呈近单斜构造，倾角较缓，一般为15~22b 。矿井主要充水水源为新生界第四含水层(简称/四含0)、煤系砂岩裂隙含水层、太原统薄层灰岩岩溶裂隙含水层(简称/太灰含水层0)和奥陶系灰岩岩溶含水层。
任楼煤矿F 3~F 4断层间块段由于受F 3、F 4断层的影
煤中的有机质和及含灰、硫矿物质才能单体解离的特点，应重点开发和推广应用细粒煤分选技术，在此提出以下几点建议:
1)重选是当前最经济环保的选矿方法，选煤厂通过合理延伸重选下限能够降低分选成本、提高精煤产率和提升产品质量，因此应优先发展细粒煤重选设备。
2)复合力场的引入是提高细粒煤分选设备处理能力和分选效率的有效途径，近期应重点进行研制细粒煤离心重选设备并尽快实现其工业性应用。
3)同步发展新型高效的细粒煤脱水、分级设备。参考文献:
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(责任编辑 李振涛)
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