维特根 (Wirtgen) 露天采矿机:煤粉含量最小化,煤炭回收率最大化

大多数煤矿业主都会测量其洗选供煤的粒径分布 (PSD),获得信息以确定其是否适于加工 — 尤其是测量煤粉含量。但是知道煤粉确切源自何处的煤矿业主却不多。多数煤矿业主还习惯于测算工作面粉煤率与洗选供煤要求相比较,并试着优化之间的加工工序,尽管优化成品煤 (ROM) 中煤粉含量具有节约成本和其它诸多益处。

  • 由于所采用的工艺及洗煤过程中的产品损失,导致粉煤的洗煤成本较高(同时,还导致煤的回收率较低)
  • 鉴于产品损失量较大,必须采用合适的设备设施处理更多的尾矿
  • 不符合客户粒径要求的煤炭无法被销售
  • 成品煤的煤粉含量越少,空气中可吸入粉尘就越少,这样可提高工作场所的安全性,并降低发生煤粉爆炸的风险
  • 粉煤易吸附湿气,这对后续加工造成不良影响

维特根露天采矿机 — 图为 4200 SM 型露天采矿机 — 采用专业的切削转子切削并破碎岩石,将开采料通过输料系统装载到自卸卡车上。维特根公司是唯一一家可提供通过输料皮带直接转载、每小时产量高达 3,000 t 的露天采矿机的制造商。

维特根露天采矿机 — 图为 4200 SM 型露天采矿机 — 采用专业的切削转子切削并破碎岩石,将开采料通过输料系统装载到自卸卡车上。维特根公司是唯一一家可提供通过输料皮带直接转载、每小时产量高达 3,000 t 的露天采矿机的制造商。

煤炭从其工作面开采到使用的整个加工链条中,都会出现逐级碎裂情况。有些是有意的,例如煤炭采掘和破碎,但有些是无益的,例如在煤炭运输、堆置以及选洗过程中发生的煤炭碎裂情况。一般来说,煤炭的碎裂特性在很大程度上取决于其地质特性,但采矿技术提供了在开采过程中改变粉煤产生量的可能。利用这种可能最大程度降低粉煤含量极为重要。

不久前,维特根公司进行了数次规模化材料逐级碎裂模拟对比现场试验。这些试验的结果表明,维特根露天采矿机在降低粉矿含量方面具有显著优势。

维特根露天采矿机

维特根露天采矿机为履带式采矿机,其用于切削岩石的旋转切削转子位于机器重心,这样整个机器的自身重量可以转化为岩石的针入力。切削转子将开采料传送至卸料皮带(图 1),然后开采料被直接装载到自卸卡车上。

露天采矿机按照规定深度一层一层地进行开采。视现场矿层厚度的不同,可以设定不同的切削深度。即使是 10 cm 厚的薄矿层,也能被开采并与上下夹矸层精准地分离。这样无需钻孔和爆破,便可选择性、经济、环保地开采高纯度矿料。

在维特根露天采矿机前行的过程中,反向旋转的切削转子从岩石中分层切削材料。露天采矿机的驱动通过四个高度可调的履带行走机构实现。

在维特根露天采矿机前行的过程中,反向旋转的切削转子从岩石中分层切削材料。露天采矿机的驱动通过四个高度可调的履带行走机构实现。

粒径分布现场试验

近几年中,维特根公司进行了多个粒径分布和材料逐级破碎方面的大规模现场试验。在试验中,对来自八个不同露天矿的煤和沉积矿石的粒径分布作了分析。为了将使用露天采矿机开采的材料和采用传统开采方法开采的材料相比较,对将近 8,000 t 材料作了筛分分选。

在一煤矿中,既采用维特根露天采矿机,也采用以传统的松动+堆料 (Rip-and-Stack) 方式工作的推土机采煤。鉴于当前煤炭价格的原因,这家煤矿对每一步工序都进行优化。其中也包括优化获得目标粒径材料的工艺,以便大多数材料可以通过成本更低的粗洗循环洗煤。此外,还力求降低破碎的成本。 表格 1 为加工设备对给料粒径大小的要求。

表格1:典型粒径范围的加工

粒径范围 加工设备 评价
> 40 mm 初级/二级破碎设备 可以,但会产生附加成本和细料
2 – 40 mm 粗洗循环 目标粒径,易于加工
0.075 – 2 mm 精洗循环 可以,但需要更高的加工成本
< 0.075 mm 损失 不可以

试验再次证明了露天采矿机对此类作业的适用性:和传统的用松动+堆料 (Rip-and-Stack) 方式采煤的推土机相比,露天采矿机所采的煤的煤粉含量更少,目标粒径材料含量更多(图 2)。实际上,在推土机每小时传送到加工设备的 1,500 t 原煤中,有 225 t 为粒径小于 2 mm 的煤粉。相比之下,在露天采矿机所采的原煤中每小时只有 185 t 煤粉。这意味着,用露天采矿机开采的原煤中,可以用成本较低的粗洗循环洗煤的原煤增加了 22%,这些煤无需用成本较高的精洗循环洗煤。在采用露天采矿机开采的原煤中,要用洗煤设备洗煤、粒径小于 1 mm 的煤粉含量甚至降低了 33%。

用露天采矿机采煤和用推土机采煤的原煤粒径分布以及对洗选加工的边际效应。

用露天采矿机采煤和用推土机采煤的原煤粒径分布以及对洗选加工的边际效应。

露天采矿机开采的原煤中,目标粒径 (2 – 40 mm) 的原煤比例在 70% 以上,而用推土机采的原煤中,目标粒径的原煤却在 58% 以下。在破碎工序中也可进一步节约成本:在露天采矿机开采的原煤中,只有 17% 需要用破碎机进行破碎,而在用推土机开采的原煤中,需要用破碎机进行破碎的原煤却超过 26%。这也导致需要洗煤的煤粉数量的增加。

另一试验生产项目中,采用露天采矿机和传统的钻孔、爆破方式在沉积矿床进行开采。露天采矿机可以连续地将粉矿(小于 1 mm)含量只有 15% 的矿料供应到洗选车间。混合给料(包括用钻孔、爆破作业开采的原煤以及用露天采矿机开采的原煤)含有粒径小于 1 mm 的粉矿的含量不小于 25%。

倒运对粉矿含量的影响

在开采过程中倒运对开采矿料的逐级碎裂造成明显影响。维特根公司对此作了一项研究,模拟材料倒运并确定倒运过程中材料逐级碎裂数量变化。在模拟实验中,用轮式装载机装载 80 t 原煤,然后多次用筛分设备进行筛分。每筛分一次,煤粉含量就会显著增加。在五次循环试验中,粒径小于 4 mm 的原煤平均从 19% 增加到了 26%,相当于增加了 34%。对于沉积矿也得到了相似的结果:煤粉含量在五次循环中增加了 24%(图 3)。

在模拟的倒运(装载、输料到筛网、在筛网上分筛)中,作业中没有对原煤施加额外压碎力,如:推土机在煤堆中驶过。尽管如此,还是可以检测出在模拟实验中出现了显著的材料逐级碎裂情况。可以确定倒运堆料过程中会导致更多的煤粉产生。

鉴于在开采过程中会多次倒运原煤、即使“轻微的”倒运也会造成显著的材料逐级碎裂,因此尽量减少原煤的倒运次数很重要。更何况每一次倒运都会产生额外费用。对此,维特根露天采矿机有双重优势:首先,使用露天采矿机,无需爆破,材料由旋转的切削转子从地面切削下来,因此从一开始煤粉含量就较低。其次,开采矿料直接装载到卡车上,倒运次数被减至最少,因而煤粉含量也尽可能的被降低。

从整个开采过程可以看出,维特根露天采矿机简化了开采工艺并减少了加工工序(图 4),直接节约了成本。

每倒运一次,煤粉含量就会有所增加。

每倒运一次,煤粉含量就会有所增加。

总结

成品煤中的煤粉含量较高会导致更高的洗煤成本和较低的回收率,降低了工作安全性,并且对后续工序产生不利影响。了解煤粉在哪些工序中产生并对其进行优化,可以显著地节约成本。

维特根公司作了多项关于煤粉问题方面的研究,并证实降低成品煤中煤粉含量的可能性:在整个过程中,采用维特根露天采矿机采煤是节约成本的第一步。此外,使用露天采矿机,还可通过简化开采过程而减少每开采一吨原煤所需的设备数量。最后,各个工序之间的相互依赖相互影响的关系在这种开采方式中得到简化,避免了昂贵的时间损失。

采用传统开采方法以及使用露天采矿机采煤时的工艺流程。

采用传统开采方法以及使用露天采矿机采煤时的工艺流程。

EN ZH