我國選煤廠整體設(shè)計水平已處國際領(lǐng)先，正從選煤大國向選煤強國邁進，創(chuàng)新在設(shè)計水平的提升上起到了重要作用，本文結(jié)合設(shè)計、生產(chǎn)實踐，介紹了設(shè)計、生產(chǎn)單位通過技術(shù)創(chuàng)新、裝備創(chuàng)新和手段創(chuàng)新取得的成就。

　　1選煤工藝創(chuàng)新

　　1.1以干擾床分選機為核心的高效煉焦煤洗選工藝

　　中煤邯鄲設(shè)計工程有限責(zé)任公司提出并應(yīng)用了“脫泥有壓（或無壓）三產(chǎn)品重介旋流+干擾床分選+煤泥浮選”的選煤工藝，有效解決了重介分選介耗高、成本大、大直徑旋流器對粗煤泥分選精度低的問題。受到選煤同行的普遍關(guān)注，并在國內(nèi)眾多煉焦煤選煤廠中得到廣泛應(yīng)用，引領(lǐng)了選煤工藝的發(fā)展。

　　2005年5月，在徐州礦務(wù)集團張雙樓選煤廠率先采用了“脫泥有壓三產(chǎn)品重介旋流分選+TBS分選+浮選”三段式煉焦煤洗選工藝，打破了傳統(tǒng)思維，開創(chuàng)了煉焦煤選煤廠設(shè)計的新局面。以TBS分選機為核心的煤泥分選設(shè)備有效解決了困擾選煤工藝環(huán)節(jié)中的粗煤泥分選問題。

　　2006-2012年，中煤邯鄲設(shè)計工程有限責(zé)任公司陸續(xù)設(shè)計的邯鄲礦業(yè)集團金地煤焦選煤廠（300萬t/a)、徐礦集團三河尖選煤廠（180萬t/a)、冀中能源西龐選煤廠（150萬t/a)、山西臨汾臺頭煤焦選煤廠（150萬t/a)，徐礦集團義安選煤廠（150萬t/a)等，均采用了“脫泥有壓三產(chǎn)品重介旋流分選+TBS分選+浮選”三段式煉焦煤洗選工藝。由于該工藝介耗低、管理方便，同一時期，其他設(shè)計公司建成類似工藝選煤廠總數(shù)在全國超過了80座。

　　以采用該項工藝的徐礦集團三河尖選煤廠為例，技改當(dāng)年即達到了設(shè)計指標(biāo)，噸煤介耗小于1.3kg，選煤廠精煤灰分8.99%,精煤產(chǎn)率比技改前提高3.5%,噸煤電耗由9.31kW·h降為7.8kW·h,年銷售收人增加9000萬元。

　　與此同時，TBS使用的再創(chuàng)新得到了積極的推進。針對如何使TBS與工藝系統(tǒng)的密切結(jié)合，保證TBS的入料穩(wěn)定，保證TBS的頂水穩(wěn)定，以及如何對TBS精煤預(yù)脫泥脫水，設(shè)計生產(chǎn)單位做了大量的研究工作。2009年在徐礦集團張小樓選煤廠設(shè)計中，針對煤泥量大、煤易碎、矸石泥化的特殊情況，推出了“脫泥無壓三產(chǎn)品重介旋流分選+TBS分選+浮選”三段式煉焦煤洗選藝，減少了煤泥水系統(tǒng)負荷。

　　1.2 四粒級選煤工藝的研究與應(yīng)用

　　2011年，在峰峰集團邯鄲洗選廠設(shè)計項目中，為最大限度的穩(wěn)定煉焦精煤質(zhì)量、提高產(chǎn)率，中煤邯鄲設(shè)計工程有限責(zé)任公司突破常規(guī)，提出了“四粒級分選”工藝。即脫泥無壓三產(chǎn)品重介旋流+TBS分選+粗、細煤泥分級浮工藝。

　　主要技術(shù)指標(biāo)：精煤灰分9.75%，中煤帶煤量(-1.40kg/L)1.71%，矸石帶煤量（-1.80kg/L)0.95%，精煤產(chǎn)率提高6.5%，噸煤介耗由1.47kg降為0.72kg，噸煤電耗由11.31kW·h降為9.84kW·h，年銷售收人增加12503.74萬元。

　　“四粒級選煤工藝的應(yīng)用與研究”有效發(fā)揮了四種不同選煤方法及設(shè)備的優(yōu)勢，項目投產(chǎn)后通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會鑒定委員會的鑒定，結(jié)論為“該工藝實現(xiàn)了煤炭分選過程的精細化，對邯鄲洗選廠煤質(zhì)波動大、煤泥含量高的特點有非常強的針對性和適應(yīng)性。填補了國內(nèi)外空白，工藝技術(shù)指標(biāo)達到國際先進水平”，該工藝在中煤邯鄲（天津)設(shè)計公司承攬的神華寧煤集團大武口選煤廠改造工程等項目中得以應(yīng)用。

　　1.3 動力煤脫粉工藝的應(yīng)用

　　2013年以來，冀中能源段王礦商品煤硫分急劇上升、發(fā)熱量不穩(wěn)定，只進行+13mm粒級的洗選，已不能滿足市場的需求，由于缺少-13mm質(zhì)量控制手段，在全國煤炭市場低迷的情況下，導(dǎo)致產(chǎn)品競爭力急劇下降、價格下滑、效益降低，為增強段王礦產(chǎn)品質(zhì)量控制能力、提高產(chǎn)品競爭力、提高企業(yè)經(jīng)濟效益，非常有必要對段王礦的末煤進行加工。

　　為了降低進入末煤分選系統(tǒng)的煤泥量及生產(chǎn)成本，簡化選煤工藝系統(tǒng)，設(shè)計考慮-3mm粒級不入洗，有效降低了煤泥水系統(tǒng)的負荷，與末煤入洗相比，該脫粉工藝由于水分未增加，反而提高了末煤產(chǎn)品的發(fā)熱量，省去了脫水干燥環(huán)節(jié)。通過對段王礦末煤洗選加工的可行性進行研究，最終確定了3mm干法篩分、13-3mm入洗方案，分選系統(tǒng)的入洗粒度下限為3mm，篩分效率因水分影響較大時可考慮將入洗粒度下限提高至6mm;極大簡化生產(chǎn)工藝、降低能耗、節(jié)約成本。

　　生產(chǎn)結(jié)果表明：當(dāng)原煤外水在6.8%左右時，3mm干篩分篩分效率可達到75%上。

　　1.4井下排矸工藝技術(shù)的研究

　　2012年在中煤集團的大力支持下，開展了井下排矸設(shè)備的選擇、井下排矸工藝的研究，對井下排矸與礦井井下運輸系統(tǒng)的協(xié)調(diào)及井下巷道峒室的布置等方面進行了系統(tǒng)研究，對井下排矸關(guān)鍵設(shè)備進行了大量調(diào)研，對井下洗矸的排放、填充與采煤的關(guān)系進行了動態(tài)仿真模擬。

　　2014年2月中國中煤能源集團有限公司組織有關(guān)專家對《井下毛煤機械排矸及矸石回填工藝關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》進行了驗收，形成驗收意見如下：“首次系統(tǒng)地提出了井下毛煤機械排矸與充填工藝，對實現(xiàn)煤礦綠色開采提出了新理念、新思路、新方法。研究了大中型煤礦井下機械排矸、矸石充填工藝系統(tǒng)與配套裝備，適用于不同規(guī)模、不同煤質(zhì)條件的井下機械排矸系統(tǒng)。研究了適用于井下機械排矸及矸石充填工藝的巷道硐室布置系統(tǒng)。研究成果符合國家綠色開采的發(fā)展方向，具有較好的應(yīng)用前景”。

　　2選煤裝備創(chuàng)新

　　2.1塊煤降噪、防破碎裝置

　　中煤邯鄲設(shè)計工程有限責(zé)任公司研發(fā)的大運量螺旋溜槽，采用空間螺旋曲線，可使塊煤入倉速度恒定，入倉角度合理，在防止塊煤破碎的同時，還具備防堵倉功能。大運量螺旋溜槽過煤面采用耐磨材料構(gòu)成（耐磨陶瓷、專用耐磨復(fù)合板和耐磨鋼），確保該設(shè)備使用壽命長，運行安全可靠。與其他塊煤防碎技術(shù)相比，螺旋溜槽靠煤的重力下滑，不會受操作因素影響，無機械故障，運營費用低，降低塊煤損失效果恒定，效益顯著。該產(chǎn)品已獲國家專利，具有國際先進水平。已在國內(nèi)河南、河北、山西、內(nèi)蒙、寧夏等眾多礦區(qū)推廣使用。近期又承擔(dān)了神華塊煤防破碎系統(tǒng)的研究。

　　2.2礦井塊原煤的高效預(yù)排矸

　　為實現(xiàn)礦井塊原煤的高效預(yù)排矸，中煤邯鄲設(shè)計工程有限責(zé)任公司結(jié)合冀中能源邢礦集團章村礦選煤廠項目，在自生介質(zhì)螺旋滾筒分選設(shè)備的基礎(chǔ)上，提出了重介螺旋滾筒洗選工藝。結(jié)合工藝要求，同時研發(fā)了重介螺旋滾筒設(shè)備。

　　該工藝的特點是采用低密度的重介懸浮液實現(xiàn)了高密度分選，系統(tǒng)簡單可靠，分選精度高，處理能力大。是國內(nèi)第一個提出并應(yīng)用該洗選工藝的設(shè)計單位。

　　邢礦集團章村礦無煙煤選煤廠，大于25mm的原煤含矸量高達60%以上，設(shè)計采用一套密度1.6k//L的懸浮液，實現(xiàn)矸石的2.0k//L高密度分選排矸，有效提升了入選原煤的質(zhì)量。國內(nèi)首創(chuàng)的重介螺旋滾筒排矸工藝及設(shè)備，實現(xiàn)了低密度、高效率排矸，在我們承攬的章村選煤廠項目中成功應(yīng)用，目前正為工藝及設(shè)備下井及系統(tǒng)集成做技術(shù)準(zhǔn)備。

　　2.3圓錐形斜板沉淀池

　　其優(yōu)點為體積小，結(jié)構(gòu)合理，圓錐形殼體不產(chǎn)生死角，沉淀效率高，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可以減少選煤廠的投資，是一種理想的水力分級設(shè)備。

　　設(shè)備體積小、占地少、有效沉淀面積大、沉淀效率高、裝配方便、入料靈活、投資省?？蓪崿F(xiàn)底流連續(xù)穩(wěn)定排放，實現(xiàn)了粗顆粒煤泥水力分級、濃縮，是實現(xiàn)煤泥水廠內(nèi)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，對煤泥水處理、環(huán)境保護有著重要的積極。

　　2.4防竄倉電動裝車閘門

　　煤倉一般容量較大，少則300-500t，多則上萬噸，汽車裝車時，需要人工在倉下操作，以前出現(xiàn)過裝車閘門因斷電無法關(guān)閉，整倉煤全部排出，淹沒倉下設(shè)備，如果倉下有人，必將造成傷亡事故；我們的創(chuàng)新工作室通過調(diào)研，研發(fā)出“防竄倉電動裝車閘門”，可保證在斷電條件下裝車閘門自動關(guān)閉，有效保障倉下人員安全，是一種安保型設(shè)備，已推廣100臺以上。該設(shè)備申報了“防竄倉電動裝車閘門”專利，并獲得專利授權(quán)。

　　2.5薄殼球倉

　　在葫蘆素礦井選煤廠設(shè)計中，中煤邯鄲設(shè)計公司首次將薄殼球倉引入選煤廠儲煤系統(tǒng)，開創(chuàng)了煤礦儲煤設(shè)施的新紀(jì)元。其施工順序為先進行地下暗道施工，再進行球倉環(huán)梁施工，環(huán)梁施工完后把主要施工設(shè)備和建筑材料運至環(huán)梁內(nèi)，依次固定膜、吹膜，噴聚發(fā)泡氨酯保溫層（厚50mm)，固定鋼筋，逐層噴漿。較之筒倉，其施工速度提高了一倍，施工人員減少3/4。不僅儲量大，而且美觀，未來這種儲煤設(shè)施將展現(xiàn)出更強的生命力。

　　3設(shè)計手段創(chuàng)新

　　3.1三維設(shè)計

　　近些年三維設(shè)計已被國內(nèi)外設(shè)計行業(yè)公認為表達創(chuàng)意與理念；輸出高質(zhì)量成品的最佳設(shè)計手段。目前中煤邯鄲設(shè)計工程有限責(zé)任公司在選煤廠方案和施工圖設(shè)計階段已全面推廣應(yīng)用三維設(shè)計。

　　選煤廠方案設(shè)計階段，通過構(gòu)建廠房三維可視化模型，直接輸出三維動畫和車間內(nèi)部設(shè)備布置渲染圖。施工圖設(shè)計階段可實現(xiàn)定型設(shè)備、非標(biāo)結(jié)構(gòu)件、管道的建模和成品的生成?？山鉀Q二維設(shè)計復(fù)雜非標(biāo)件表達不直觀、拆件繁瑣、修改工作量大的問題，以及避免工藝管道、非標(biāo)結(jié)構(gòu)件、電纜橋架、土建梁柱產(chǎn)生交叉干涉的問題，在提高設(shè)計效率的同時，將設(shè)計成品的校審，變?yōu)槭虑翱刂?，大大減少了校審工作量。三維設(shè)計的引入，不僅可有效地解決設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的“碰撞”“漏缺”問題，而且提高了設(shè)計效率。

　　3.2仿真設(shè)計

　　在選煤廠設(shè)計中，煤炭在設(shè)備中的流動，存在煤炭顆粒之間的接觸和分離、相互運動、接觸力和能量的聯(lián)系，無法采用單粒子運動學(xué)方程進行求解。顆粒系統(tǒng)的離散元素法是求解與分析復(fù)雜離散系統(tǒng)的動力規(guī)律與動力學(xué)特性的一種新型非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)數(shù)值方法，運用計算機仿真技術(shù)，分析諸如煤炭顆粒等離散物質(zhì)系統(tǒng)動力學(xué)。該技術(shù)通過建立固體顆粒系統(tǒng)的參數(shù)化模型，進行顆粒行為的模擬和分析，為解決煤炭顆粒運動學(xué)復(fù)雜問題提供了一個平臺。離散元素法的動態(tài)仿真的重點是建立模型，而建立模型的關(guān)鍵點是確定各種物理參數(shù)，為此通過實驗方法測得煤炭顆粒的摩擦系數(shù)、泊松比等煤炭顆粒運動的參數(shù)，并模擬了煤炭顆粒運行狀態(tài)，與計算機仿真比較，矯正輸人的仿真參數(shù)，保證動態(tài)仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　在煤炭運動的動態(tài)仿真中，通過設(shè)置參數(shù)、物理和材料屬性、定義原型顆粒和幾何體，創(chuàng)建粒子工廠進行仿真計算，最終得到數(shù)據(jù)分析和仿真視頻，為選煤廠設(shè)計提供理論依據(jù)。該技術(shù)已應(yīng)用在螺旋溜槽、曲線溜槽、地面轉(zhuǎn)載等環(huán)節(jié)設(shè)計中，為減少塊煤破碎、降噪防塵、合理利用空間等提供了強有力的理論支撐，從而提高了設(shè)計效率和質(zhì)量。

　　4結(jié)語

　　未來一個時期，煤炭在我國一次能源消費中仍將占主導(dǎo)地位，大力發(fā)展高精度煤炭洗選加工，實現(xiàn)煤炭深度提質(zhì)和分質(zhì)分級，加快推動能源消費革命，進一步提高煤炭清潔高效利用水平，有效緩解資源環(huán)境壓力，作為知識、技術(shù)、人才密集型的設(shè)計研究單位，任重而道遠。