粗细混合煤泥新型水仓自动清挖工艺和系统设备研究科研项目申报书.doc

科研项目实施方案项目名称：粗细混合煤泥新型水仓自动清挖工艺和系统设备研究项目承担单位： 兖州煤业股份有限公司南屯煤矿 项目负责人： 管振祥 起止年限： 2008年3月-2008年9月 兖州煤业股份有限公司二 八 年 二月6一、项目来源粗细混合煤泥新型水仓自动清挖工艺和系统设备研究的提出来源于煤矿清仓的迫切需要。目前南屯煤矿由于受开采条件的限制，九采北部泄水巷跨落已无法修复，为此设立-537二级泵房，承担矿井七采深部的排水，该排水泵房水仓位置运输环节复杂，-537二级轨道若受开采动压影响无法保证运输路线的畅通，严重影响该泵房水仓煤泥清挖，且该水仓无沉淀池，又地处九采三分区皮带机尾后方，涌水量大，大块状煤炭及煤泥直接进入该水仓，造成清挖频繁，工作量大，目前煤矿井下水仓的清理基本全部是人工清理。通过该项目的研究，建立清挖水仓机械化作业线，为水仓中的粗细混合煤泥的清挖走出一条新路，并能实现煤泥与水的分离，从而达到安全、快速、高效、低耗的清仓效果。该项目不仅能使清仓机械化，而且可以提高清仓速度，同时大大降低了工人的劳动强度，减少了环境污染，创造了较好的经济效益。二、项目主要研究内容及目标1、研究目标研制南屯煤矿粗细煤泥混合新型水仓自动清挖工艺和系统设备，对各种性质的煤泥实现自动清理、自动分离，自动装车运输，解决清仓劳动强度大，不安全，效率低，污染巷道问题。促进煤矿现代化矿井建设，实现煤泥清挖的文明生产和安全生产。2、主要研究内容、关键技术（1）主要研究内容本次研究针对南屯煤矿水仓煤泥颗粒粗细分布不均，清挖周期短，劳动强度大、操作不安全等问题，深入研究水仓高效机械清挖新工艺、新设备、新方法与配套技术。1借鉴天科机械制造有限公司已有的细煤泥水仓煤泥清挖工艺，找到粗细煤泥并存处理的更简单，更合理，更环保的工艺方法。2研制煤泥清挖机和配套的移动系统、搅拌装置：主要指标：仓口粗颗粒正常搅拌输送，搅拌、破碎与泵吸头一体化设计。30以下颗粒可抽排长距离输送。3设计高效双工作区域两端进料煤泥脱水压滤机，效率高、体积小主要指标：压滤泵优化设计，滤布合理选用，压滤效率提高10%；压滤泵站与操作台分体设计，方便设备操作。4.MC-1型煤泥粗分机设计定型：0.3MM以上颗粒通过粗分机分离并自动装车，所分离煤泥水自动进入缓冲搅拌罐，由高效压滤机分离处理。 水仓内的粗细煤泥可以实现自动搅拌、抽排、分级、脱水、装车流水线作业。（2）关键技术1、含有粗细颗粒的煤泥水搅拌、抽排、输送技术：全新的“MQ-1型煤泥清挖输送机”:该机革新以前的设计,将煤泥的搅拌、水仓煤泥的清除、煤泥输送集为一体化的自动清挖机，该机可自行移动，搅拌与抽排高度集合、抽排设备可左右摆动、上下移动，实现不同高度、不同方位的煤泥的搅拌抽排。水平输送距离可达1200米），煤泥输送浓度达到50%，操作只需要一人，实现了真正意义上的水仓煤泥自动清挖输送。其关键技术是：自动搅拌煤泥水、自动过滤杂物、搅拌与抽排高度集合、搅拌抽排能够全方位工作，高浓度煤泥的长距离输送。2.粗细煤泥的分离，既不影响压滤机的使用，又不能糊筛开发设计全新的专利产品“MC-1型煤泥粗分机”：该机是专门针对煤泥性质复杂，为给连续高效压滤机提供优质的待分离煤泥而设计的煤泥分离设备，主要目的是将不便于压滤脱水的煤泥粗颗粒首先从煤泥中分离出来，从而既可提高煤泥脱水质量，又可大大提高煤泥的脱水效率。关键技术是煤泥的粗细分离、粗煤泥自动装车、细煤泥能够全部进入压滤设备。3.洗煤泥的高效脱水开发设计新型“ZQ-4型高效连续压滤机”:基于对煤泥脱水处理的深入研究和多年经验的总结，我们将开发新型的高效连续压滤机，该机突破传统的压滤过滤理论，在设备体积不变的条件下，大幅度提高了煤泥的单位产量。关键技术：压滤机全液压控制、双工作区域、两端进料、自动装车。3、创新点（1）压滤机全液压控制、双工作区域、两端进料、自动装车。（2）煤泥的粗细分离、粗煤泥自动装车、细煤泥能够全部进入压滤设备。（3）自动搅拌煤泥水、自动过滤杂物、搅拌与抽排高度集合、搅拌抽排能够全方位工作，高浓度煤泥的长距离输送。三、主要技术指标主要技术指标序号设备名称设备型号数量 参数名称 参数值1煤泥清挖机MQ-1 1 输送煤泥浓度 % 45 煤泥输送粒度 mm 10 可输送颗粒：mm 30 输送出口压力 MPa 0.2 输送流量 M3/h 25-33 电机功率 kW 28 配水压力 MPa 2.52煤泥粗分机 MC-1 1 粗煤泥产量 T/h 5 高频振动功率 kW 3*2 搅拌功率 kW 4.0 缓冲容量 M3 2.03高效连续压滤机ZQ-41 干煤泥产量 T/h 10-12 煤泥含水率 % 30 入料压力 MPa 0.7 液压缸压力 MPa 16 泵站电机功率 kW 28 输送带电机功率 kW 3四、项目实施的技术方案1、总体技术方案1）设备组成：水仓清挖系统主要由煤泥搅拌设备、煤泥输送设备、缓冲搅拌容器、煤泥分离设备（装车输送带）四大部分组成。 2）主要工艺路线：水仓煤泥高压水冲击、搅拌、破碎-煤泥清挖泵输送-煤泥粗分（分离的粗煤泥装车）-缓冲搅拌容器搅匀-双作用压滤机分离脱水-皮带机自动装车。工艺流程如下：干煤泥自动装车净水副水仓粗煤泥自动装车水 仓ZQ-4型高效连续压滤机精煤泥输送MC-1:煤泥粗分含水煤泥输送MQ-1：煤泥清挖输送3.2.3、设备的布置方式：见下图一、图二水仓煤泥经高压水冲击后搅拌达到一定浓度，大颗粒经破碎后用煤泥输送泵输送到水仓口的煤泥粗分机内，将大于0.3mm以上的粗颗粒煤泥首先分离，自动装矿车。余下的煤泥水进入缓冲容器内，缓冲容器的作用是贮存一定量的煤泥，以便保证脱水压滤机始终有足够的煤泥供应。由于煤泥沉淀快，所以必须加搅拌机构不停的搅拌，防止沉淀。脱水压滤机将缓冲搅拌罐内的煤泥以一定的压力输送入压滤机过滤室内，将煤泥脱水。脱出的煤泥经过压滤机下部的输送带自动装车或者送到另一部皮带上运走，脱出的水回到另一个蓄水水仓。煤泥清理过程完成。2、技术途径本项目将采用现场考察、技术调研、工艺设计、总体方案设计、设备研制、地面试验、井下工业性试验，具体为：1）、井下水仓相关资料调研：查资料了解水仓的现状，断面尺寸、长度。水仓内取样，进行煤泥沉降试验、粒度分析。拟选址。人工清仓的存在问题。2）、工艺设计借鉴现机械清仓的工艺，设计新的清仓工艺。3）、根据现场情况和现清仓周期，设计系统整体方案。生产能力的核定系统的组成设计设备总体布置4）、设备的研制 煤泥煤泥清挖输送机研制煤泥粗分机研制双工作区域两断进料高效连续压滤机的研制5）、地面试验 关键设备模拟试验6）、井下工业性试验进行水仓的清挖，检验设备的相关参数和可靠度7）、总结分析，形成相关研究成果，项目验收。3、试验基地及规模该项目试验分出厂试验和井下工业性试验。出厂试验在制造工厂地面进行，主要对设备原理性试验、基本参数进行测定。项目井下工业性试验兖矿集团兖州煤业公司南屯煤矿进行工业性试验，对设备寿命、配套性进行考核。五、项目进度与阶段考核目标本项目自2008年1月开始执行，2008年9月30日总结鉴定，包括现场调研、理论分析、工艺和系统设备设计制造并在南屯煤矿进行现场实验。（1）2008年01月2008年02月研究计划：现场调研，井下水仓现状调查、收集资料，采集煤泥样品。研究目标：分析分析煤泥构成和特性，分析清挖现场构造，研制合理清挖工艺；（2）2008年03月2008年06月研究计划：制定工艺实现方案，系统设备的设计和制造 研究目标：系统设备完成地面模拟试运行，并进行必要改进； （3）2008年07月研究计划：设备完成井下安装并进行清挖煤泥试验； 研究目标：在实验基础上，完成设备定型；（4）2008年09月项目总结，提交总体研究报告，评审鉴定。六、 协作单位及试验地点1.协作单位基本情况徐州天科机械制造有限公司是省级高新技术企业，拥有中高级人才二十多人，具有教强的开发能力，长期从事水仓设备的研发，在行业处于领先地位。拥有国家专利5项，通过省部级技术鉴定项目1项，获省科技基金资助的项目1项，通过矿务集团技术验收的项目3项。长期以来公司按照ISO-9000标准建立并实施了质量体系，实行从采购、设计、生产、销售等全过程的质量控制。公司生产的水仓自动清挖设备在全国八十多个矿井使用，受到广大用户的好评。公司拥有整套水仓设备试验设施，保证了产品的可靠性。从人员设备都可保障课题的正常进行。2. 试验地点的条件南屯煤矿是我国大型现代化高产高效矿井，在开采、掘进等方面具有雄厚的实力。长期以来，南屯煤矿坚持科学技术是第一生产力的思想，走产学研相结合的道路，解决了煤炭生产中的一系列科技难题，推动了煤炭生产技术的发展，取得了显著的科技成果。同时培养了一大批具有较高科技水平的技术队伍。在各个方面走在行业的前列。南屯煤矿由于受开采条件的限制，九采北部泄水巷跨落已无法修复，为此设立-537二级泵房，承担矿井七采深部的排水，该排水泵房水仓位置运输环节复杂，-537二级轨道若受开采动压影响无法保证运输路线的畅通，严重影响该泵房水仓煤泥清挖，且该水仓无沉淀池，又地处九采三分区皮带机尾后方，涌水量大，大块状煤炭及煤泥直接进入该水仓，造成清挖频繁，工作量大，目前煤矿井下水仓的清理基本全部是人工清理。煤泥清挖需要人工：每班需要6人施工，每班大约清挖6车，每车为3立方米。-537水仓：外环容量1260立方米。内环容量840立方米。 共2100立方米。-670水仓：外环容量1206立方米，内环容量1604立方米。 共2810立方米。人工清理主要工具是铁锹、水桶、矿车，工人劳动强度大，作业环境恶劣，清理和运输对煤矿巷道污染严重。另外清理效率低下，一般一个水仓清理周期长达60天左右，给煤矿用水和治水安全造成一定的安全隐患。清理时工人在煤泥中作业，非常不安全，有些煤矿曾发生过煤泥将工人埋在泥下的事故。水仓内的煤泥颗粒有大有小，仓口颗粒粗大、仓内细小，因此粗细煤泥混合水仓机械化，自动化清理设备的研制，就十分必要。该项目也正是该矿在实际生产需要提出来的，可以作为该项目的井下工业性试验地点。3.试验内容 验证水仓清挖的工艺 煤泥清挖输送机试验 煤泥清挖输送机的基本性能考核； 煤泥清挖输送机可靠性。煤泥粗分机 煤泥粗分机效果考核； 煤泥粗分机可靠性考核。 高效连续压滤机高效连续压滤机效果考核； 高效连续压滤机可靠性考核。5）整个装载作业线试验 水仓清挖系统作业线清挖能力试验； 水仓清挖系统作业线能力匹配性试验； 水仓清挖系统作业线连续性考核； 水仓清挖系统作业线整体可靠性考核。七、项目经费预算 单位：万元1、项目调研、差旅、论证费 2万元 2、系统研究制造费 59.6万元 1）脱水设备研究（含泵站、加长小皮带） 32.72万元 2）缓冲罐（带搅拌）研究 2.72万元 3）煤泥清挖专用泵（一） 8.90万元 4）煤泥清挖专用泵（二） 8.80万元 5）脱水设备系统附件 0.48万元 6）螺旋式搅拌器 0.98万元 7）自动卸料装置 5万元 3、系统安装调试费 3万元 4、项目验收、鉴定费（含资料费） 2万元 费用总计 66.6万元八、项目人员组成（1）课题负责人（单位、姓名、职称、职务）：兖州煤业股份有限公司南屯煤矿：管振祥 高级工程师 副总工程师徐州天科机械制造有限公司： 刘传令 高级工程师，总经理 （2）课题工作人员兖州煤业股份有限公司南屯煤矿：澹凡苓 队长宋庆亮 技术主管范爱文 工程师 韩 刚 工程师徐州天科机械制造有限公司：史万明 高级工程师，总工程师李大男 高级工程师，技术部长季益义 高级工程师，副总经理朱兴民 高级工程师，副总经理董圣明 高级工程师，总装车间主任王 栓 工程师煤泥分级浮选工艺关键技术的分析第5期2007年10月选煤技术C0ALPREPARAT10NTECHNOLOGYNO.50et.2007文章编号:10013571(2007)05004903煤泥分级浮选工艺关键技术的分析李振涛,张悦秋,谢广元,俞和胜(1.中煤国际工程设计研究总院,北京100083;2.中国矿业大学化工学院,江苏徐州221008)摘要:以邯郸洗选厂为例,详细介绍了煤泥分级浮选工艺改造过程中需要注意的几项关键技术,阐述了采用分级旋流器组进行浮选入料粗,细煤泥分级,<0,125mm细煤泥采用新型旋流微泡浮选柱一快速双隔膜压滤机处理,050.125mm粗煤泥采用原有的浮选机一过滤机处理所具有的优势.关键词:分级浮选;旋流微泡浮选柱;快速双隔膜压滤机中图分类号:TD943文献标识码:Al概况邯郸洗选厂是我国解放后自行设计,安装的第一座大型选煤厂,原设计处理原煤能力150万t/a,采用跳汰粗选,重介精选,煤泥混合浮选工艺流程.随着采煤机械化程度的提高,原煤质量逐渐变差,而市场对产品质量的要求却日益提高,原有的煤泥混合浮选凸现出其致命弱点:分选粒度范围过宽,高灰细泥夹带污染精煤,导致浮选精煤灰分高,尾煤灰分低,综合精煤质量波动大,超灰现象严重,影响了精煤产品质量和企业的经济效益.针对煤泥混合浮选工艺存在的问题,该厂于2003年开始对原有的煤泥混合浮选系统进行了分级浮选工艺改造.2分级浮选工艺的关键技术对于老厂进行浮选工艺改造,工艺流程的选择应该侧重于:工艺布置宜简单,合理,实现与原系统其他工艺环节的有机匹配;要实现设备大型化,控制自动化,系统信息化;最大限度地利用现有的设备和设施,减少投资.邯郸洗选厂主厂房结构为采用分级浮选提供了先决条件.但是若要完成分级浮选工艺的改造,还须把握好分级浮选工艺中的几个关键技术问题.2.1分级粒度邯郸洗选厂的人浮煤泥为中等可浮到难浮.根据实验室试验结果和对实际生产的分析,分级粒度定为0.125mm.按照粒度分布情况,粗,细煤泥收稿日期:20070914作者简介:李振涛(1971一),男,陕西省宝鸡市人,高级工程师,现任煤炭工程杂志总编.联系电话:(010)82276676.各占60%,40%.分级粒度并不是一个绝对的概念,相对于混合浮选而言,只是一个相对的概念,对于分级效率的要求并不是很严格,只要满足粗粒级以粗粒为主,细粒级以细粒为主即可.原因是浮选柱和浮选机的有效分选范围都是00.5mm,只是浮选柱在处理细粒煤泥时具有相对优势.0.50125mm粒级的粗粒煤泥采用原有的部分浮选机一过滤机处理;细煤泥采用新型的旋流微泡浮选柱一精煤快速压滤机处理.根据粗,细煤泥表现出的不同浮选和过滤特性,采用不同的浮选和脱水设备以及不同的加药制度,可充分发挥各自在不同粒度范围内的分选与脱水优势,实现粗,细煤泥高精度分选和高效脱水.2.2分级设备水力分级旋流器组分级浮选能否正常运行,分级设备起着关键的作用.采用水力分级旋流器组进行浮选人料粗,细煤泥分级,配备12台FXJ一350组成的旋流器组(通常使用9台,3台作为备用),以解决人料中杂质过多,堵塞旋流器的问题;分级旋流器组配备几种规格直径的底流口,可以根据生产情况进行灵活的调整,实现浮选机和浮选柱人料量的最佳分配;通过控制旋流器的入料压力,来达到调整分级粒度的目的.增大底流口直径或提高人料压力,溢流中煤泥含量减少,分级粒度减小;反之,则溢流中煤泥含量增加,分级粒度加大.2.3细粒煤泥的浮选设备旋流微泡浮选柱2.3.1旋流微泡浮选柱与传统机械搅拌浮选机的性能对比目前,分选细粒和超细粒煤的方法主要有浮选,油团选和选择性絮凝等方法,其中只有浮选在技术上最成熟并已产业化.但应用实践表明,传统49第5期选煤技术2007年1O月25日机械搅拌浮选机存在以下缺点:浮选槽体浅,精煤泡沫层薄(大约200300mm),泡沫中央带高灰细泥多,选择性差,分选效率低;每室设一个叶轮,长期浸泡在矿浆中,磨损严重;维修工作量大,维护费用高;占地面积大,土建投资高;每一室必须有电机,动力消耗大.由中国矿业大学矿物加工工程研究中心研制的旋流微泡直径为1m,1.5m,2m,3m的浮选柱已投人工业化应用.旋流微泡浮选柱的应用不仅提高了分选效率,而且分选粒度范围延伸到了微米级,特别适用于超细粒物料的分选.结构简图如图1所示.喷淋水图1旋流微泡浮选柱结构简图旋流微泡浮选柱主要由:浮选段,旋流段和气泡发生器三部分构成.旋流微泡浮选柱具有以下优点:(1)浮选原理和重选原理(旋流力场)相配合,提高了分选效率.(2)单位容积处理能力大,工艺指标先进.由于浮选柱集浮选和重选于一体,在一个柱体内能完成粗选,精选和扫选,所以高灰细泥对精煤的污染小,精煤灰分低,产率高,完全适用于<0.5mm级煤泥浮选,尤其适合灰分高,粒度细(<0.045mm)的难选煤泥浮选.(3)机体外配置的射流自吸式节能微泡发生器充气量大,气泡质量好,不堵塞,易调节,工作稳定,易维护和更换.(4)采用合理的柱内结构,可随时开,停机,而无须排空,物料不会发生沉积堵塞.(5)动力消耗小,节能明显,比相同处理能力的常规浮选机节能1/3.(6)能使用普通浮选药剂,用量也基本相同.2.3.2工业应用近年来,旋流微泡浮选柱在国内得到了推广应用,目前煤用浮选柱的应用主要围绕三方面:一是在大型选煤厂取代工业浮选机;二是在中,小型厂形成以浮选柱为核心的高效,简易煤泥分选回收系统;三是在低灰,低硫煤制备及高灰,细粒分选方面取得工业应用.表1为3m浮选柱在大屯选煤厂的工业应用结果.从表1中可以看出,浮选柱的精煤灰分可以比浮选机的精煤灰分降低11.5个百分点,从而确保了选煤厂出灰分<8.0%精煤的要求.表2列出了各种规格浮选柱的处理能力和配用电机功率.可以看出,浮选柱比相同处理能力的浮选机可节能1/21/3表1击3m浮选柱与8m浮选机在大屯选煤厂的生产应用结果可见,旋流微泡浮选柱可以作为与跳汰或重介选配合完成全粒级煤炭分选,特别是在重介选或分级浮选中实现细粒煤泥资源回收利用的首选设备.502.4细粒煤泥的脱水设备一XMZG一100/1090一u型隔膜式自动压滤机细粒煤泥的脱水设备有圆盘真空过滤机,加压第5期李振涛等:煤泥分级浮选工艺关键技术的分析001主旦旦过滤机,板框(或厢式)压滤机,精煤快速隔膜压滤机.2.4.1传统真空过滤机的缺点真空过滤是以真空为动力造成压力差进行固液分离的过程,但真空泵产生的真空压力差最高只能达到0.06MPa,实际过滤表面的压力差则更低,一般小于0.02MPa,所以真空过滤机存在脱水效率低,滤饼水分高,能耗大的问题.尤其是处理细而粘的物料时,真空过滤脱水则更为困难.具体表现在:(1)滤饼脱落困难,不得不借助人工捅饼.(2)真空过滤机滤液不能出清水,滤液浓度高,必须返回浮选,导致细煤泥在系统内循环,无疑增加了无用功的消耗,并恶化了浮选和过滤效果.(3)真空泵动力消耗大.(4)滤布更换麻烦,成本也较高.2.4.2加压过滤机的不足运行故障较多,电控系统较复杂,故障率高;密封排料装置用密封圈寿命短;刮板输送机底粘煤严重;对人料浓度,粒度组成要求苛刻,人料粒度组成变化较大时,产品水分和过滤机处理量波动大.当人料中<0.074ram含量>80%时,细粒煤泥通过滤布网孑L进入滤液的量较大,滤饼薄,加压过滤机压力难以维持,造成滤饼水分偏高.2.4.3板框(或厢式)压滤机用于浮选精煤脱水存在的不足(1)目前国内选煤厂使用的压滤机一般最小过滤面积为340m,最大至1050m,一次循环工作时间长,单块滤饼的体积大,不易破碎,脱水后的产品间断集中卸料,用于浮选精煤脱水,难于保证出厂最终精煤的粒度,水分和质量的均匀性.(2)大型压滤机最适宜的人料浓度为500g/L左右,用泵压人.而浮选精矿是含有大量泡沫的矿浆,浓度通常<250g/L,尤其是采用底流大排放和直接浮选的选煤厂,其浓度一般<200g/L,用泵加压过滤难度较大.其原因:一是矿浆内的泡沫会加重水泵使用中的气蚀现象,使泵的工作效率大幅度下降;二是低浓度人料压滤成饼所需时间长,效果差,生产效率低.(3)大型压滤机的脱水功能单一,单纯依靠给料泵的压力脱水,会使压滤时间长,滤饼水分偏高,滤饼脱落困难.2.4.4精煤快速隔膜压滤机针对真空过滤机和板框(或厢式)压滤机所存在的不足,研制开发的精煤快速压滤机具有