王 怀
(焦作煤业(集团)有限责任公司 煤质中心，河南 焦作 454001)
中马村矿选煤厂隶属于焦煤集团，位于焦作市东郊8 km、太行山余脉南麓的焦作市马村区所辖管区内，入洗中马村矿优质2号无烟煤，经过多次升级改造，实际生产能力达1.20 Mt/a。该厂末煤系统于2010年建成投用，设计洗选能力0.50 Mt/a，末煤系统的主要工艺为0～13 mm采用有压三产品重介旋流器分选，粗煤泥TBS分选，煤泥浮选，浮选尾煤浓缩压滤[1-2]。
鉴于设计时期的煤质结构，末煤分选系统未设计脱泥环节。随着矿井产量的增加和采煤工作面的变化，中马村矿煤质结构发生了较大的变化，原煤中0～13 mm粒级末煤产率由40%增加到了60%，超出了末煤系统的洗选能力。0～3 mm粒级煤泥含量高达53.87%，大量的煤泥进入系统，导致三产品重介旋流器分选效果差，洗末煤质量波动大，出现多起煤质纠纷；
系统介耗高达4～5 kg/t，浮选药耗高达2.00 kg/t干煤泥，洗煤成本高。经过详细测算，为降低洗煤成本，末煤系统多数情况下未正常运转，选煤厂以采取直接筛分末煤产品为主的生产方式，产品结构不合理。为降低煤泥产率，选煤厂在原煤深度筛分环节进行了深入研究，并实施了技术改造，实现了经济效益最大化。
中马村矿选煤厂入洗的2号无烟煤，具有低中灰、特低硫、低磷、高熔融性、抗碎强度高、高热稳定性、不易破碎等特点，末煤灰分27%，平均水分9.0%。
1.1 末煤筛分试验
末煤粒度组成见表1。由表1可知，末煤中小于3 mm粒级粗煤泥含量高达53.87%，超出了煤泥水处理系统的生产能力，随着粒度的减小，灰分有增高的趋势。
表1 末煤粒度组成Tab.1 Coal particle size composition
1.2 入选原煤转筒泥化试验
根据GB/T 26918—2011《选煤厂煤的转筒泥化试验方法》，对中马村矿入选原煤进行转筒泥化试验，煤样取自筛分大样，粒级为100～0.5 mm，将采取的试样晾至空气干燥状态，选取4份样品，每份(25±0.5) kg，称准至0.05 kg，试验用其余样品密封保存，留作备用。原煤转筒泥化试验结果汇总见表2。
表2 原煤转筒泥化试验结果记录Tab.2 Record table of the results of the raw coal drum sludge test
根据原煤泥化试验结果，可以得到以下结论：①由于次生煤泥含量均大于10%，因此按照泥化比来确定原煤的泥化程度；
②中马村矿原煤泥化比为10.1%～20.0，为中泥化程度[3]；
③小于0.045 mm粒级含量随着翻转时间的增加而升高；
④次生煤泥的灰分随着试验时间的增加有增大的趋势，但并不显著。
结合中马村矿末煤的筛分试验和原煤转筒泥化试验可知，原煤中粗煤泥的含量较高，将小于3 mm粒级粗煤泥在源头进行深度筛分，有利于末煤产品的分选，筛分出的粗煤泥可以直接作为末煤产品进行销售，有利于优化产品结构。
目前用于原煤3 mm深度筛分的主要设备有弛张筛、琴弦筛等，中马村矿末煤深度筛分处理量达120 t，如果单独选择弛张筛或琴弦筛作为筛分设备，原煤车间及末煤重介车间无合适位置和足够空间安装，经过市场调研和研究，采取对末煤进行“减量筛分”的深度筛分技术路线，即筛分机双层布置，上层粗筛分，下层精细筛分，物料分层分路走，料层薄，筛分工况条件好，筛网磨损小，筛分效率高。因此，选择2KCZ-QX-130型琴弦弛张筛作为深度筛分设备。
2.1 工作原理与结构
KCZ-QX型琴弦弛张筛如图1所示，主要有筛前溜槽、密封盖、筛体、底托、传动系统、料仓、弹簧、筛板等部件组成。
图1 琴弦弛张筛结构示意Fig.1 Schematic diagram of the structure of the string relaxation screen
琴弦弛张筛是琴弦筛与弛张筛2种筛分原理相结合的新型筛分机，采用双质量振动系统，1层采用琴弦筛网，前后或左右拉紧的方式，拆卸极其方便。1层采用聚氨酯高弹筛面，支承筛面的任意两根相邻横梁都分别属于2个振动质体，其中，1个质体是筛箱，1个质体是配重[4]。在工作时，筛网交替地拉紧和松弛，使物料产生前进弹跳运动，可避免物料黏附筛网并堵塞筛孔[5]。当两质体相差二相位振动时，任意2根相邻横梁时而靠近，时而远离，弹性筛面也相应时而松弛，时而张紧，即筛面随筛箱作牵连运动的同时，还相对筛箱作运动。这种弛张运动不仅使筛孔不断产生变形，而且大大增加了筛面的振动强度，从而有效地克服了筛孔堵塞现象，显著提高了筛机处理能力[6]。因此，筛孔不但不易堵塞，而且筛分效率提高，处理量大，动负荷小，功耗少，噪声低。
2.2 主要技术参数
中马村矿所采用的的2KCZ-QX-130型琴弦弛张筛主要技术参数：2层；
筛分面积1.4 m×4.0 m；
处理能力≥130 t/h；
分级粒度上层6 mm、下层3 mm；
双振幅5～10 mm；
结构形式为上层弛张结构、下层琴弦结构。
2.3 改造方案
选煤厂末煤经过一条带宽为1.0 m的水平胶带机从原煤准备车间经储煤场转运至末煤重介车间，现将该胶带机从中间断开改造为2条胶带机，即琴弦弛张筛的入料胶带机和出料胶带机。入料胶带机是将原胶带改造为11°的倾斜胶带，新机头约抬高1.5 m；
出料胶带机是将原胶带机改造为16°的倾斜胶带，新胶带机机尾降低约3.5 m变成倾斜胶带，形成5.5 m×2.0 m×5.0 m的空间，用于安装琴弦弛张筛，筛分出的3 mm以下产品直接落入储煤场进行销售或掺配销售，上层及下层的筛上产品筛分后再混合，经出料胶带机运输至末煤重介车间进行洗选。
3.1 筛分效率试验
琴弦弛张筛投用后，其筛上物及筛下物筛分试验结果见表3。
表3 3 mm筛分筛上物及筛下物筛分试验Tab.3 Screening test of 3 mm sieve above and below sieve
现场应用显示，琴弦弛张筛处理量约120～130 t/h。由表1可知，末煤中大于3 mm粒级含量46.13%，-3 mm粒级含量53.87%，结合表3，可以计算出琴弦弛张筛(3 mm)筛分效率η=82.86%。
根据《选矿学》中不同运动特性筛面的筛分效果要求，琴弦弛张筛筛面运动形式为振动，筛分效率应≥90%，但该类型首次用于原煤3 mm深度筛分，限于安装现场的空间位置，无法选择更大型号的筛分机，筛分效率能够达到82.86%，完全能够解决现场存在问题，满足生产需要。
3.2 经济指标统计分析
末煤实施深度筛分改造后，大量的小于3 mm粒级粗煤泥从末煤中筛分出去不再进入重介洗选系统，减轻了重介系统、煤泥水系统负荷，末煤重介系统和煤泥水系统正常运转，主要经济指标见表4。
表4 改造前后主要经济指标统计Tab.4 Statistics of main economic indicators before and after reconstruction
由表4可知，改造前后，电耗减少1.16 kWh/t，浮选油耗减少1.42 kg/t，介耗减少4.76 kg/t，改造后的经济指标完全符合河南省煤炭企业一级安全生产标准化选煤厂相关要求，洗煤加工费综合减少4.73元/t原煤。
3.3 产品结构统计分析
末煤进行3 mm深度筛分后，3～13 mm粒级煤进入重介系统进行分选，改造前后产品结构统计见表5。
表5 改造前后产品结构统计Tab.5 Statistics of product structure before and after transformation %
由于中马村矿有给公司内部电厂、焦作及新乡地区部分热电公司等生产末煤产品的生产任务，所以该矿末煤产品生产任务大，产率要保证在40%左右。通过技术改造，由表5可知，在相同原煤质量的条件下，洗末煤产率提高4.12%、末煤产率提高5.55%、煤泥产率降低7.97%、矸石产率降低1.70%，既完成了末煤产品生产任务，又实现了产品结构优化。
通过改造，提高了售价高的洗末煤及末煤产率，降低了售价低的煤泥及矸石副产品产率，实现产品结构优化，经济效益最大化，煤炭产品综合售价提高了53.47元/t，洗煤加工费降低4.73元/t，中马村矿按照生产量120万t/a计算，每年可以增收6 984万元，经济效益非常可观。
中马村矿通过首次引进新型琴弦弛张筛用于末煤的3 mm深度筛分，实现煤泥在源头减量化生产，琴弦弛张筛筛分效率达82.86%，降低了选煤厂电耗、浮选油耗及介耗，在保质保量完成末煤生产任务的同时，实现了产品结构优化，提高了产品综合售价，取得了较好的技术及经济指标，经济效益可观，环保效益显著。琴弦弛张筛在中马村矿的成功应用，为其他选煤厂特别是针对经过多次升级改造而缺少改造空间的老厂，进行原煤深度筛分及煤泥减量化改造，提供了新的思路、新的参考设备，有推广和借鉴意义。
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