CN112973952A - 一种井下煤炭液固流态化分选系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下煤炭液固流态化分选系统及工艺，涉及矿物加工分选技术领域。由顶水管向各台水力分选机的分选室中给入上升水流，并通过加药器向各台水力分选机中加入絮凝剂；原煤由水力分选机入料口给入，煤炭颗粒聚集在分选室上层，沿浮物排料口排出，即粗精煤；矸石沉降到分选室底部，沿沉物排料口排出；最终得到灰分符合要求的精煤；精煤由给料泵打入精煤浓缩旋流器组浓缩脱水；矸石经给料泵打入矸石浓缩旋流器组浓缩脱水。本发明工艺采用多台相互串联的水力分选机，通过多段精选，实现了对原煤的高效分选，提高了分选的精度；工艺系统简单，无复杂管路，占地面积小，基建投资少。

Description

一种井下煤炭液固流态化分选系统及工艺

技术领域

本发明涉及矿物加工分选技术领域，特别是涉及一种井下煤炭液固流态化分选系统及工艺。

背景技术

我国是煤炭资源生产和需求大国，出于环境保护要求以及资源清洁利用的需要，使得煤炭洗选工作十分重要。目前煤炭洗选主要为井上分选。井上分选的优点主要是地上空间较大，大型选煤装备有提供足够的安装空间。但是地面选煤厂排出的矸石会造成诸多危害，如露天堆放，占用大量土地；矸石中的有害元素随淋滤液渗入土壤、河流湖泊以及地下水，污染矿区及周边环境；矸石自然风化产生的粉尘污染空气等等。为此，提出在井下建设选煤系统，原煤开采出来后直接分选排除矸石，矸石回填采空区，可以起到减少地表矸石堆积，保护生态环境的作用。

目前井下选煤可采用的选煤技术主要有以水为介质的跳汰分选，以加重质和水为介质的浅槽分选等。

空气脉动式跳汰机利用空气压力调节分选室内水流，使其做上下往复运动，原煤在其中按密度松散分层，实现煤矸分离。其优点是分选粒度范围大，可实现150～0.5mm分选，设备投入较少，分选成本低，缺点是煤质适应性差，分选精度低，一般只用于分选易选煤或中等可选性煤。

浅槽分选机以水和磁铁矿粉形成的重介质悬浮液为分选介质，原煤在分选机中根据阿基米德原理实现煤和矸石的分离。重介质浅槽分选机设备结构简单，易于操作；分选粒度范围宽，可实现13-300mm分选；煤质适应性强，分选精度高，适用于分选难选煤或极难选煤。但是该技术也存在不可避免的弊端，作为重介质分选工艺，浅槽分选需配备介质回收和净化系统，增加了安装设备的台数和基建投资，部分介质也会在回收净化过程中损失，提高了生产成本。

发明内容

本发明主要目的在提供一种井下煤炭液固流态化分选系统及工艺，以解决上述问题。

为达上述目的，本发明提供一种井下煤炭液固流态化分选系统，包括串联的多台水力分选机以及精煤浓缩旋流器组和矸石浓缩旋流器组；所述水力分选机由入料口、分选室、布水器、加药器、浮物排料口和沉物排料口六部分组成；通过上一台水力分选机的浮物排料口与下一台水力分选机的入料口连接实现多台水力分选机串联；第一台水力分选机的入料口与原煤入料管连接，最后一台水力分选机的浮物排料口与精煤浓缩旋流器组的入口连接；所述水力分选机的布水器均与顶水管连接，顶水管末端与精煤浓缩旋流器组和矸石浓缩旋流器组连接；所述水力分选机的沉物排料口均与矸石浓缩旋流器组的入口连接；所述精煤浓缩旋流器组和矸石浓缩旋流器组，分别用于对精煤、矸石脱水。

进一步的，所述加药器的作用是在分选过程中加入絮凝药剂，使矸石絮凝，同时煤炭松散，强化煤炭颗粒与矸石颗粒的粒度差异，实现矸石颗粒与煤颗粒的分离。

进一步的，所述精煤浓缩旋流器组和矸石浓缩旋流器组分别由数台水力旋流器并联而成。

本发明还提供一种井下煤炭液固流态化分选工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、由顶水管向各台水力分选机的分选室中给入上升水流，并通过加药器向各台水力分选机中加入絮凝剂；原煤由水力分选机入料口给入，与絮凝剂充分接触；煤炭颗粒在水流曳力作用下上浮聚集在分选室上层，沿浮物排料口排出，即粗精煤；而矸石表面吸附絮凝剂后，逐渐形成矸石颗粒聚团，沉降到分选室底部，沿沉物排料口排出；

S2、S1中所述的粗精煤，经给料泵打入与第一台水力分选机相串联的第二台水力分选机，重复步骤一分选过程，得到灰分进一步降低的粗精煤，及矸石；

S3、根据现场布置的水力分选机台数多次重复S1、S2；最终得到灰分符合要求的精煤；

S4、S3中所述精煤由给料泵打入精煤浓缩旋流器组浓缩脱水；最终由精煤浓缩旋流器组底流口得到精煤产品，精煤浓缩旋流器组溢流清水返回顶水管；

由各台水力分选机得到的矸石经给料泵打入矸石浓缩旋流器组浓缩脱水；最终由浓缩旋流器组底流口得到矸石产品，浓缩旋流器组溢流清水返回顶水管。

本发明与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：

1.所述工艺采用多台相互串联的水力分选机，通过多段精选，实现了对原煤的高效分选；

2.絮凝剂使矸石选择性絮凝，形成矸石聚团，增大了煤颗粒与矸石颗粒之间的粒度差异，提高了分选的精度；

3.工艺系统简单，无复杂管路，占地面积小，基建投资少，适合井下布置；采用的水力分选机和水力旋流器设备结构简单，便于检修维护。

附图说明

图1为本发明一种井下煤炭液固流态化分选系统结构示意图。

图2为本发明一种井下煤炭液固流态化分选系统水力分选机结构示意图。

图3为本发明一种井下煤炭液固流态化分选系统精煤浓缩旋流器组和矸石浓缩旋流器组结构示意图。

图4为本发明一种井下煤炭液固流态化分选系统分选原理示意图。

其中，1-一号水力分选机；2-二号水力分选机；3-三号水力分选机；4-四号水力分选机；5-精煤浓缩旋流器组；6-矸石浓缩旋流器组；7-顶水管；11-入料口；12-分选室；13-浮物排料口；14-沉物排料口；15-布水器；16-加药器；21-第一给料泵；22-第二给料泵；23-第三给料泵；24-第四给料泵；25-第五给料泵；51-底流口；52-溢流管；A-煤炭颗粒；B-矸石颗粒；C-上升水流。

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，结合附图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能。

实施例1

如图1-3所示，本发明提供一种井下煤炭液固流态化分选系统，包括四台水力分选机，分别为一号水力分选机1、二号水力分选机2、三号水力分选机3、四号水力分选机4，彼此通过管路相互串联。所述水力分选机由入料口11、分选室12、布水器15、加药器16、浮物排料口13和沉物排料口14六部分组成。

所述精煤浓缩旋流器组5和矸石浓缩旋流器组6各采用八台水力旋流器对选后产品浓缩脱水。

原煤入料管与一号水力分选机1的入料口11连接，一号水力分选机1的浮物排料口13与第一给料泵21入口连接，顶水管7与布水器15连接，顶水管7与加药器16连接，沉物排料口14与第五给料泵25入口连接；

第一给料泵21出口与二号水力分选机2的入料口11连接，二号水力分选机2的浮物排料口13与第二给料泵22入口连接，顶水管7与布水器15连接，顶水管7与加药器16连接，沉物排料口14与第五给料泵25入口连接；

第二给料泵22出口与三号水力分选机3的入料口11连接，三号水力分选机3的浮物排料口13与第三给料泵23入口连接，顶水管7与布水器15连接，顶水管7与加药器16连接，沉物排料口14与第五给料泵25入口连接；

第三给料泵23出口与四号水力分选机4的入料口11连接，四号水力分选机4的浮物排料口13与第四给料泵24入口连接，顶水管7与布水器15连接，顶水管7与加药器16连接，沉物排料口14与第五给料泵25入口连接；

第四给料泵24出口与精煤浓缩旋流器组5入口连接，精煤浓缩旋流器组5的溢流管52与顶水管7连接，精煤浓缩旋流器组5的底流口51与精煤输送管连接；

第五给料泵25出口与矸石浓缩旋流器组6入口连接，矸石浓缩旋流器组6的溢流管52与顶水管7连接，矸石浓缩旋流器组6的底流口51与矸石输送管连接。

实施例2

本发明还提供了一种井下煤炭液固流态化分选工艺，包括以下步骤：

S1、由顶水管7分别向一号水力分选机1、二号水力分选机2、三号水力分选机3、四号水力分选机4各自的分选室12中给入上升水流，在一号水力分选机1、二号水力分选机2、三号水力分选机3、四号水力分选机4各自的布水器15作用下，对应的分选室12中形成自下而上的匀速上升流；通过分别向一号水力分选机1、二号水力分选机2、三号水力分选机3、四号水力分选机4各自的加药器加入絮凝剂，絮凝剂分别通过各个布水器15进入对应的分选室12，在匀速上升水流的作用下均匀分散在分选室12中；原煤由一号水力分选机1的入料口11给入，在分选室12中松散、扩散，与絮凝剂充分接触。由于煤与矸石表面性质的不同，各自与絮凝剂的吸附作用存在显著的差异。煤炭颗粒与絮凝剂粘附性弱，颗粒分散在上升水流中，在水流曳力作用下上浮聚集在分选室12上层，沿浮物排料口13排出，即粗精煤。而矸石表面吸附絮凝剂后，在上升水流的扰动作用下相互碰撞、接触，逐渐形成矸石颗粒聚团，克服上升水流的曳力作用沉降到分选室12底部，沿沉物排料口14排出；

S2、S1中所述的粗精煤，经给料泵打入与一号水力分选机1相串联的二号水力分选机2的入料口11，经过与S1中相同的分选过程，得到灰分进一步降低的粗精煤，以及矸石，分别通过浮物排料口13及沉物排料口14排出。以此类推，经过四台相互串联的水力分选机分选后，最终得到灰分符合要求的精煤，及矸石。

S3、S2中所述精煤由第四给料泵24打入精煤浓缩旋流器组5浓缩脱水；最终由精煤浓缩旋流器组5的底流口51得到精煤产品，经精煤运输皮带提升上井进一步处理；精煤浓缩旋流器组5溢流清水返回顶水管7。

S2中所述矸石由第五给料泵25打入矸石浓缩旋流器组6浓缩脱水；最终由矸石浓缩旋流器组6的底流口51得到矸石产品，用于回填井下采空区；矸石浓缩旋流器组6溢流清水返回顶水管7。

如图4所示，本发明的一种井下煤炭液固流态化分选原理如下：

原煤颗粒给入分选机中，主要在重力的作用下向分选机底部沉降；分选机中给入均匀的上升水流C，物料颗粒在上升水流C作用下，松散、分层，低密度物料的沉降末速小于上升水流C速度，处于上层，高密度物料的沉降末速大于上升水流C速度，处于下层；但是根据物料粒度与密度的不同，低密度大颗粒和高密度细颗粒可能拥有相同的沉降末速，仅依靠沉降末速差异无法实现煤矸颗粒有效分离；上升水流C中混合有矸石絮凝剂，可以根据煤炭颗粒A和矸石颗粒B不同的表面性质，选择性黏附于矸石颗粒B表面；物料在松散分层过程中相互接触、碰撞，在表面絮凝剂的作用下，矸石颗粒B相互黏附，形成松散的团聚物；随着团聚物直径逐渐长大，强化了重力作用，矸石团聚物的沉降末速大于上升水流C速度，向分选机底部沉降，未絮凝的煤炭颗粒A沉降末速小于上升水流C速度，向分选机上部运动，由此实现了煤炭颗粒A和矸石颗粒B的有效分离。

以上所述仅为本发明较佳实施例而已，非全部实施例，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种井下煤炭液固流态化分选系统，其特征在于，包括串联的多台水力分选机以及精煤浓缩旋流器组和矸石浓缩旋流器组；

所述水力分选机由入料口、分选室、布水器、加药器、浮物排料口和沉物排料口六部分组成；

通过上一台水力分选机的浮物排料口与下一台水力分选机的入料口连接实现多台水力分选机串联；第一台水力分选机的入料口与原煤入料管连接，最后一台水力分选机的浮物排料口与精煤浓缩旋流器组的入口连接；

所述水力分选机的布水器均与顶水管连接，顶水管末端与精煤浓缩旋流器组和矸石浓缩旋流器组连接；所述水力分选机的沉物排料口均与矸石浓缩旋流器组的入口连接；

所述精煤浓缩旋流器组和矸石浓缩旋流器组，分别用于对精煤、矸石脱水。

2.如权利要求1所述的一种井下煤炭液固流态化分选系统，其特征在于，所述加药器的作用是在分选过程中加入絮凝药剂，使矸石絮凝，同时煤炭松散，强化煤炭颗粒与矸石颗粒的粒度差异，实现矸石颗粒与煤颗粒的分离。

3.如权利要求1所述的一种井下煤炭液固流态化分选系统，其特征在于，所述精煤浓缩旋流器组和矸石浓缩旋流器组分别由数台水力旋流器并联而成。

4.一种井下煤炭液固流态化分选工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、由顶水管向各台水力分选机的分选室中给入上升水流，并通过加药器向各台水力分选机中加入絮凝剂；原煤由水力分选机入料口给入，与絮凝剂充分接触；煤炭颗粒在水流曳力作用下上浮聚集在分选室上层，沿浮物排料口排出，即粗精煤；而矸石表面吸附絮凝剂后，逐渐形成矸石颗粒聚团，沉降到分选室底部，沿沉物排料口排出；

S2、S1中所述的粗精煤，经给料泵打入与第一台水力分选机相串联的第二台水力分选机，重复步骤一分选过程，得到灰分进一步降低的粗精煤，及矸石；

S3、根据现场布置的水力分选机台数多次重复S1、S2；最终得到灰分符合要求的精煤；

S4、S3中所述精煤由给料泵打入精煤浓缩旋流器组浓缩脱水；最终由精煤浓缩旋流器组底流口得到精煤产品，精煤浓缩旋流器组溢流清水返回顶水管；

由各台水力分选机得到的矸石经给料泵打入矸石浓缩旋流器组浓缩脱水；最终由浓缩旋流器组底流口得到矸石产品，浓缩旋流器组溢流清水返回顶水管。

Images