选煤试验资料的调整，真是你想的那样吗？
一、试验资料的代表性
选煤试验资料（这里主要指原煤筛分、浮沉试验资料）是选煤工艺设计的基础依据，也是选后产品结构定位的主要依据之一。它对选煤工艺设计的重要性，堪与矿井的煤田地质勘查报告的重要性比肩。所以，试验资料应该具有足够的代表性。用不具备代表性或代表性差的筛分、浮沉资料作设计，是对设计的误导，后果是严重的。
因此，《煤炭洗选工程设计规范》（GB50359—2005)(以下简称《设计规范》）在5.1.6条中（黑体字为强制性条文）首次对入选原煤筛分、浮沉试验资料的代表性提出了明确要求：可行性研究和初步设计必须对筛分、浮沉试验资料的代表性进行评述。当筛分、浮沉试验资料的代表性不足时，应按规定进行调整，使其接近生产实际。这是新规范的进步点之一，也是与旧规范一个最主要的区别。
二、试验资料调整的方法与步骤
对借用的代表性不足的筛分、浮沉试验资料进行合理的调整，以增加资料的代表性，是至关重要的工作。目前，调整资料的方法，只能按照《设计规范》5.1.6条规定的原则进行调整：参照邻近煤矿、选煤厂的实际生产情况调整。根据煤田地质报告、采煤方法、运输提升方式等因素调整。
对生产原煤灰分进行合理预测
原煤筛分资料调整的第一步，是要对矿井实际生产原煤灰分进行合理预测。
鉴于矿井在生产过程中有相当数量的顶、底板和夹矸将不可避免地混入原煤中。生产矿井的原煤灰分比《地质报告》煤层煤芯煤样灰分应有所增高（一般灰分要高出4-6个百分点或更高）。
这就要求选煤工艺设计者必须同时熟悉井田煤层结构、矿井开采工艺、采煤方法、配套巷道掘进情况及数量、开采顺序、首采煤层、煤层配采比例、井下毛煤粒度控制、井下煤仓设置等基本情况。它们不仅与生产原煤灰分的预测工作有关，而且与筛分浮沉资料的综合与调整、地面工艺平面总布置密切相关。
下面分两种情况粗略介绍两种实际使用的预测生产原煤灰分的方法，供参考。
1、第一种方法
若借用煤质资料系同矿区邻近矿井同一煤层的生产煤样，且煤层结构特征、采煤方法皆与本矿井相近或相同，则可结合本井田地质报告中钻孔平均灰分对借用资料进行调灰处理即可，无须另行预测生产原煤灰分。调灰的办法是用本井田与借用资料井田钻孔平均灰分的差值作为灰分系数，来调整（增减）邻近矿井生产煤样的原煤灰分。如果本矿井首采区服务年限较长，比如在15-20年，则可按首采区的钻孔煤芯灰分统计平均值为准，进行调灰处理，同时兼顾一下全井田的煤质变化趋势。
2、第二种方法
如果本矿井采煤方法为综采，而借用的煤质资料来自于邻近的小窑或系本矿建井期所采的煤层煤样，这种情况下，可用一种比较简便的近似计算方法直接预测生产原煤灰分。
具体的做法是将矿井综采过程中可能混入毛煤中的顶、底板，夹矸层的灰分与该煤层的钻孔煤芯煤样灰分的加权平均值作为该煤层预测的生产原煤灰分。
3、预测生产原煤灰分需要特别关注的问题
(1)当井田煤层厚度大，矿井采用的是综采放顶煤采煤法，则在顶煤跨落过程中，会有相当数量的顶板矸石通过液压支架天窗混入原煤中，名曰“窜矸”。
一般窜矸量比普通综采时顶板矸石混入量要大得多，落下的顶板厚度远不止50mm。窜矸量取值可根据实验室放顶煤试验提供的数据或根据同类生产矿井经验数据选取。若无可参考的数据，则可视本矿井顶板岩性软硬程度和开天窗时间的长短酌定。一般窜矸量取值约在4%-8%之间（占原煤百分数）。现在放顶煤技术日臻成熟，窜矸量多能控制在4%以下。
在综放条件下预测灰分时，亦可将窜矸量折算成当量顶板厚度代替综采混入的顶板厚度进行计算。
(2)当井田煤层与直接顶板或底板之间存在泥质岩类的伪顶或伪底时，因泥质岩类（泥岩、炭质泥岩、页岩）强度低、易破碎，一般在开采过程中伪顶和伪底会全部垮落混入原煤中。故在预测生产原煤灰分时，除按常规厚度预测顶、底板的混入量外，还应按伪顶和伪底也全部进入原煤考虑。
（3）当井田煤层厚度偏薄，或岩巷较多时，则还需考虑掘进煤对生产原煤灰分的影响。特别是当井田煤层存在厚度不大于1.30m的薄煤层时，采煤工作面因采高大于煤层厚度，在综采过程中混入原煤的顶板厚度也会明显增加，远大于一般综采按50mm厚度考虑的顶板混入量。另外薄煤层巷道掘进煤多为半煤岩，矸石量多、灰分高，混入原煤后对生产原煤灰分同样会造成一定的影响。所以，在预测计算生产原煤灰分时，对薄煤层的采、掘影响应该予以适度考虑，作特殊处理。
【实例】贵州六枝黑塘矿区xx煤矿（3Mt/a),井田内含煤地层主要为二叠系上统龙潭组，含可采煤层12层。井田内绝大多数煤层为中厚及薄煤层群，多数煤层含0-1层夹矸，部分煤层含0-2(3)层夹矸。各煤层夹矸及顶底板多为泥质岩类。
xx煤矿为一矿三井模式，一井区设独立工业场地，二、三井区共用工业场地。故选煤厂建设与之相适应，为一矿二厂。
《初步设计》根据矿井确定的采煤方法，经计算各井区预测生产原煤灰分、硫分分述如下：
——考虑到一井区前10年主要开采2号煤层，故一井区只预测2号煤层实际生产原煤灰为27.62%，硫分为2.87%；
——考虑到二井区前3年开采2号煤，4-6年开采3-1、3-2号煤，7-8年开采5号煤，9-15年开采6-1号煤；三井区前8年开采2号煤，9-15年开采3-1、3-2号煤。结合二、三井区前15年煤层的配采比例，预测出综合实际生产原煤灰分为31.13%，硫分为3.02%。
上述预测的实际生产原煤灰分存在以下问题：
（1）根据井下工作面排产顺序，一井区前10年并非只采2号煤层，而是从第4年起就交错搭配开采其他煤层。具体排产顺序如下：1-6年开采2号煤，4-11年开采3-1、3-2号煤，9-12年开采4号煤，11-15年开采5号煤。所以，设计按前10年只采2号煤层来预测生产原煤灰分并不符合一井区实际排产顺序。设计预测生产原煤灰分、硫分有误。
（2）3个井区在预测实际生产原煤灰分时，均未考虑矿井开采薄煤层群其采煤工作面混入的矸石量比中厚煤层要多得多的客观条件，以及掘进巷道的高灰半煤岩也将混入原煤中等不利因素对原煤灰分增加所产生的影响。故设计预测的实际生产原煤灰分值均偏低。
点评：生产原煤灰分预测的准确与否十分重要，直接关系到工艺流程的计算、设备选型、产品数质量等多个环节的正确性。应重新预测三个井区的生产原煤灰分。
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对借用原煤筛分资料的粒度组成进行调整的方法
若借用煤质资料来自于邻近的小窑或系本矿建井期所采的煤层煤样，因其采煤方法多为炮采，与综采条件下的原煤粒度组成存在较大差异。在这种情况下，必须对替代原煤筛分资料的粒度组成进行合理调整。鉴于动力煤分选多采用块煤排矸或分粒级分选，所以，对于动力煤分选而言，原煤筛分资料的粒度组成的准确性及代表性尤为重要。
原煤筛分资料的粒度组成调整的方法尚无具体标准可参照，只能按照《设计规范》5.1.6条规定的原则“参照邻近煤矿、选煤厂的实际生产情况”进行调整。
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原煤筛分资料调整灰分的方法
1、调整筛分资料灰分的实质含义
对原煤筛分资料灰分的调整，主要是调整原煤总灰分和各粒级的灰分。一般是在预测生产原煤灰分的基础上，对原煤筛分资料进行灰分调整。“调灰”的实质也就是相当于将混入原煤中的顶、底板及夹矸所增加的“外来灰分”合理地分配到原煤各粒级中去，从而达到调整各粒级灰分和原煤总灰分的目的。
2、借用“灰分系数法”调整筛分资料灰分
目前在选煤工艺设计中，不少设计者往往利用“灰分系数法”来调整原煤筛分资料各粒级的灰分。
1）“灰分系数法”的概念
在用生产煤样做原煤筛分试验时，原煤总样灰分与各粒级子样灰分的加权平均值往往存在差异，这种差异是由于筛分试验本身的试验误差造成的。
所谓“灰分系数法”，是以试验原煤总样灰分与各粒级子样灰分的加权平均值的差值作为灰分校正系数，并将灰分校正系数分别加（减）到被校正筛分资料各粒级原来的灰分中，使其各粒级校正后的灰分的加权平均值与原煤总样灰分一致。
《煤炭筛分试验方法》（GB/T477—2008)规定，原煤筛分试验总样灰分与各粒级子样灰分的加权平均值的绝对差值不得超过2%。也就是说，用所谓“灰分系数法”校正筛分试验的灰分误差必须在小于2%范围内进行，方为有效。
必须指出的是，原煤筛分试验灰分误差的校正（简称“校正灰分”）与原煤筛分资料的灰分调整（简称“调整灰分”即“调矸”）有着本质的区别，不能混为一谈。但在实际设计中往往将上述两个概念混为一谈，这是调整筛分资料工作中的一大误区，混淆了“校正灰分”和“调整灰分”两个基本概念。严格地讲，将校正筛分试验灰分误差的方法——“灰分系数法”用在对筛分资料调整灰分（调矸）上，是讲不通的，不科学的，存在严重问题。
2）借用“灰分系数法”调整筛分资料的适用条件
(1)第一种情况：当预测生产原煤灰分与借用的筛分资料的原煤灰分(百分数值）相差不大时（比如在2%左右），则借用“灰分系数法”来调整筛分资料所带来的偏差较小，勉强可以接受。这时灰分校正系数可按下式求得：
k=Ac-Ay
式中k—灰分校正系数；
Ac—预测的生产原煤灰分，％；
Ay—被校正的借用筛分资料的原煤灰分，％。
即便在上述条件下借用“灰分系数法”调整筛分资料，也还有以下两点需要设计者特别注意：
①筛分资料调整灰分的原则是调整各粒级物料中的高密度物（矸石）与低密度物（煤）含量的比例关系，而不是改变煤和矸石本身的灰分值，这一原则的实质含义在调整浮沉资料的方法中得到了明确的体现和印证。所以，对于原煤筛分资料中>50mm块原煤各粒级，只能调整小计灰分，而组成该粒级的分项（煤、夹矸煤、矸石）的灰分是不能随意改变的，只能通过相应增、减各分项的产率的方法，使各分项加权平均灰分正好等于调整后的该粒级的小计灰分。具体的调整方法类似于浮沉资料的校正方法。
②对于原煤筛分资料中<50mm各粒级物料，则可按“灰分系数法”的常规做法进行灰分调整。因为，筛分资料中<50mm各粒级的灰分实质上也就是该粒级的小计灰分，其中也包含了煤、夹矸煤、矸石各分项的灰分在内，该灰分即是它们的加权平均值，只是因粒度小，筛分试验不便分列而已。
(2)第二种情况：当预测生产原煤灰分与借用筛分资料的原煤灰分相差较大时，则不宜按“灰分系数法”调整筛分资料。
在实际设计调整原煤筛分资料时，具体操作中往往出现偏差，不乏具有足以引为训诫的典型实例。
【实例】乡宁煤田XXX大型煤矿（6.0Mt/a)配套选煤厂的工艺设计，借用地方小煤矿的筛分、浮沉资料作为设计的原始基础。但地方小煤矿的采煤方法为炮采，故借用筛分资料原煤灰分偏低仅为14.74%。设计在考虑了本矿综采过程中一定数量顶、底板矸石混入原煤的情况下，预测生产原煤灰分为22.16%，并以预测灰分为准，对借用筛分资料采用“灰分系数法”进行调整。调整前后的原煤筛分资料见下表。
注：表中黑体字表示调整后改变了的灰分数值。
设计采用上述调整方法是不正确的，存在以下问题：
(1)该矿采用综采放顶煤开采，设计预测生产原煤灰分未考虑在放顶煤过程中的窜矸因素，一般放顶煤综采窜矸率为4%-8%，生产原煤灰分会因此大幅度增加。故该设计预测的生产原煤灰分偏小，粗略估计生产原煤灰分当在26.0%以上。
（2）设计预测的生产原煤灰分（22.16%)与借用资料原煤灰分(14.74%)相差近7.5个百分点，差值较大，若把放顶煤综采窜矸量考虑进去，差值更大，在此条件下不宜采用“灰分系数法”调整筛分资料各粒级的灰分。设计借用“灰分系数法”调整筛分资料，人为抬高了末煤各粒级的灰分，造成“失真”。正确的做法，建议按本文推荐的合理的筛分资料调整方法进行调整。
（3）对借用的原煤筛分资料中>50 mm块原煤各粒级灰分调整时，将组成该大粒级的分项（煤、夹矸煤、矸石）的灰分都加一个灰分系数（7.42)的做法是不正确的。正如前面已经论述的，调整筛分资料时，>50mm块原煤粒级的分项（煤、夹矸煤、矸石）的灰分是不能改变的。正确的做法是通过相应增减各分项的产率，使各分项加权平均灰分正好等于调整后的该粒级小计灰分。按正确做法调整后的>50mm块原煤粒级的结果应见下表。
注：表中黑体字表示调整后改变了的产率、灰分数值。
（4）借用的地方小煤矿（0.15Mt/a)采煤方法为短壁式爆破落煤，故块煤量偏多，粉末煤量偏少。而该矿井在综采放顶煤加上连续采煤机开采条件下块煤量将减少，粉末煤量将会明显增加；在放顶煤过程中因窜矸的影响，块矸量也会增加。因而原煤粒度组成将发生很大差异。严格地讲，设计还应该根据采煤方法的改变，对借用的地方小煤矿筛分资料进行粒度组成调整。
点评：本实例有关调整筛分资料的方法存在以下3个主要问题：
——由于忽视了放顶煤“窜矸”因素的影响，造成预测生产原煤灰分偏低；
——因原煤筛分资料调整方法失误，致使>50mm块原煤各粒级分项(煤、夹矸、矸石）灰分发生改变，违背了筛分资料各分项（煤、失矸、矸石）灰分不能变动的原则；
——借用“灰分系数法”调整筛分资料，人为抬高末煤各粒级灰分，导致末煤灰分“失真”。
上述分析表明，本实例因筛分资料调整方法不当，最终导致资料代表性差，具有典型借鉴意义。
3、原煤筛分资料调整灰分的合理方法
井下采煤的实际情况是，因矸石硬度大不易破碎，一般混入大粒级原煤中多，进入小粒级原煤中少，从大粒级到小粒级大致上呈梯度分布，而不是平均等分。
依据上述原则，推荐的原煤筛分资料的合理调整方法与具体操作步骤如下：
（1）将预测生产原煤灰分与借用筛分资料的原煤灰分的差值乘以原煤产率100%，变成了“外来灰分量”（实质上这就是混入原煤中的外来矸石的灰分量）。
（2）混入原煤的“外来灰分量”（即外来矸石灰分量）进入各粒级的比例或分配率，按下述方法计算：
将借用资料>50mm各级的可见矸石含量（占全样）与<50mm各粒级浮沉资料中的>1.8kg/L或密度级的沉矸含量（占全样）相加作为100%，即可换算出混入原煤的外来矸石灰分量进入各粒级的分配率。
（3）用换算出的分配率，将外来矸石灰分量分配到各粒级中去，并与各粒级原来的灰分量相加，除以各粒级原来的产率，即得出各粒级“调灰”(“调矸”)后的灰分。
（4）最后将调灰处理后的筛分资料各粒级灰分进行加权平均计算，肯定是与预测生产原煤灰分基本吻合的。
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浮沉资料调整的方法
原煤各粒级浮沉资料的调整，可借用浮沉资料校正的方法。就是根据筛分资料各粒级调整后的灰分对相应各粒级浮沉资料中>1.8kg/L密度物（矸石）和<1.8kg/L各密度级物料的产率按比例进行相应增减调整，即在改变（增减）<1.8kg/L各密度级数量的同时，等量相反改变（减增）>1.8kg/L密度级的数量，以实现各密度级物料加权平均灰分变成与筛分资料各相应粒级调整后的灰分相一致。此方法同样可以用于对原煤综合浮沉资料的调整。
需要特别指出的是，浮沉资料中各密度级的基元灰分在校正过程中是不允许变动的，这也充分体现了按灰分系数法校正筛分资料各粒级灰分的实质含义。
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多层煤混合分选时筛分、浮沉资料的综合原则
当井下同时开采两层以上可选性相差较大的煤层时，存在按最大产率原则判断其能否混洗的问题。《设计规范》首次在5.1.5条中明确规定，“当各层煤在分选密度相同的条件下，其可选性、基元灰分相差较大，净煤硫分相差较大或煤种不同时，宜分别分选”。
如果各层煤符合混合分选条件，就需要对混合分选的各层煤的筛分、浮沉试验资料进行综合。在综合资料时，涉及如何确定各层煤的混合比例问题。若按各层煤的煤层厚度为依据计算混合比例，则不符合生产实际。应该按各层煤工作面的单产比例进行资料综合，比较切合生产实际。
（编辑：安安）
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