杨永成 吴东坡 李树刚

杨永成 ¹ 吴东坡 ¹ 李树刚 ¹

摘 要 本文通过对煤泥及其特性以及现有标准下煤泥品质检验制样进行阐述，分析了在不同物理状态下，尤其是稀释状态和固体状态下煤泥制样存在的困难，有针对性地设计了煤泥制样流程，完善了煤泥制样的方法。该设计方案基于不同物理状态下的煤泥特性，根据煤泥样品检测所需要的粒度级进行前期破碎和烘干处理，制定了完整的煤泥制样流程。研究结果表明，煤泥制样流程的设计及方法研究符合标准要求以及实际操作需求，为煤泥贸易发展提供了技术支撑。

关键词 煤泥；制样；破碎机；流程设计

Discussion on the Details of Coal Slime Sample Preparation

YANG Yong-Cheng ¹ WU Dong-Po ¹ LI Shu-Gang ¹

Abstract By introducing coal slurry and its characteristics, as well as the limitations of the sampling process for coal slurry quality inspection under current standards, a sampling process design was proposed for different physical states, especially in diluted and solid states, to enhance coal slurry sampling methods. By analyzing various physical states and determining the particle size required for chemical testing of coal slurry samples, the state of coal slurry samples was determined before preparation, and a process for coal slurry sample preparation was designed. The results indicate that the design and method research of coal slurry sampling process meet the standard requirements and demonstrate practical feasibility, offering important technical support for coal slurry commodity trading.

Keywords slime; sample preparation ; crusher ; process design

随着我国对生态环境保护的重视，洁净煤技术获得大力发展，煤矿产出的原煤质量越来越高，因而洗选产生的煤泥也越来越多。由于煤炭行情变化，煤泥的经济价值逐渐显现，作为发电和炼钢的配煤原料，贸易量与日俱增。同混煤一样，煤泥贸易的结算同样需要进行检验，因此第三方检验机构在贸易过程中进行科学合理的煤泥品质检验就显得尤为重要^[1]。

由于煤泥是洗选煤的副产物，在煤炭贸易的黄金时期，煤泥一直被作为“废弃物”而没有很好地进行处置与利用，有关贸易以及检验非常少，相应成熟的国家标准也很少。但是个别地区和企业对煤泥的采制样工作进行了立项研究，探讨出一系列的技术实践，有助于煤泥品质检验的开展，促进了煤泥贸易的发展。鉴于煤泥的物理特性，在制样过程中很容易遇到缩分不均匀、分析样品粒度不达标、水分流失过大等问题，需要针对上述问题和困难进行技术研究。为解决这个问题，许多专家和学者针对煤泥采制样工作形成了诸多研究成果，包括煤泥立式破碎机、子样拾取器、螺旋混合挤出装置、液压挤条装置、通风干燥等，这些设备在提高煤泥制样效率、降低劳动强度方面具有积极作用^[2-4]。但是目前制样方面的探讨多为整体工作设计，而没有对实际工作中涉及的具体细节展开研究，比如在夏季的南方和冬季的北方，煤泥的极度稀释状态和冻块状态会导致煤泥制样工作变得非常棘手^[5-15]，这些问题都值得进一步深入讨论，也是本文的研究意义之所在。

1 煤泥及其特性

1.1 煤泥的产生

在煤炭开采过程中，由于从矿区开采出来的原煤里面含有煤矸石等杂质，为了产出符合客户要求的精煤，提高产出煤炭的经济价值，需要对原煤进行洗选加工，在这个过程中，大量煤粉、杂质、药剂等进入洗选水中，经过沉淀、凝聚等产生由微细粒煤、粉化骨石和水组成的黏稠物，也就是煤泥，为煤炭洗选过程中的副产品^[16-18]。

1.2 煤泥的特性

煤泥具有如下特性：（1）粒度细、微粒含量多，尤其是小于200目的微粒约占70%～90%。（2）持水性强，水分含量高。经圆盘真空过滤机获得的煤泥含水率一般在30%以上；经折带式过滤机获得的煤泥含水率一般在26%～29%之间；经压滤机获得的煤泥含水率一般在20%～24%之间。（3）灰分含量高，发热量较低。按灰分及热值的高低可以把煤泥分成以下三类：低灰煤泥灰分为20%～32%，热值为12.5～20 MJ/kg；中灰煤泥灰分为30%～55%，热值为8.4～12.5 MJ/kg；高灰煤泥灰分＞55%，热值为3.5～6.3 MJ/kg。

1.3 煤泥的价值

由于煤泥中含有大量可燃性成分，其主要利用途径是燃烧，通过将煤泥燃烧发电，可以将煤炭生产中产生的废弃物变为有用的资源，使“自然资源-粗放型工业-产品-污染排放”的线性经济转变为“自然资源-产品-废弃物-综合利用”的循环经济模式。

2 煤泥品质检验

2.1 煤泥品质检验的流程

同混煤品质检验一样，对煤泥的品质检验同样需要采集代表这一批煤泥品质、符合有关检验项目要求的煤泥样品，然后对该样品进行制备以达到分析项目的物理状态，最后对样品进行相应的化学分析检测并得出相关数据，如图1所示。

图1 煤泥品质检验流程

Fig.1 Quality inspection process of coal slime

煤泥品质检验需要采样、制样和检测3个主要环节，同时辅以提升工作效率的若干项工作。其中，煤泥制样是承上启下的重要环节，而且在制样过程仍存在一些困难需要解决。

2.2 煤泥制样存在的困难

由于煤泥中一般含有较多的黏土类矿物，水分含量较高，粒度细，所以大多数煤泥黏性大，有的还具有一定的流动性。这些特性都导致了煤泥的形态极不稳定，遇水即流失、风干即飞扬、冬季变硬块，这些特点也导致在煤泥制样工作中存在以下主要困难：

（1）稀释状态。稀释状态的煤泥在取完全水样品后，为了能够达到分析所需要的粒度级，要对煤泥样品进行物理作业工作，如混合、破碎、缩分等，而这些工作都是针对固态样品而言，而无法直接对稀释状态的煤泥进行制样。

（2）冷冻状态。煤泥样品经过冷冻后，其硬度非常大，变成了细微颗粒团聚而成的“大煤块”，而对该状态的煤泥样品进行处理所需要的步骤、工具并不是非常明确，制样流程非常模糊。

以上困难均是在煤泥制样过程中实际存在的，因此，有必要针对上述问题进行煤泥制样工作的流程设计和方法研究。

3 煤泥制样流程设计及方法研究

3.1 煤泥的制样要求

3.1.1 制样总体要求

煤泥的制样环节与混煤大致相同，包括煤泥样品的破碎、混合、缩分、筛分和空气干燥等，需要进行全水分和分析试样的制备，使样品达到分析或者试验的状态。GB/T 474—2008《煤样的制备方法》中规定“本标准适用于褐煤、烟煤和无烟煤”，但是煤泥样品最终的化验品质参数仍然为水分、灰分、发热量等，与混煤的主要品质参数相同，见表1所示。因此对煤泥样品进行制备的有关地方标准和实际工作，仍主要参照上述标准。

表1 煤泥样品分析参数及制样粒度要求

Table 1 Analysis parameters and particle size requirements for coal slime samples

注: “√”表示检测项目所对应的粒度要求; “/”表示检测项目不需要的粒度要求.

3.1.2 初级子样量

根据DB34/T 3692—2020《煤泥样人工采取和制备方法》，煤泥采样以500 t为一个基本单元，每单元最少子样数为20个，每个初级子样不小于0.5 kg，合并计算则每个总样不小于10 kg。根据标准DB34/T 3692—2020，相对于混煤而言，总样质量偏小，制样工作量和强度相对较低，但程序步骤较复杂。

3.1.3 煤泥总样制备前分类

煤泥作为洗选煤的副产品，在产出后会有一种湿黏的物理状态和特性，煤泥中水分较大，粘附性强，在对煤泥进行样品采制样时，原有煤泥可能会因为外界条件的变化和影响而呈现出不同的物理状态。总体而言，根据我国南北方的气候差异和一年四季气温变化，待采取的煤泥大致有4种状态：一是在雨水天气过后，煤泥被水冲洗，水分含量较高；二是新产出的煤泥黏度较大，团性强；三是经过一段时间风干的煤泥水分含量较少，但容易成为沉状物，质量轻且易受外界风力干扰；四是北方冬季煤泥产出后发生冰冻现象，从而使煤泥更加坚硬。根据煤泥的有关特性，分类见表2。

表2 煤泥特性分类

Table 2 Classification of coal slime characteristics

3.1.4 主要制样设备

同混煤一样，煤泥样品制备同样需要分阶段进行干燥、破碎、混合和缩分。根据DB34/T 3692—2020，制备出符合相应粒度要求的样品以及留足对应的样品质量，主要的单机包括烘干、破碎机、混合装置、缩分机、除铁器和清扫装置。

（1）烘干装置：为了能够对稀释状态的煤泥样品进行下一步的制备，应通过烘干装置，将煤泥处理至块状物后，进行后续样品制备。

（2）破碎机：煤泥本身的粒度在0.5 mm左右，但由于水分大、黏性高等原因，使得煤泥团聚成块。破碎的作用是通过外力使其重新分散，因此在选用破碎机时应注意转速要低，防止高转速导致煤尘损失，同时内部结构不应过于复杂，防止煤泥黏附在内腔。综合上述因素，联合制样设备中采用对滚破碎机。

（3）混合装置：由于煤泥的物理特性，尤其是水分大和冰冻块的情况下，都使得煤泥在制样过程中需要进行充分混合才能制备出具有代表性的样品。

（4）缩分器：缩分装置采用电动二分器装置，电动二分器的切割速度根据标准进行设定。

（5）除铁装置：洗选煤过程中掺杂着一定的金属成分，因此需要增加强磁除铁装置，除掉煤泥样品中的金属杂质，减少设备磨损和杂质引起的偏差。

（6）清扫装置：由于煤泥容易附着在设备上，该设备增加气体冲击式清扫装置，以最大程度减少样品交叉污染。

3.2 制样设备整体流程设计

根据前文所述，煤泥样品在采集后进行样品制备前，所呈现的物理状态会直接影响后续制样工作，制样环节也会因煤泥物理状态的不同而涉及诸多制样环节的变化，如果仅按照标准进行制样工作，而没有对制样流程进行设计，会增加制样工作的复杂性。在流程设计环节，首先应对煤泥进行状态识别，然后参考DB34/T 3692—2020进行后续制样工作。风干和冻块煤泥要进行相应处理后采集全水样品，后续的混合与缩分要能够顺利进行样品缩分与破碎，基于上述条件分析，煤泥制样流程设计如图2所示。

3.2.1 煤泥制样设备的工艺要求

煤泥制样设备的工艺要求主体同混煤制样设备的要求相同，但需要注意的是，破碎过程中应避免黏附、减少水分损失。同时，由于煤泥的特性，在进行缩分过程中，应充分混合均匀，避免非均匀缩分和系统误差。

3.2.2 煤泥样品全水样采取

无论是GB/T 474—2008还是DB34/T 3692—2020，在制样的一般程序上都需要先采集出全水样品，采集全水样品前，总样不能发生水分损失。当煤泥为稀释状态时，可以根据DB34/T 3692—2020留出对应量的全水样品。但是当煤泥总量为冻块或者风干状态时，需要先对样品进行预处理，即将样品处理成更小的块状物，然后进行全水样品采集，以保证样品更具有代表性。

3.2.3 样品的干燥

需要先进行干燥的样品主要有两类：一类是水分较大，无法进行后续质量工作的样品；另一类是采自冬季冻区较硬的样品。这两种样品需要分类处理，其中，水分含量较大的样品先进行通风干燥，测定水分损失，待样品干燥至可以进行设备制样的状态时，再根据标准进行制样，然后进行水分测定以及后续处理。冻块样品虽然因为冷冻导致结块，但其性质没有发生改变，在采样过程中也无法刻意避免。在进行制样前先将其破为小块，然后进行通风干燥，待样品干燥至可以进行设备制样的状态时，再根据标准进行制样，以及水分测定及后续处理。

3.3 冻块的制样前处理

煤泥冻块为稀释状态下的煤泥冰冻而成。在北方冬季，低温天气将导致煤泥冻成块状，而且若冷冻时间较久，硬度可能非常大。在对该类煤泥样品进行制样时，应先进行预处理，采取6 mm环锤式破碎机进行前期破碎，取完全水样品后，即进行通风干燥，不可一次性通过破碎机。在北方冬季室外-20℃静止12 h的样品，反复通过6 mm破碎机后，出料情况见表3。

表3 冻块煤泥破碎出料情况

Table 3 The discharging condition of crushed frozen coal slime

在进行冻块破碎时，反复击打产生热量，同时冻块与破碎机产生热量交换，部分煤泥融化发生黏附，从而无法进行出料，因此冻块不易反复破碎，应将破碎和通风干燥两个步骤进行结合，避免单独破碎导致无法下料，也避免冻块进行通风干燥效果不佳，将两者结合，直至能够顺利下料为止。

4 结语

本文通过对煤泥样品制备进行研究，在煤泥制备总体工作方面依据DB34/T 3692—2020进行，同时针对该标准未涉及的制备前期工作进行梳理，提出先对采样后煤泥的状态进行分类及处理。其中，在稀释煤泥和冻块煤泥的处理方法和相关工作方面，提出了“稀释烘干”和“冻块破碎”的总体思路，并对两种方法进行了试验与数据分析。研究结果表明，对不同物理状态下煤泥制样工作进行方法研究和流程设计具有很好的可行性，同时对煤泥制样的实际操作和煤泥品质检验的整体把控具有指导意义。

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第一作者：杨永成（1990—），男，汉族，河北秦皇岛人，高级工程师，硕士，主要从事煤炭机械化采制样设备的研发、管理和性能鉴定工作，E-mail: yangyongcheng90@163.com

1. 秦皇岛海关煤炭检测技术中心 秦皇岛 066003

1. Coal Inspection Technique Center of Qinhuangdao Customs, Qinhuangdao 066003

图2 煤泥制样流程设计

Fig.2 Design of coal slime sample preparation process