CC BY
75
УДК 622.755:622.767:622.33.012«Майское» © К.М. Рыжков, С.Г. Липатников, А.В. Кудрявцев, К.С. Шарко, 2018
Необходимость и выбор способов обогащения
энергетического угля марки «Д» в условиях ООО «Шахтоуправление «Майское»
— DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-7-72-76 -
'< V 1
71
РЫЖКОВ
Константин Михайлович
Первый заместитель генерального директора ООО «Шахтоуправление «Майское» (АО ХК «СДС-Уголь»), 653222, п. Октябрьский, Кемеровская обл., Россия, e-mail: [email protected]
ЛИПАТНИКОВ Сергей Геннадьевич
Технический директор ООО «Шахтоуправление «Майское» (АО ХК «СДС-Уголь»), 653222, п. Октябрьский, Кемеровская обл., Россия, e-mail: [email protected]
КУДРЯВЦЕВ
Андрей Владимирович
Заместитель технического директора ООО «Шахтоуправление «Майское» (АО ХК «СДС-Уголь») 653222, п. Октябрьский, Кемеровская обл., Россия, e-mail: [email protected]
ШАРКО
Константин Сергеевич
Инженер-технолог ООО «Шахтоуправление «Майское»(АО ХК «СДС-Уголь») 653222, п. Октябрьский, Кемеровская обл., Россия, e-mail: [email protected]
ООО «Шахтоуправление «Майское» является держателем лицензий КЕМ 13892 ТЭ от 27 декабря 2006 г. и КЕМ 01907 ТР от 24 июля 2015 г. Общее количество балансовых запасов угля марки «Д»> составляет623 млн т. Отработке подлежат угольные пласты с 6 по 35. При условии добычи и реализации углей в рядовом виде экспортным параметрам соответствуют только запасы пласта 10 (208 млн т), что составляет33,4% общего количества балансовых запасов. Остальные угольные пласты имеют высокую зольность за счет внутренних прослоев. Для обеспечения реализуемой продукции требуемыми параметрами качества целесообразно предварительное обогащение добываемых углей.
В случае отработки балансовых запасов селективным методом, без обогащения добываемого угля, увеличивается количество потерь. С целью полноты изъятия отрабатываемых запасов и обеспечения экспортных требований к реализуемой продукции необходимо принятие решения по выбору способов обогащения, применяемому оборудованию и компоновочным схемам обогатительных фабрик. Также принятые решения должны быть оптимизированы с целью сокращения себестоимости и повышения выхода наиболее востребованных крупных классов концентрата. Ключевые слова: обогащение, концентрат, обогатительная фабрика, рядовые угли, разубоженная угольная масса, внутрипластовая селекция, крутонаклонные сепараторы.
ВВЕДЕНИЕ
Низкое содержание вредных примесей предопределяет востребованность рядовых товарных углей и концентратов ООО «Шахтоуправление «Майское» (АО ХК «СДС-Уголь») на внешних рынках, при условии обеспечения удельной теплоты сгорания рабочего топлива на уровне не менее 5800 ккал/ кг, что при имеющемся элементарном составе углей, а также их влажности обеспечивается в диапазоне зольности от 8-9% до 15-16% в зависимости от пластов и (или) их участков.
Большая часть запасов действующих и перспективных карьерных полей ООО «Шахтоуправление «Майское», представлена пластами малой мощности и сложного строения, валовая выемка которых не позволяет получать уголь необходимого качества. Из расположенных в лицензионных границах угольных комплексов добычу угля экспортного качества с приемлемым уровнем извлечения (75-80%) можно реализовать только на базе пласта 10.
ПОТРЕБНОСТЬ В ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКЕ
ПРИ ДОБЫЧЕ УГЛЯ МАРКИ «Д»
Ранее выполненные оценки возможностей различных схем выемки и усреднения на различных этапах развития горных работ, в том числе и после вовлечения пластов с более высокой степенью метаморфизации в границах лицензионного участка «Перспективный», свидетельствуют о возможности извлечения до 50-60% рядовых товарных углей марки «Д» за счет реализации максимальной вну-трипластовой селекции (ВПС). При этом появляется необходимость обогащения значительного количества разубо-женной угольной массы (РГМ), образующейся как при зачистке угольных пластов, так и при ВСП. Однако валовая выемка всех пластов приведет к увеличению потребности в обогатительных мощностях практически в два раза по сравнению с реализацией ВПС.
На данном этапе определение потребности в обогатительных мощностях выполнено для периода до 2028 г. на основании следующих положений:
- выемка пластов сложного строения предусмотрена по схемам с зачисткой кровли и недобором в почве, а также с максимальной внутрипластовой селекцией для извлечения рядовых товарных углей экспортного качества. Доля рядовых товарных углей и образующегося РГМ, а также их основные качественные показатели определены на основании среднеплановых характеристик по всем основным пластам в границах карьерных полей;
- эксплуатация лицензионного участка «Перспективный» согласно бизнес-плану начинается с 2020 г. Максимальные горнотехнические возможности по объему погашаемых запасов в границах участка первой очереди (до переноса второго участка автомобильной дороги общего пользования «Белово - Коновалово - Прокопьевск») составляют 3 млн т в год и достигаются в 2024 г. Место вскрытия и границы первого этапа предусматривают первоочередное вовлечение в разработку пластов с 16 по 11;
- в соответствии с планом пятилетнего развития ООО «Шахтоуправление «Майское» перенос первого участка автомобильной дороги общего пользования «Белово -Коновалово - Прокопьевск», разделяющей лицензионный участок «Поле шахты «Майская» на две части, будет реализован в конце 2020 г. С 2021 г. учтена эксплуатация объединенного карьерного поля в границах данной лицензии, с общей протяженностью рабочего борта 5-5,5 км;
- объем погашаемых запасов угольной массы (ЧУП + 100%-ное внутреннее разубоживание) в границах лицензионного участка «Поле шахты «Майская» до 2021 г. включительно принят в соответствии с данными пятилетней программы развития ООО «Шахтоуправление «Майское» (на 2017-2021 гг.), предусматривающей выход на 8 млн т в год товарных углей. В соответствии с данным документом общий объем добычи рядовых товарных углей и образующегося РГМ к 2021 г. составляет 10,1 млн т в год, в том числе 9,6 млн т в год - в границах основного карьерного поля;
- для оценки потребностей в обогатительных мощностях в границах лицензионного участка «Поле шахты «Майская» достигаемый к 2021 г. уровень погашаемых запасов 9,5 млн т в год сохраняется до 2028 г., поскольку его дальнейшее увеличение будет сдерживаться возрастающей глубиной и увеличением доли требующих максимальной селекции сложноструктурных угольных комплексов;
- к 2024 г. производительность по погашаемым запасам (добыча + РГМ) всех карьерных полей ООО «Шахтоуправление «Майское» составит 12,5 млн т в год.
Объемы погашаемой угольной массы в границах карьерных полей определены раздельно по основным рабочим пластам и разделены на окисленные, рядовые товарные и два вида РГМ, образующиеся при зачистке пласта и при внутрипластовой селекции. Потребность в обогатительных мощностях может быть определена на основании объемов образующейся РГМ.
К 2025 г., после выхода на полную мощность карьера первой очереди в границах участка «Перспективный» и погашения восточного фланга основного карьерного поля с переходом 75-80% его западного рабочего борта в зону распространения пластов 9 и 9а, доля погашаемых запасов десятого пласта в общем количестве сократится до ~26%, а объем образующейся РГМ приблизится к 6 млн т в год , а затем и превысит этот уровень, в связи с прогнозируемым значительным объемом угольной массы, требующей обогащения (более ~4500 тыс. т в год с участка «Поле шахты «Майская» и ~1500 тыс. т в год с участка «Перспективный»).
ТИП ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Учитывая значительную разницу в стоимости угля на внешнем и внутреннем рынках, одним из основных критериев оптимизации решений по обогащению разубожен-ной угольной массы, является обеспечение экспортного качества получаемых концентратов.
Принимая во внимание текущие требования к продукции, поставляемой на экспорт, одним из главных критериев при выборе методов обогащения и типа обогатительной установки является гарантированное обеспечение низшей теплоты сгорания концентратов на уровне не менее 5800-5900 ккал/кг.
Оценки возможностей технологии обогащения на данном этапе выполнены на основе результатов исследования обогатимости пластов 9 и 9а. По этим данным уголь относится к легкой категории обогатимости, однако вмещающие породы легко размокаемые и имеют невысокую прочность, что усложняет обогащение.
Проработки по обоснованию типа установки для обогащения разубоженной угольной массы пластов 9 и 9а выполнены фирмой ООО «Институт обогащения твердого топлива и минерального сырья» («ИОТТ и МС») по заказу ООО «Шахтоуправление «Майское», учитывают следующие результаты анализа исходных данных:
в связи с высокой хрупкостью и самоизмельчаемостью углей их переработка должна быть малооперационной (для минимизации потерь крупного класса и шламообра-зования);
- следует ожидать значительных затрат на флокуля-цию шламов 0-0,5 мм при полностью замкнутых водно-шламовых схемах при обогащении пластов 9 и 9а;
- учитывая легкую обогатимость углей крупностью более 0,5 мм, можно сделать вывод о целесообразности использования водных гравитационных методов обогащения, но, принимая во внимание значительную долю глинистых частиц в засоряющей породе, необходимо минимизировать время контакта РГМ с водой;
- засоряющие породы представлены преимущественно минеральными агрегатами на глинистом цементе, в свя-
зи с чем они подвержены быстрому разложению и шла-мообразованию после их извлечения из массива, поэтому необходимо предусматривать эксплуатацию обогатительной фабрики в круглогодичном режиме, что позволит перерабатывать исходное сырье в «свежем» виде, получая при этом наибольший выход концентрата с наилучшими показателями обогащения.
Средняя зольность поступающей на обогащение разу-боженной угольной массы пластов 9 и 9а принята фирмой «ИОТТ и МС» равной 40%, а ее влажность - 17,6%. Необходимо отметить, что влажность РГМ принята по данным опробования эксплуатационной пробы ООО «СибНИИу-глеобогащение», отобранной из шурфа без его предварительного осушения. Фактическая влажность рядовых товарных углей пласта 9а не превышает 14,5%.
Опыт работы разрезов-аналогов свидетельствует, что в таких условиях наиболее привлекательным по соотношению затрат и эффективности переработки может быть метод обогащения высокозольных углей с использованием сепараторов КНС, который позволяет уменьшить шла-мообразование и затраты на его обезвоживание, а также минимизировать себестоимость товарного угля. С учетом данного обстоятельства фирмой «ИОТТ и МС» в первую очередь были выполнены проработки по обоснованию технологической схемы и схемы цепи аппаратов (см. рисунок) для фабрики с технологией обогащения на КНС.
Следует отметить существенную разницу в зольности двух типов РГМ (с зачистки и с ВПС), а также несколько меньшую ожидаемую зольность промпродукта ВПС в границах участка «Перспективный» по сравнению с основным карьерным полем. На ОФ первого этапа рекомендуется в первую очередь направлять на обогащение менее зольную угольную массу, образующуюся в ходе внутрипласто-вой селекции, что обеспечит лучшие показатели выхода концентрата и его себестоимости.
Целесообразность обогащения промпродукта зачистки пластов требует дополнительной оценки и может рассматриваться только после обеспечения переработки всех объемов внутрипластовой РГМ, которые достигнут
4,5 млн т в год в 2025 г., к моменту освоения максимальных горнотехнических возможностей в границах карьерного поля первого этапа на участке «Перспективный». При этом в первую очередь это следует предусматривать для объемов образующихся на участке «Перспективный», поскольку доля внешней РГМ здесь достигает 20% от общего количества погашаемых запасов, и такой уровень потерь будет существенно ограничивать экономически целесообразные контуры ОГР. В границах лицензионного участка «Поле шахты «Майская» доля внешнего РГМ от общего количества погашаемых запасов не превысит 8-9% и обладает минимальным приоритетом в очередности обогащения.
Ввод первой очереди обогатительных мощностей должен быть осуществлен в самое ближайшее время - в 2020 г. К этому моменту количество образующейся разубоженной угольной массы достигнет ~4,5 млн т, из которых ~2,75 млн т составит РГМ с ВПС и ~0,75 РГМ с зачистки пластов. С учетом изложенного уровень производственной мощности по питанию первой обогатительной фабрики рекомендуется на уровне до 6 млн т в год.
Оценки возможностей обогатительной установки с использованием КНС (табл. 1) свидетельствуют, что в результате обогащения РГМ принятого качества возможно получение около 50% концентрата со средней зольностью 11,3% при влажности порядка 14%, при этом его мелкий класс (0-25 мм), составляющий более 70%, будет иметь зольность 12,5% и влажность 14,4%.
Таким образом, для обеспечения необходимого качества при обогащении мелких классов РГМ с пластов 9 и 9а возможностей водно-гравитационного метода недостаточно. В связи с этим фирмой «ИОТТ и МС» были выполнены проработки по фабрике с комбинацией водно-гравитационного и тяжелосредного методов обогащения с использованием сепараторов КНС на крупном классе (+25-150 мм) и комбинацией КНС с тяжелосредными гидроциклонами для обогащения мелких классов.
Оценки возможностей обогатительной установки с комбинированной схемой (табл. 2) свидетельствуют, что в ре-
Таблица 1
Ожидаемый баланс и качество продуктов обогащения ОФ с технологией обогащения на КНС
Наименование продуктов Выход, % Производительность по сухому, т/ч Производительность по влажному, т/ч Производительность по сухому весу, тыс. т в год Производительность по влажному, тыс. т в год Зольность, % Влажность, %
Поступает 100,0 206,0 250,0 1236,0 1500,0 40,0 17,6
Концентрат +25-150 13,3 27,4 31,45 164,39 188,94 7,1 13,0
Концентрат 0-25 36,8 75,8 88,56 454,8 531,36 12,5 14,4
Итого концентрат 50,1 103,2 120,01 619,19 720,30 11,3 14,0
Порода КНС-138Л 35,8 73,75 89,94 442,5 539,64 76,8 18,0
Порода КНС 60/75 3,1 6,39 8,19 38,32 49,12 64,2 22,0
Горная масса +300 мм 0,5 1,03 1,26 6,12 7,56 78,0 18,0
КЕК 10,5 21,63 38,63 129,78 231,75 47,7 44,0
Итого отходы: 49,9 102,8 138,02 616,78 828,07 68,8 -
Всего: 100,0 206,0 258,03 1235,97 1548,37 40,0 -
Таблица 2 Ожидаемый баланс и качество продуктов обогащения ОФ с комбинированной технологией обогащения на КНС и тяжелосредных гидроциклонах
Наименование продуктов Выход, % Производительность по сухому, т/ч Производительность по влажному, т/ч Производительность по сухому весу, тыс. т в год Производительность по влажному, тыс. т в год Зольность, % Влажность, %
Поступает 100,0 206,0 250,0 1236,0 1500,0 40,0 17,6
Концентрат +25-150 13,3 27,4 31,45 164,39 188,94 7,1 13,0
Концентрат 0-25 34,3 70,66 82,75 423,96 495,30 7,5 14,4
Итого концентрат: 47,6 98,06 114,02 588,36 684,24 7,2 14,0
Порода КНС-138Л 35,8 73,75 89,94 442,5 539,64 75,3 18,0
Порода КНС ТГЦ-711 5,6 11,54 14,8 69,24 88,74 81,1 22,0
Горная масса +300 мм 0,5 1,03 1,26 6,12 7,56 78,0 18,0
КЕК 10,5 21,63 38,63 129,78 231,75 47,7 44,0
Итого отходы: 52,4 107,94 144,63 647,7 867,69 70,4 -
Всего: 100,0 206,0 258,65 1236,0 1551,93 40,0 -
зультате обогащения РГМ принятого качества возможно получение около 47% концентрата со средней зольностью 7,2% при влажности порядка 14%, при этом его мелкий класс (0-25 мм), составляющий более 70%, будет иметь зольность 7,5% и влажность 14,4%. Сокращение зольности мелкого класса составляет 5%.
Основные рабочие пласты в границах участка «Перспективный» расположены ниже по разрезу угленосной толщи и при прочих равных, обладают предпосылками для лучшего качества концентратов по сравнению с углями участка «Поле шахты «Майская». Основные факторы заключаются в следующем:
- более высокая степень метаморфизации чистых угольных пачек и их теплота сгорания в сухом беззольном состоянии;
- меньшие влажность и влагоемкость;
- меньшая плотность ЧУП и, следовательно, большая гравитационная контрастность.
При этом в период проведения предварительной разведки 2016-2017 гг. по участку «Перспективный» были отобраны керновые пробы для определения степени обогатимости угля.
Был выполнен ситовой и фракционный анализ угольных проб из 14 скважин. Анализ проводился по классу угля: 0-1 мм, 1-3 мм, 1-6 мм, 1-13 мм, 3-6 мм, 6-13 мм, 13-25 мм, 25-50 мм. Опробование проводилось по плотностям фракций: менее 1300, 1300-1400, 1400-1500, 1500-1600,
1600-1800, 1800-2000, свыше 2000. По результатам данного анализа показатель обогатимости составил от 0 до 27.
Ориентируясь на строение пластов угля и зольность их с учетом засорения, можно сделать вывод, что пласты, засоренные углистыми породами, будут труднообогатимы-ми. Фракции углистых пород при расслоении по плотностям 1500 и 1800 кг/м3 попадут в промпродукт. Однако доля труднообогатимых пластов на данном этапе не установлена, а предварительный анализ строения имеющихся пластопересечений значительного увеличения доли углистых пород не фиксирует.
Исследования обогатимости эксплуатационных (крупнообъемных) проб углей участка «Перспективный» еще не проводились, и поэтому оценки возможностей различных методов обогащения для данного участка должны быть уточнены после получения результатов соответствующих изысканий по его основным рабочим пластам (11, 12, 15, 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24).
В случае обеспечения всех экспортных требований к концентратам при обогащении угольной массы, поступающей с участка «Перспективный» без ввода тяжелосред-ного обогащения, целесообразность данного решения сохраняется только в случае существенного улучшения качества и увеличения отпускных цен на мелкие классы концентрата не менее чем на 20-25%. Указанное повышение отпускных цен необходимо для компенсации роста себестоимости и снижения выхода продукции, а также обеспе-
чения сопоставимых сроков окупаемости при практически двукратном увеличении необходимых инвестиций.
Решения по применяемому оборудованию и компоновочным схемам обогатительных фабрик, предлагаемые фирмой «ИОТТ и МС», являются апробированными и достаточно хорошо себя зарекомендовавшими на предприятиях-аналогах, но по отдельным элементам может быть целесообразна некоторая оптимизация с целью сокращения себестоимости и повышения выхода наиболее востребованных крупных классов концентрата.
Загрузка сырья на технологическую линию предусмотрена только погрузчиком с организацией дополнительного перегрузочного склада РГМ перед загрузочным устройством. Данное решение ведет к дополнительному образованию мелких классов в количестве 4-6% от всего объема, поступающего на склад. Для снижения переизмельчения и эксплуатационных расходов участка в целом необходимо, чтобы основная часть материала поступала на переработку непосредственно из кузова автосамосвала, а схему загрузки колесным погрузчиком предусматривать в качестве резерва или для подшихтовки.
Кроме того, следует рассмотреть возможность замены приемного бункера, питателя и щековой дробилки, принятых фирмой «ИОТТ и МС», на одновалковую дробилку-питатель с приемным бункером большой емкости фирмы Stamler или ее аналог. Скребковый питатель обеспечивает плавную подачу материала к валу дробилки, скорость вращения вала регулируется частотным преобразователем в широком диапазоне. Важным обстоятельством применения данного оборудования являются отсутствие
участков свободного падения угля после попадания в бункер-питатель и минимизация ударного воздействия в ходе непосредственного дробления материала. Оптимальным режимом работы дробилки-питателя является работа под завалом при непосредственной разгрузке самосвалов в бункер. При этом для уменьшения ударных воздействий в ходе разгрузки в бункер уровень материала в нем поддерживается на значениях, близких к уровню установки автосамосвала.
ВЫВОДЫ
1. При обогащении разубоженной угольной массы, образующейся в границах основного карьерного поля и характеризующейся преобладанием доли пластов 9 и 9а, для обеспечения рабочей калорийности концентратов на уровне не менее 5800 ккал/кг необходимо предусматривать обогатительную фабрику с комбинированной схемой обогащения, включающей КНС для обогащения класса +25-150 мм и тяжелосредные гидроциклоны для обогащения класса 0-25 мм.
2. Для минимизации рисков недофинансирования при проектировании и строительстве ОФ с комбинированной схемой обогащения рекомендуется строительство первой очереди только с КНС мощностью до 3 млн т в год, после - второй очереди также на 3 млн т в год.
3. По предварительным оценкам, для обогащения раз-убоженной угольной массы пластов с 11 по 16 (и ниже), образующейся в границах участка «Перспективный», для получения концентрата с калорийностью не ниже 5800 ккал/ кг достаточно будет только КНС.
COAL PREPARATION
UDC 622.755:622.767:622.33.012«Mayskoye» © K.M. Ryzhkov, S.G. Lipatnikov, A.V. Kudryavtsev, K.S. Sharko, 2018 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 7, pp. 72-76
Title
JUSTIFICATION OF THE NECESSITY AND SELECTION OF METHODS OF BENEFICATION OF "D" GRADE COAL IN THE CONDITIONS OF THE MINE MANAGEMENT "MAYSKOYE"
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-7-72-76
Authors
Ryzhkov K.M.1, Lipatnikov S.G.1, Kudryavtsev A.V.1, Sharko K.S.1
' "Shahtoupravlenie "Mayskoye" LLC, set. Oktyabrskiy, 653222, Kemerovo Region, Russian Federation
Authors' Information
Ryzhkov K.M., First Deputy General Director, e-mail: [email protected] Lipatnikov S.G., Technical Director, e-mail: [email protected] Kudryavtsev A.V., Deputy Technical Director, e-mail: [email protected]
Sharko K.S., Engineer-technologist, e-mail: [email protected] Abstract
"Shahtoupravlenie "Mayskoe" LLC is a holder of licenses KEM 13892 TE of December 27, 2006 and KEM 01907 of TR of July 24, 2015. The total of balance reserves of coal of brand "D" makes 623 million tons. Coal layers with 6 on 35 are subject to working off. On condition of production and realization of coals in an ordinary look to export parameters there correspond only layer 10 reserves (208 million tons) that makes 33,4% of total of balance stocks. Other coal layers have high ash-content at the expense of internal pro-layers. For providing the sold products with the required quality parameters expediently preliminary enrichment of the extracted coals. In case of working of balance stocks by a selective method, without enrichment of the extracted coal, the number of losses increases. For the purpose of completeness of withdrawal of the fulfilled stocks and provid-
ing export requirements to the sold products is necessary decision-making at the choice of ways of enrichment, to the used equipment and layout schemes of concentrating factories. Also, the made decisions have to be optimized for the purpose of reduction of prime cost and increase in an exit of the most demanded large classes of a concentrate. If all export requirements for concentrates are satisfied during benefication of the coal mass coming from the section "Perspectivny" without introducing float-and-sink benefication, the expediency of this solution is preserved only in case of significant quality improvement and increase in the selling prices for small classes of concentrate at least by 20 - 25%. Decisions on selection of benefication methods, equipment used and layout schemes of benefication plants should be expediently optimized in order to reduce the cost and increase the yield of the most demanded large-size concentrate classes. Figures:
Fig. Scheme of apparatus chain in a concentration plant with steeply inclined separator offered by "IOTT and MS"
Keywords
Benefication, Concentrate, Concentration plant, Unscreened coal, Diluted coal mass, Intraformational selection, Steeply inclined separators.
