Технологические процессы и оборудование для обогащения углей

В. И. Мурко, Г. С. Щербина, А. А. Гущин 
 
 
 
 
 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЕЙ 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 
 
1 

УДК 622.7 
ББК 33.4 
М91 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор, директор Горного института 
Кузбасского государственного технического университета А. А. Хорешок; 
доктор технических наук, главный научный сотрудник  
ФИЦ СО РАН В. В. Аксенов  
Мурко, В. И. 
М91 
Технологические процессы и оборудование для обогащения углей : 
монография / В. И. Мурко, Г. С. Щербина, А. А. Гущин. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 536 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0893-6 
Представлены свойства и классификация углей, подробно изложены основы обогатительных процессов. Описаны конструкции, принцип действия, 
технические параметры и предпочтительные области применяемого на обогатительных фабриках современного оборудования отечественного и зарубежного производства. Приведены перспективные технологии и направления переработки угольных шламов, в том числе разработанные с непосредственным участием авторов издания. 
Для сотрудников научно-исследовательских и проектных институтов, 
инженерно-технических работников предприятий угольной промышленности. 
Может быть полезно студентам и аспирантам, изучающим горное дело. 
УДК 622.7 
ББК 33.4 
ISBN 978-5-9729-0893-6 
” Мурко В. И., Щербина Г. С., Гущин А. А., 2022 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
2 

СОДЕРЖАНИЕ 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
........................................................................................................ 6 
 
ВВЕДЕНИЕ 
................................................................................................................. 8 
 
1. УГОЛЬ КАК ОБЪЕКТ ОБОГАЩЕНИЯ, ЕГО СВОЙСТВА  
И КЛАССИФИКАЦИЯ 
.......................................................................................... 10 
1.1. Состав углей, их физические и химические свойства 
................................ 10 
1.1.1. Происхождение, состав и марки углей ................................................. 10 
1.1.2. Физические свойства углей 
.................................................................... 27 
1.1.3. Химические свойства углей ................................................................... 37 
1.2. 
 Классификация углей 
..................................................................................... 42 
 
1.2.1. Классификация углей по генетическим  
и технологическим параметрам 
........................................................... 42 
 
1.2.2. Классификация углей по обогатимости 
................................................ 43 
 
1.2.3. Классификация углей по крупности ..................................................... 49 
 
1.2.4. Международная система классификации углей .................................. 52 
 
2. МЕТОДЫ, ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ  
УГЛЕЙ К ОБОГАЩЕНИЮ 
.................................................................................. 55 
2.1. 
 Прием и разгрузка углей ............................................................................... 56 
 2.1.1. Вагоноопрокидыватели ......................................................................... 57 
 2.1.2. Маневровые устройства ........................................................................ 62 
2.2. Улавливание и удаление из угля металлических предметов 
..................... 64 
2.2.1. Электромагнитные шкивы ..................................................................... 64 
2.2.2. Электромагнитные барабаны 
................................................................. 66 
2.2.3. Подвесные электромагнитные железоотделители 
............................... 68 
 
2.2.4. Подвесные электромагнитные саморазгружающиеся  
железоотделители 
.............................................................................................. 70 
2.3. Грохочение углей ........................................................................................... 73 
2.4. Классификация и конструкции грохотов 
................................................... 106 
2.4.1. Неподвижный колосниковый грохот .................................................. 107 
2.4.2. Гидрогрохот ГГН 2,7 ............................................................................ 108 
2.4.3. Двухконусный гидрогрохот ГНК 1000 ............................................... 110 
2.4.4. Дуговые грохоты ................................................................................... 112 
2.4.5. Грохоты конические ............................................................................. 116 
2.4.6. Валковые грохоты ................................................................................. 120 
2.4.7. Шнековые грохоты ............................................................................... 123 
2.4.8. Вращающиеся барабанные грохоты 
.................................................... 126 
2.4.9. Подвижные грохоты ............................................................................. 129 
2.4.10. Специальные типы грохотов 
.............................................................. 139 
2.4.11. Конструкции зарубежных грохотов 
.................................................. 147 
 2.5. Дробление и измельчение .......................................................................... 158 
2.5.1. Щековые дробилки ............................................................................... 163 
2.5.2. Конусные дробилки .............................................................................. 168 
2.5.3. Валковые дробилки 
............................................................................... 172 
2.5.4. Дробилки ударного действия 
............................................................... 179 
 
3 

2.5.5. Барабанные дробилки ........................................................................... 189 
2.5.6. Мельницы для измельчения угля ........................................................ 192 
 
2.5.7. Мельницы для получения водоугольной суспензии  
и водоугольного топлива 
................................................................................ 203 
2.6. Складское хозяйство .................................................................................... 207 
 
2.6.1. Усреднение углей в аккумулирующих бункерах ............................. 209 
 
2.6.2. Усреднение углей в штабельных складах ......................................... 211 
 
2.6.3. Усреднение углей в потоке ................................................................. 214 
 
2.6.4. Шихтовка углей из бункеров .............................................................. 215 
 
3. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ............................................... 220 
3.1. Гидравлический камерный классификатор ............................................... 222 
3.2. Элеваторный классификатор (багер-зумпф) ............................................. 224 
3.3. Механический спиральный классификатор .............................................. 226 
3.4. Гидроциклоны .............................................................................................. 227  
3.5. Классификатор тонкослойный 
.................................................................... 231 
 
4. ОБОГАЩЕНИЕ УГЛЕЙ В ТЯЖЕЛЫХ СРЕДАХ ..................................... 234 
4.1. Сепараторы для обогащения в тяжелых средах 
........................................ 240 
4.2. Тяжелосредные гидроциклоны ................................................................... 253 
4.3. Требования к утяжелителям и суспензии .................................................. 259 
 
5. ОБОГАЩЕНИЕ УГЛЕЙ МЕТОДОМ ОТСАДКИ ..................................... 261 
5.1. Отсадка углей ............................................................................................... 261 
5.2. Отсадочные машины 
.................................................................................... 266 
 
6. ОБОГАЩЕНИЕ УГЛЕЙ В НАКЛОННО-ТЕКУЩЕМ ПОТОКЕ .......... 280 
6.1. Шнековый сепаратор СШ-15 ...................................................................... 281 
6.2. Крутонаклонные сепараторы КНС 
............................................................. 282 
6.3. Винтовые (спиральные) сепараторы .......................................................... 294 
6.4. Концентрационные столы ........................................................................... 300 
 
7. ФЛОТАЦИЯ 
....................................................................................................... 311 
7.1. Теоретические основы флотации ............................................................... 311 
7.2. Флотационные машины 
............................................................................... 319 
 
8. СУХИЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ ............................................................. 331 
8.1. Пневматическое обогащение в сепараторах ............................................. 331 
8.2. Пневматические отсадочные машины ....................................................... 346 
 
9. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ 
............................... 351 
9.1. Обезвоживание углей в бункерах 
............................................................... 353 
9.2. Обезвоживание углей в ковшовых элеваторах ......................................... 357 
9.3. Обезвоживание на грохотах ........................................................................ 358 
9.4. Обезвоживание центрифугированием ....................................................... 364 
 
9.4.1. Центрифуги фильтрующие .............................................................. 365 
 
9.4.2. Центрифуги шнековые осадительно-фильтрующие ..................... 369 
9.5. Обезвоживание фильтрованием ................................................................. 374 
 
9.5.1. Вакуум-фильтры дисковые .............................................................. 374 
 
4 

 
9.5.2. Вакуум-фильтры ленточные ............................................................ 378 
 
9.5.3. Камерные фильтр-прессы 
................................................................. 385 
 
9.5.4. Компоновка фильтровальных отделений ....................................... 396 
 
10. ОСВЕТЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ШЛАМОВЫХ ВОД............................. 408 
10.1. 
 Теоретические основы сгущения ........................................................... 408 
10.2. Классификация сгустительных аппаратов ............................................ 411 
10.3. Непрерывно-действующие сгустители .................................................. 414 
10.4. 
 Аппараты и сооружения для сгущения шламов и осветления  
шламовых вод ............................................................................................ 418 
10.5. 
 Принцип действия многоярусных сгустителей .................................... 425 
10.6. 
 Оборудование для растворения флокулянтов 
....................................... 426 
10.7. 
 Применение гидроциклонов для сгущения 
........................................... 430 
10.8. 
 Схемы осветления отходов флотации и складирования осадка.......... 431 
 
11. ТЕРМИЧЕСКАЯ СУШКА УГЛЕЙ 
............................................................. 435 
11.1. 
 Теоретические основы сушки ......................................................... 436 
11.2. 
 Сушильные аппараты .............................................................................. 438 
11.2.1. Барабанные газовые сушилки .............................................. 438 
11.2.2. Газовые трубы-сушилки 
......................................................... 442 
11.2.3. Сушилки «кипящего» слоя .......................................................... 445 
11.2.4. Пылеулавливание 
.......................................................................... 449 
11.2.5. Тягодутьевые устройства ............................................................. 453 
 
12. ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ   
УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ ...................................................................................... 455 
12.1. Технология приготовления брикетов из угольных шламов ................ 456 
12.2. Оборудование для брикетирования угольных шламов 
........................ 461 
12.3. Технология водоугольных суспензий - водоугольного топлива  
и их характеристика 
................................................................................ 468 
12.4. Технологические схемы приготовления водоугольного топлива  
на основе угольных шламов и тонкодисперсных отходов 
углеобогащения ....................................................................................... 474 
12.5. Оборудование для приготовления водоугольного топлива  
на основе угольных шламов 
................................................................... 480 
12.6. Технология сжигания водоугольного топлива  
из угольных шламов ............................................................................... 490 
12.7. Обогащение угольных шламов с использованием метода масляной 
грануляции с получением углемасляных брикетов (гранул)  
или углеводомасляной суспензии ......................................................... 515 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................. 528 
 
5 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
Добыча угля в Российской Федерации в 2030 г. составит 430 млн т. Только в Кузнецком бассейне планируется добывать более 300 млн т. На начало 
2010 г. в Кузбассе функционировало 114 угледобывающих предприятий:  
58 шахт и 56 разрезов суммарной производственной мощностью 108,5 млн т и 
97,3 млн т соответственно. 
По видам углей в Кузбассе преобладают каменные угли всех марок от 
длиннопламенных до тощих. Добываемый уголь во многих случаях не отвечает 
требованиям потребителей по основным качественным показателям: зольности, 
влажности, теплотворной способности и спекающим свойствам. 
Повышение его качества на современном этапе возможно только с применением новых методов обогащения, что позволит получать высококачественные коксующиеся и энергетические угли, востребованные как на внутреннем, так и на внешнем рынке. 
В настоящее время в Кузбассе находятся в эксплуатации 42 обогатительные фабрики и 12 установок с крутонаклонными сепараторами для обогащения 
разубоженной горной массы. В 2014 г. в Кузбассе добыто 210,87 млн т угля, что 
составляло 59 процентов от объёма всей российской добычи, а обогащалось  
153 млн т. К 2025 г. планируется выйти на 90 процентов обогащения всего кузбасского угля. 
В январе 2015 г. была запущена в работу новая обогатительная фабрика 
«Энергетическая» на разрезе «Калтанский» угольной компании «Кузбассразрезуголь», а в марте сдали в эксплуатацию ещё одну обогатительную фабрику 
«Карагайлинскую» УК «Заречная». 
На 15 ранее построенных обогатительных фабриках применяются устаревшие технологические водно-шламовые схемы, имеют место наружные гидроотвалы и шламовые отстойники. Но проекты новых фабрик разработаны по 
новейшим технико-технологическим стандартам, которые отвечают самым 
строгим требованиям экологии. 
Начиная с 2011 г. введены в постоянную эксплуатацию 13 обогатительных фабрик с технологической и водно-шламовой схемами нового поколения. 
На этих фабриках отсутствует процесс сушки концентрата, а на некоторых - 
отсутствует флотационный метод обогащения. Водно-шламовые схемы замкнуты, отсутствуют гидроотвалы и отстойники. 
Для концентратов в схемах нового поколения предусмотрены крытые 
склады, что способствует удалению свободной влаги и облагораживанию экологической обстановки. 
Стратегически важной задачей дальнейшего развития производственного 
потенциала угольного Кузбасса является повышение глубины переработки добываемого угля за счёт его обогащения. Если в 2000 г. обогащали только 40 
процентов всего добываемого угля, то в 2015 г. почти 73 процента угля обогащается и перерабатывается. 
На обогатительных фабриках нового поколения России и Кузнецкого бассейна применяется в основном оборудование импортного производства. Куз 
6 

басс остаётся одним из крупных потребителей предприятий машиностроительной отрасли, причём не только зарубежных, но и российских. В Кемеровской 
области функционирует 15 заводов, специализирующихся на производстве горно-шахтного оборудования, которые вполне могут разрабатывать и выпускать 
продукцию новой техники по обогащению угля. 
Собственники фабрик ещё на этапе ведения проектных работ должны 
предпринять все возможные меры для обеспечения своих предприятий кадрами, 
способными грамотно её эксплуатировать. Экономия на этой статье может перечеркнуть все старания, приложенные в процессе создания фабрики. 
 
 
 
7 

ВВЕДЕНИЕ 
Согласно программе развития угольной промышленности России на период до 2030 г. добыча угля в Российской Федерации в 2030 г. составит 410 
(базовый) или 480 млн т (оптимистичный вариант). Только в Кузнецком бассейне планируется добывать более 300 млн т. На начало 2020 г. в России функционировало 58 шахт и 133 разреза, в том числе в Кузбассе работают 93 угледобывающих предприятия: 41 шахта и 52 разреза. 
По видам углей в Кузбассе преобладают каменные угли всех марок от 
длиннопламенных до тощих и антрацита. Добываемый уголь во многих случаях 
не отвечает требованиям потребителей по основным качественным показателям: зольности, влажности, теплотворной способности и спекающим свойствам. 
Повышение его качества на современном этапе возможно только с применением соответствующих методов обогащения, что позволит получать высококачественные концентраты коксующихся и энергетических углей, востребованные как на внутреннем, так и на внешнем рынках. 
В 2019 г. в России добыто 441,4 млн т угля, из которых каменный уголь 
для коксования составляет 98,6 млн т (22,3 ), остальной уголь предназначен 
для энергетических нужд (342,8 млн т - 77,7 ). В Кузбассе в 2019 г. добыто 
251 млн т угля, что составляет 57  от объёма всей российской добычи, при этом 
угля коксующихся марок добыто 71,7 млн т (72,7 ). На обогащение было 
направлено 205,9 млн т - 46,6  (в Кузбассе 138,6 млн т - 55,2 ), в том числе 
угля коксующихся марок 100,0 млн т - 71,7  (в Кузбассе - 71,7 млн т -  
100,0 ). В дальнейшем планируется выйти на 90 процентов обогащения всего 
кузбасского угля, что является стратегически важной задачей дальнейшего развития производственного потенциала угольного Кузбасса. 
В Кузбассе находятся в эксплуатации более 55 углеобогатительных фабрик и 12 установок с крутонаклонными сепараторами для обогащения разубоженной горной массы. И только на 15 ранее построенных обогатительных фабриках применяются технологические водно-шламовые схемы, которые имеют 
наружные гидроотвалы и шламовые отстойники. 
На современных обогатительных фабриках применяются замкнутые водно-шламовые схемы, которые не предусматривают использование наружных 
отстойников. Установленное оборудование для обезвоживания угля, в первую 
очередь мелких и самых тонких классов, обеспечивает возможность получения 
угольного концентрата с влажностью, удовлетворяющей безопасную (с точки 
зрения смерзаемости) его отгрузку в зимнее время, без применения дорогостоящей и пожаро-взрывоопасной термической сушки. Для концентратов в схемах 
нового поколения предусмотрены крытые склады, что способствует удалению 
свободной влаги и улучшению экологической обстановки. Наряду с повышением глубины переработки углей существенным и актуальным является экологически безопасная утилизация тонких угольных шламов, количество которых на 
новых фабриках составляет до 10  от переработанного угля. В связи с этим 
проекты новых фабрик должны разрабатываться по новейшим технико 
8 

технологическим стандартам, которые отвечают самым строгим требованиям 
экологии. 
На обогатительных фабриках нового поколения применяется в основном 
оборудование импортного производства. Кузбасс остаётся одним из крупных 
потребителей предприятий машиностроительной отрасли. В Кемеровской области функционирует более 15 машиностроительных заводов, специализирующихся на производстве горно-шахтного оборудования, которые вполне могут 
разрабатывать и выпускать продукцию новой техники для обогащения угля. 
С учетом вышеизложенного в книге уделено значительное внимание перспективным технологиям и оборудованию для экологически чистой переработки угольных шламов, в том числе разработанные при непосредственном участии авторов издания. 
Данная книга является результатом преподавания дисциплин «Безотходные технологии и комплексная переработка угля» и «Горные машины и оборудование» для студентов горных специальностей и, в частности, для специализаций «Обогащение полезных ископаемых» и «Физические процессы горного 
производства» в СибГИУ и КузГТУ. Кроме того, в издании отражены результаты научно-исследовательских, проектно-конструкторских и опытно-промышленных работ, выполненных в последние годы в СибГИУ, КузГТУ, ООО НПЦ 
«Сибэкотехника», ООО «Сибнииуглеобогащение» филиал в г. Прокопьевске. 
Авторы выражают благодарность научным сотрудникам, работникам указанных выше предприятий, результаты работ которых представлены в данной 
книге. 
 
9 

1. УГОЛЬ КАК ОБЪЕКТ ОБОГАЩЕНИЯ, ЕГО СВОЙСТВА 
И КЛАССИФИКАЦИЯ 
 
1.1. Состав углей, их основные физические и химические свойства 
 
1.1.1. Происхождение, состав и марки углей 
 
По составу основного компонента - органического вещества - угольные 
ископаемые подразделяются на 3 генетические группы: гумолиты (гумусовые 
угли), сапропелиты и сапрогумолиты. Преобладают гумолиты, исходным материалом которых явились остатки высших наземных растений. Отложение их 
происходило преимущественно в болотах, занимавших низменные побережья 
морей, заливов, лагун, пресноводных бассейнов (озер и рек) - автохтонное 
накопление; более ограниченным было отложение при сносе с прилегающих 
участков суши в застойные водные бассейны растительного материала и продуктов его преобразования - аллохтонное накопление. Накапливавшийся растительный материал в результате биохимического разложения перерабатывался 
в торф, при этом значительное влияние оказывали обводненность и химический 
состав водной среды. Анаэробные (в водной среде) условия приводили к гелификации органического материала - основы образования блестящих - витринитовых, или гелинитовых углей; аэробные условия и окислительная среда способствовали фюзенизации тканей - образованию волокнистых и сажистых фюзинитовых углей. Элювиация - вымывание проточными водами продуктов 
окисления лигниноцеллюлозных тканей - сопровождалась обогащением органической массы остатками наиболее устойчивых частей растений (оболочками 
спор, кутикулой, смоляными тельцами, пробковой тканью коры и т. п.), характерных для матовых лейптинитовых углей. Угли, сложенные почти полностью 
стойкими форменными элементами (растительными остатками, сохранившими 
свое строение и очертания), выделяются в особую группу - липтобиолиты. 
Сапропелиты (сапропелевые угли) - продукт преобразования низших 
растений и микроорганизмов планктона, накапливавшихся в органогенном иле 
озер и морских лагун. На равных стадиях преобразования органического вещества сапропелиты отличаются от гумолитов более высоким выходом летучих 
веществ (60…80 ) и содержанием водорода (8…12 ). 
Сапрогумолиты - переходная разность угольных ископаемых, продукт 
преобразования высших, а также низших растений. Сапропелиты и сапрогумолиты обычно залегают в виде прослоев и линз среди гумусовых углей. Высокозольные разности сапропелитов называют горючими сланцами; они нередко 
образуют самостоятельные бассейны (например, Прибалтийский сланцевый 
бассейн) и месторождения. 
Минеральные примеси находятся либо в тонкодисперсном состоянии в 
органической массе, либо в виде тончайших прослоек и линз, а также кристаллов и конкреций. Источником минеральных примесей в угольных ископаемых 
могут быть: неорганические составные части растений-углеобразователей; терригенный материал, приносимый в области торфообразования водой и ветром, 
 
10