煤炭洗选加工是其清洁高效利用的基础和前提。选煤过程主要由不同的重选和浮选过程组成,颗粒的密度、粒度是影响选煤效果的重要因素。深入解析选煤过程中颗粒密度-粒度双变量的影响规律对提高煤炭分选效果和煤炭利用效率具有重要意义。论文以宽雷诺数区间颗粒沉降末速公式为基础,提出了颗粒密度、粒度变量的组合方法,以正态分布作为基本函数,建立了包含密度、粒度双变量的6参数分配曲面数学模型,明确引入了四分位偏斜系数,通过模型可推导出分选密度、可能偏差与颗粒粒度的函数关系。为解析颗粒密度、粒度二元影响规律奠定了理论与技术基础。论文以屯兰选煤厂的无压三产品重介旋流器、煤泥重介旋流器、浮选机,及东曲选煤厂的分级旋流器、干扰床分选机(TBS)为研究对象,通过筛分、浮沉试验获得了足够样本的以颗粒粒度、密度为变量的分配数据。根据单变量三参数模型绘制了不同分选/分级设备的产品分粒级分配曲线,定性分析了分选密度、可能偏差与颗粒粒度的函数关系;利用双变量模型绘制了颗粒的密度-粒度分配曲面,并得到了分选密度、可能偏差与颗粒粒度的具体函数关系,结果显示:(1)无压三产品重介旋流器的分选密度与颗粒粒度间呈非单调关系,中间粒级分选密度低,分选精度随颗粒粒度的减小单调降低;(2)煤泥重介旋流器分选中,随颗粒粒度的减小,分选密度升高、分选精度降低;(3)分级旋流器的分级粒度为0.20mm,分级可能偏差为0.103;各粒级底流和溢流的灰分差别明显,-0.5mm各粒级均存在明显的分选作用;分选密度随颗粒粒度的减小而升高,分选精度随颗粒粒度的减小而降低;(4)TBS干扰床分选机的各粒级精煤及尾煤灰分均随粒度的减小而升高;TBS干扰床分选机可对+0.25mm粒级物料实现有效分选,且随颗粒粒度的减小,分选密度升高,分选精度降低;(5)工业浮选生产中粗粒跑粗和细粒夹带污染精煤现象并存。实验室条件下,以煤油为捕收剂、仲辛醇为起泡剂,采用传统的两产品浮选工艺,很难在保持较高产率的前提下得到低灰精煤;而采用“粗选+精选”的三产品浮选模式,尾煤灰分达到65.0%以上,精煤灰分合格,精选可使细泥夹带降低50%。粗选中0.25-0.074mm粒级浮选分选密度高,+0.25mm和-0.074mm粒级分选密度低,表明中间粒级的浮选强度高,+0.25mm分选精度最高。基于典型分选设备的密度-粒度分配规律,针对屯兰选煤厂现行工艺流程中存在的问题,提出了块煤重介浅槽排矸、粗煤泥两段三产品煤泥分选旋流器分选、三产品浮选的工艺优化方案:以先进可靠的浅槽重介分选机替代原有的动筛跳汰机,提高300-30mm块煤预选排矸效率和处理能力,降低入选原煤中的矸石含量;采用无压三产品重介旋流器选前脱泥(-1.5mm)工艺,减少进入重介系统的煤泥量,提高重介旋流器的分选精度和产品质量。采用两段三产品水介分选旋流器对预先脱除的煤泥进行单独分选,试验确认一次入料可分出精煤、中煤和矸石三个产品及可直接去浮选的溢流。煤泥浮选采用“粗选+精选”的三产品浮选工艺,先在适宜的药剂制度下将粗粒精煤损失降到最低,确保最大可燃体回收率,同时得到高灰尾煤,可直接排弃。然后,对粗选精煤进行再选,降低高灰细泥对精煤的污染,获取低灰精煤,避免重介背灰,提高精煤产率;中煤灰分接近于电煤灰分,且高灰细泥含量更低、滤饼易碎散,对商品电煤品质几乎没有不利影响。论文提出的粗细煤泥三产品分选工艺,与重介三产品分选相结合,构成了基于对入选原煤进行3~4段分级的全粒级深度排矸三产品分选工艺。该工艺可在不同分选方法间灵活调整分选密度,降低粒度的负面影响,以实现煤炭的等λ分选,获取最大精煤产率,不仅可以提高企业经济效益,而且能够促进煤炭分选效率的提高,充分合理利用煤炭资源。