针对浮选中粗粒煤易损失、尾煤中粗粒含量不可控的问题,将浮选和分级相结合,重选与浮选相联合,形成浮选粗选—浮选尾矿分级—重力扫选—重选精矿再浮选的分选模式,构建了新型双排尾重浮联合分选机,利用浮选和重选实现细粒和粗粒高灰尾矿的分别排出,为细粒煤分选提供了一种新方法,对于提高整体分选效率、缩短浮选尾煤处理流程具有重要意义。研制了能置于浮选柱内部的内溢流式分级装置。考察了流量和分流比对分级底流分配率的影响,结果表明,内溢流式分级装置在适当条件下能排出1/2～2/3的高灰细泥(-0.074mm)。在分级试验数据基础上,构建了单一粒度变量的分级曲线数学模型,能很好地模拟“鱼钩”形分级曲线。通过分析模型参数与试验操作参数之间的相关关系,进一步构建了包含粒度d、入料流量Q、分流比Rf和给矿浓度C的多变量分级曲线综合数学模型,模型说明,入料流量和入料浓度决定分级过程的好坏,而底流分流比主要影响夹带。综合数学模型的建立对于预测分级效果,确定适宜的分级条件,通过调整操作变量来实现对分级过程的有效控制具有积极的指导意义。研制了布置于浮选柱底部的外溢流式分级装置。研究了内桶直径、内桶高度、沉降锥等结构参数与操作参数对-1mm煤分级效果的影响规律。试验结果表明,入料流量越大,分级粒度越粗；底流夹带量与底流分流比Rf近似呈线性增长关系。该分级装置无论从底流夹带还是溢流跑粗方面,较内溢流式分级装置都有了很大的改善,达到了双排尾重浮联合分选机所需要的分级目的。设计制作了工业型独立分级单元,成功应用于曙光煤业选煤厂的浮选尾煤分级,与一台三产品旋流器扫选搭配,实现了双排尾重浮联合分选机的拆分式工业应用。工业运行数据显示,在有限的空间条件(即过大的单位面积处理量)下,该分级装置发挥了一定的脱泥和分级作用,降低了进入浓缩机的粗颗粒含量,对于回收损失的粗颗粒低灰煤起到了积极的促进作用。构建了管式外溢流式分级装置和周边外溢流式分级装置的物理模型。采用计算流体动力学软件FLUENT就内桶直径、内桶高度、锥形挡板、入料流量、底流分流比等对分级装置内流场的影响规律进行了研究。多相流模拟结果表明：溢流浓度明显低于底流浓度；颗粒在底锥段实现浓缩,并在底锥锥面上堆积形成沉积层；粗颗粒主要沉积在底锥锥面上,而细颗粒主要浓缩悬浮于底锥段；分级装置的下部湍流强度较大,利于颗粒松散分层；环形上升水流区内湍流强度很低,利于颗粒沉降。随着流量的增大,分级粒度变粗,该结论与试验结果一致。研制了Φ150mm旋流分选充气器,清水和带煤充气试验表明,该设备具有很好的充气性能。以充气量、气液比和临界水柱高度为比较指标,系统考察了叶片、入料压力(流量)和溢流管直径、溢流管插入深度、底流口直径等结构参数对充气性能的影响规律。结果表明,叶片是强化旋流分选充气器充气性能的根本所在,它使旋流分选充气器的充气量提高50%以上。充气量随入料压力的增大而增大,二者近似呈线性关系。研究了旋流分选充气器对-1mm煤的重力分选效果,加入叶片使溢流灰分和底流灰分同时降低。通过分配曲线可知加入叶片降低了分选密度,对粗粒煤的分选精度还有促进作用。这为在线调整旋流器分选密度提供了一种新的思路。采用雷诺应力湍流模型和VOF多相流模型对旋流分选充气器内部流场进行模拟,考察了入料压力、叶片、结构参数对流场的影响,得出以下结论：①无论是体积分数、静压分布、速度分布还是湍流强度分布,旋流分选充气器内水相和气相都有着清晰的界面,且叶片对旋流分选充气器中液相各指标的影响都很小,而对于气相影响非常显著。②旋流分选充气器中空气柱近似呈圆柱形,但上下并不完全等径,空气柱直径随溢流管直径的增大而变粗；①150mm旋流分选充气器上半部空气柱直径约34-35mm(以气水体积分数各0.5处为界,溢流管直径48mm)；空气柱贯穿旋流分选充气器的过程中具有不稳定性,且溢流管越粗,里面的空气柱越不稳定；③叶片提高旋流分选充气器的充气性能的根本在于它大幅度提高了空气柱内的负压绝对值和空气的轴向速度,使得空气通量大幅度提高。空气流量、水流量随入料压力的增长规律与试验结果一致。④叶片对靠近溢流管壁附近内旋流的轴向速度有轻微削弱作用,这可能是导致精煤产率和灰分降低的重要原因。制作了浮选柱直径为400mm的双排尾重浮联合分选机试验样机,进行了初步流程试验。试验结果表明,双排尾重浮联合分选机对-1mm煤具有很好的分选效果,并实现了粗、细粒尾矿的分别排放,粗、细粒尾矿灰分分别达到54.93%和56.54%。分级和重选流程试验表明,一次排尾分级装置能够排放约90%的-0.044mm细泥,可有效避免高灰细颗粒返回浮选无效再处理；二次排尾重选装置-旋流分选充气器成功实现了对排细泥后分级底流的扫选,排出粗粒尾矿。设计、加工了结构紧凑的Φ600mm可移动式双排尾重浮联合分选机,配套了辅助试验系统及平台,完善了测试与控制系统,为推进双排尾重浮联合分选机的工业化进程奠定了基础。