篩混煤煤質提升關鍵技術的研究與實踐

達立輝，王 明

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺 054000）

1 概況

邢東礦位于主城區周邊，地面不能建設矸石山，且井田范圍內有大小村莊11 個，村莊及工業廣場煤柱壓煤量占全礦井儲量的87%，礦井斷層錯綜復雜，達340 條，生產系統地質條件復雜、受9 號煤層底板奧灰水威脅以及政府環保高強度高頻次監管等因素嚴重制約著礦井可持續發展。

目前，礦井篩混煤煤質管理采用井下洗煤系統提升，原煤直接在井下洗煤系統洗選排矸，實現雜物去除、矸石篩除、煤質提升。近年來，邢東礦隨著生產年限的不斷延長，開采煤量逐年減少，生產戰線持續擴延，開采條件逐漸變差，2019 年底生產出的原煤經過井下洗煤系統，篩混煤灰分躍升至33%，居高不下，資源少、斷層多、煤質差已經成為制約礦井經濟效益的關鍵因素。

2 工藝研究

為有效降低篩混煤灰分，提升礦井經濟效益，篩混煤煤質提升可從2 方面入手，一是對洗煤系統升級，擴大原煤中煤矸粒徑篩選范圍，對系統排矸能力再提升；二是從入洗原煤抓起，通過現場管理、精準調度，分倉分運以及矸石充填處理，提升入洗原煤煤質。

2.1 洗煤系統正弦篩升級

該礦現有的正弦篩，可實現對原煤粒徑大于30 mm 以上煤（矸）塊有效分離，φ30 mm 以下末煤，以及經過二部破碎機產生的粉末煤，直接進入篩混煤中，降低了篩混煤煤質。

為提升煤質，提高預排矸正弦篩效率，對預排矸正弦篩進行升級改造，改造的設備為主暗斜井第一部皮帶機頭及第二部破碎機下2 部正弦篩（圖1），篩縫由30 mm 改造為20 mm。升級前篩出矸（煤）塊率為20%，升級后篩塊率達到為26%，篩出的煤矸比例為3:2，系統排矸（煤）塊能力提升6%,系統降灰能力2%～3%（圖2）。

圖1 升級后的正弦篩Fig.1 Upgraded sine screen

圖2 正弦篩升級改造前后篩上物對比情況Fig.2 Comparison of sieve objects before and after upgrading of sine sieve

2.2 原煤煤質提升

2.2.1 加大采掘頭面煤質管理

建立健全礦井煤質管理體系,從源頭上提高原煤煤質，全過程管控煤質。煤質巡查員要深入生產一線，三班不定期檢查，超前謀劃。采掘工作面堅持少割頂、底砟，采掘頭面過地質特殊構造帶處，通過對施工現場煤質情況、斷層分析，制定專項措施干預（如放震動炮），降低原煤含矸率，提升原煤成塊率。

2.2.2 煤矸實行分倉分運管理

為處理在不宜設置充填巷區域范圍內的矸石，利用井下煤倉、矸石倉，實行煤矸分倉分運。煤矸分倉分運工藝，通過礦井調度指揮中心，協調各采掘工作面出煤（砟）時間，各頭面產生的矸石利用現有煤倉緩沖，實現矸石不進煤流，做到煤矸分離。為保證矸石不經過洗煤系統，創新設計了運矸聯巷，讓矸石直接進入礦井矸石倉，從而提高篩混煤煤質。

2.2.3 全面采用矸石充填技術

通過地質資料認真分析-760 運矸巷、1100 集中運料配巷、1100 集中運輸配巷、矸石倉繞道、11233 運輸巷等巷道巖巷工程量，對所在的采區邊角煤情況認真分析研究，確定合理矸石充填方案。針對巖巷工程施工區域，設計局部矸石充填巷（圖3）。

圖3 矸石充填巷Fig.3 Gangue filling roadway

針對1100 南部采區的巖巷矸石量情況，設計了1100 南部采區充填巷，充填巷道近2 600 m，處理矸石近10 萬t；針對-760 運矸巷的矸石量情況，設計了1100 東翼矸石充填巷，充填巷道近1 500 m，處理矸石近6 萬t；針對大巷以及零散整修的矸石，又在回風斜井設計了矸石充填巷，充填巷道近3 000 m，處理矸石近12 萬t。

針對條帶開采遺留下來的孤島煤柱，為避免再次開采造成的地表下沉，全面推行工作面矸石充填（圖4），以此解決地表下沉和礦井大量洗選矸石，大幅提升矸石充填效率，既保證了矸石處理能力，又有效降低了開采成本（與超高水充填相比）。面對洗選系統產生大量的矸石，該礦設計了12212、12214、11233、11235 等多個矸石充填工作面，保證礦井洗選矸石及分倉分運矸石的高效充填。截止目前，矸石充填工作面累計處理矸石達到近80 萬t，矸石充填工作面月處理矸石能力達到6 萬t 的水平，為篩混煤煤質的持續提升提供了可靠保證。

圖4 矸石充填工作面Fig.4 Gangue filling working face

3 經濟效益和社會效益

3.1 經濟效益

洗煤系統預排矸正弦篩改造投入資金130 萬，2020 年篩混煤計劃109 萬t，煤質預計為32%。通過篩混煤煤質提升的多項措施，煤質提升到29.15%，灰分降低2%～3%，增加經濟效益1 500萬元。全年掘進充填巷道1 300 m，解放煤炭資源4 萬t，為礦井產生效益1 200 元，同時還延長礦井服務年限，緩解了礦井采掘接替緊張的局面。礦井原煤含矸量在15%左右，通過井下矸石充填處理，全年主井減少提升矸石17 萬t，主井電費可節約20 萬元。

3.2 社會效益

矸石在井下直接回填，減輕煤炭開采對地表建（構）筑物、地表河流和地下水等影響，并減少耕地良田占用和礦區村莊搬遷，保護和改善礦區生態環境，促進礦井生產與生態環境協調發展，取得一定的社會效益。通過提高篩混煤質量，降低了在地面洗選加工過程中造成的環境污染，為礦井可持續發展創造了良好的發展環境。

4 結語

面對環保形勢的日益嚴峻，對煤礦綠色開采要求更高，篩混煤煤質提升關鍵技術的實踐及應用，在保護生態環境、提高煤質、解放煤炭資源方面有顯著效果。預排矸正弦篩篩縫由30 mm 升級改造為20 mm，井下洗煤工藝達到了國內領先水平。礦井巷道矸石充填和工作面矸石充填不僅與國家消滅矸石山環保政策高度一致，還有效遏制了地表塌陷、采空區自燃、沖擊地壓以及底板奧灰水突水等地質災害，對今后類似礦井矸石的處理、煤質的提升都有重要的技術指導意義。同時，在邢東礦以及其它礦井邊角煤回收、孤島煤柱開采以及建下開采等方面具有良好的推廣應用前景和應用價值。