井下煤矸石分選系統(tǒng)可行性研究分析

趙 衛(wèi)

(潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046031)

常村煤礦3號煤層為主要可采煤層，3號煤層厚度平均6.15 m,含0～3層夾矸，煤炭開采中提升后洗煤廠入選原煤中含較多矸石。排矸場對周圍環(huán)境及生產(chǎn)活動的造成了很大影響；采用井下煤矸石分選及綜合利用，減輕礦井主井提升和地面洗煤廠壓力，同時矸石不升井，將洗選矸石作為充填材料，可以提高“三下”壓煤資源采出率。

1 井下煤矸石分選及綜合利用分析

根據(jù)礦井開采的煤質及實際生產(chǎn)能力，確定井下煤矸石分選系統(tǒng)建設規(guī)模按礦井最大小時生產(chǎn)能力2 200 t/h設計。日產(chǎn)矸石2 080 t，年產(chǎn)矸石68萬t。根據(jù)處理矸石量，確定充填工作面生產(chǎn)能力為80萬t/a。

井下分選系統(tǒng)位于礦井+520 m水平井底車場西側附近。原煤采用動篩跳汰機排矸工藝，原煤50 mm、300 mm預先分級，>300 mm級破碎至300～50 mm級，300～50 mm原煤采用動篩跳汰機排矸。排矸后的原煤 (300～0 mm)：Ad≤19.74%，Mt≤7.98%，供地面選煤廠進一步分選；矸石(300～50 mm)：Ad≥86.25%，Mt≤9.73%，供井下充填。

矸石充填工作面煤炭及矸石運輸采用膠帶輸送機，輔助運輸采用單軌吊運輸。

2 選煤方法

井下煤矸石分選系統(tǒng)主要目的為排矸，根據(jù)原煤特點及產(chǎn)品方案，選擇先進、簡單、高效的選煤方法；煤矸石分選系統(tǒng)具有靈活的煤流走向，為提高系統(tǒng)的可靠性，關鍵環(huán)節(jié)采用原裝進口或進口組裝的設備，以保證系統(tǒng)的生產(chǎn)安全性。

原煤分選方法比選：

井下煤矸石分選系統(tǒng)主要目的是對大塊煤進行排矸，由于地面建有配套選煤廠，沒有必要對50～0 mm末煤進行洗選。目前井下塊煤排矸方法主要有動篩跳汰機和重介淺槽分選機。其特點如下：

2.1 動篩跳汰機

1) 入選上限大、以水為介質，以機械方式替代人工手選，減輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率，或用于臟雜煤的分選，分選粒度范圍寬、工作可靠、運行費用低、維護簡單、故障率低。

2) 系統(tǒng)簡潔，工藝簡單，分選效率高，效利高，設備布置占地小，自動化程度高，煤泥水處理系統(tǒng)簡單。

2.2 重介淺槽分選機

1) 分選粒度寬(200～13 mm)、分選上限高，低于動篩的分選上限；

2) 分選精度高，產(chǎn)品回收率高，對煤質可選性波動有很強的適應性；

3) 系統(tǒng)結構簡單，操作容易。產(chǎn)生次生煤泥量低，分選時間短，可減少矸石泥化現(xiàn)象；

4) 需配套回收凈化系統(tǒng)，增設磁選機、合格介質桶、脫介篩等，增大建設投資以及運行費用。

綜上比較，選用動篩跳汰機洗選方法是比較有優(yōu)勢的。原因如下：

1) 重介淺槽與跳汰工藝相比，雖分選效率和分選精度高，但是根據(jù)在井下進行煤矸分選的主要目的是排矸，排矸后的原煤可提升至地面選煤廠進進一步分選。

2) 與動篩跳汰機相比，重介淺槽分選需要配套重介質回收凈化系統(tǒng)，增設脫介篩、合格介質桶、磁選機等，工藝復雜，設備多，增大了維護難度，此外設備布置需要更大的巷道空間，增大了開巷工程量和難度。故本設計推薦采用動篩跳汰機作為井下塊煤分選系統(tǒng)的選煤方法。

3 工藝流程

通過上述比較分析，最終確定的分選工藝為：原煤300 mm、50 mm預先分級，>300 mm級與>50 mm級混合后分級破碎至300～50 mm；300～50 mm級動篩排矸；煤泥濃縮壓濾回收。

圖1 分選工藝流程

4 井下煤矸石分選平面布置

根據(jù)井下現(xiàn)場巷道情況，分選系統(tǒng)布置盡量利用現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)，減少新增巷道施工量， 本著布置簡潔緊湊，節(jié)省投資的原則，進行工藝布置。

圖2 分選系統(tǒng)巷道布置

4.1 毛煤準備系統(tǒng)

來自板式給料機的原煤經(jīng)分級篩接入470水平膠帶輸送機，與520水平西翼膠帶輸送機的原煤混合，由470水平膠帶輸送機給入原煤膠帶輸送機，經(jīng)刮板輸送機轉載后給入原煤分級篩。>50 mm和>300 mm篩上物混合后，經(jīng)刮板輸送機進入分級破碎機，破碎至300～50 mm。

4.2 塊煤分選系統(tǒng)

原煤分級篩的300～50 mm塊煤以及分級破碎機的300～50 mm塊煤分別由膠帶輸送機給入動篩跳汰機，洗后原煤由膠帶輸送機給入螺旋煤倉，矸石運至井下充填位置。動篩跳汰機的循環(huán)水經(jīng)高頻篩，篩上物落入原煤膠帶輸送機。篩下物經(jīng)沉淀、壓濾后篩下煤泥水進入高頻篩下水池，由泵打入沉淀池。沉淀池的溢流進入循環(huán)水池，底流由泵打入壓濾機，壓濾機的濾液進入濾液池，再由泵打入循環(huán)水池。

4.3 末煤系統(tǒng)

原煤分級篩的<50 mm原煤收集，給入原煤膠帶輸送機。

4.4 產(chǎn)品系統(tǒng)

洗選后原煤、<50 mm原煤、高頻篩粗煤泥、壓濾后煤泥在混后送機混合，進入螺旋煤倉；矸石由膠帶輸送機運至矸石倉。

4.5 矸石綜采面充填

在建(構)筑物壓煤區(qū)域布置綜合機械化充填開采工作面，寬度100～160 m，采厚3.0～4.5 m。將洗選矸石通過膠帶輸送機等相關運輸設備將其運輸至充填工作面，借助充填采煤液壓支架、固體充填物料轉載輸送機及固體充填物料多孔底卸式輸送機等充填采煤關鍵設備實現(xiàn)采空區(qū)充填。

5 結 語

實施采空區(qū)高效綜合機械化矸石充填采煤技術，解決了“三下”壓煤開采，減小煤礦開采地表變形對建(構)筑物的影響，避免了井下洗選矸石向地面提升，提高煤礦資源回收率，消除了地面矸石堆積占地及造成的環(huán)境污染等問題，具有良好的的經(jīng)濟效益和社會效益。按照每年充填開采工作面生產(chǎn)原煤80萬t考慮，可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益約3億元。按照每年減少68萬t矸石考慮，可減少地面矸石污染，充填工作面的生產(chǎn)，除置換煤炭資源外，還能減少地表的沉降，實現(xiàn)生態(tài)保護性開采。