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(dòng)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(shí)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(zhì)及實(shí)際生產(chǎn)能力，確定井下煤矸石分選系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模按礦井最大小時(shí)生產(chǎn)能力2 200 t/h設(shè)計(jì)。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(cè)附近。原煤采用動(dòng)篩跳汰機(jī)排矸工藝，原煤50 mm、300 mm預(yù)先分級，>300 mm級破碎至300～50 mm級，300～50 mm原煤采用動(dòng)篩跳汰機(jī)排矸。排矸后的原煤 (300～0 mm)：Ad≤19.74%，Mt≤7.98%，供地面選煤廠進(jìn)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(yùn)輸采用膠帶輸送機(jī)，輔助運(yùn)輸采用單軌吊運(yùn)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(diǎn)及產(chǎn)品方案，選擇先進(jìn)、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(guān)鍵環(huán)節(jié)采用原裝進(jìn)口或進(jìn)口組裝的設(shè)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(jìn)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(jìn)行洗選。目前井下塊煤排矸方法主要有動(dòng)篩跳汰機(jī)和重介淺槽分選機(jī)。其特點(diǎn)如下：

2.1 動(dòng)篩跳汰機(jī)

1) 入選上限大、以水為介質(zhì)，以機(jī)械方式替代人工手選，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)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(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)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(shè)備布置占地小，自動(dòng)化程度高，煤泥水處理系統(tǒng)簡單。

2.2 重介淺槽分選機(jī)

1) 分選粒度寬(200～13 mm)、分選上限高，低于動(dòng)篩的分選上限；

2) 分選精度高，產(chǎn)品回收率高，對煤質(zhì)可選性波動(dòng)有很強(qiáng)的適應(yīng)性；

3) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作容易。產(chǎn)生次生煤泥量低，分選時(shí)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(shè)磁選機(jī)、合格介質(zhì)桶、脫介篩等，增大建設(shè)投資以及運(yùn)行費(fèi)用。

綜上比較，選用動(dòng)篩跳汰機(jī)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(jìn)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(jìn)進(jìn)一步分選。

2) 與動(dòng)篩跳汰機(jī)相比，重介淺槽分選需要配套重介質(zhì)回收凈化系統(tǒng)，增設(shè)脫介篩、合格介質(zhì)桶、磁選機(jī)等，工藝復(fù)雜，設(shè)備多，增大了維護(hù)難度，此外設(shè)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(shè)計(jì)推薦采用動(dòng)篩跳汰機(jī)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(yù)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(dòng)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(jìn)行工藝布置。

圖2 分選系統(tǒng)巷道布置

4.1 毛煤準(zhǔn)備系統(tǒng)

來自板式給料機(jī)的原煤經(jīng)分級篩接入470水平膠帶輸送機(jī)，與520水平西翼膠帶輸送機(jī)的原煤混合，由470水平膠帶輸送機(jī)給入原煤膠帶輸送機(jī)，經(jīng)刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)進(jìn)入分級破碎機(jī)，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(jī)的300～50 mm塊煤分別由膠帶輸送機(jī)給入動(dòng)篩跳汰機(jī)，洗后原煤由膠帶輸送機(jī)給入螺旋煤倉，矸石運(yùn)至井下充填位置。動(dòng)篩跳汰機(jī)的循環(huán)水經(jīng)高頻篩，篩上物落入原煤膠帶輸送機(jī)。篩下物經(jīng)沉淀、壓濾后篩下煤泥水進(jìn)入高頻篩下水池，由泵打入沉淀池。沉淀池的溢流進(jìn)入循環(huán)水池，底流由泵打入壓濾機(jī)，壓濾機(jī)的濾液進(jìn)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(jī)。

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(jī)混合，進(jìn)入螺旋煤倉；矸石由膠帶輸送機(jī)運(yùn)至矸石倉。

4.5 矸石綜采面充填

在建(構(gòu))筑物壓煤區(qū)域布置綜合機(jī)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(jī)等相關(guān)運(yùn)輸設(shè)備將其運(yùn)輸至充填工作面，借助充填采煤液壓支架、固體充填物料轉(zhuǎn)載輸送機(jī)及固體充填物料多孔底卸式輸送機(jī)等充填采煤關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)采空區(qū)充填。

5 結(jié) 語

實(shí)施采空區(qū)高效綜合機(jī)械化矸石充填采煤技術(shù)，解決了“三下”壓煤開采，減小煤礦開采地表變形對建(構(gòu))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(jì)效益和社會(huì)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(jì)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(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)性開采。