TDS智能分矸系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用研究

劉太嶺 鄭玉鵬

摘 要：介紹了單縣能源有限責(zé)任公司（陳蠻莊煤礦）井下TDS智能分矸系統(tǒng)干選機(jī)的工作原理及工藝流程，闡述了該系統(tǒng)的創(chuàng)新性和實(shí)用性，分析了應(yīng)用該系統(tǒng)后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，并對其市場應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：TDS智能分矸系統(tǒng);煤礦;提升量

1 TDS智能分矸系統(tǒng)概述

根據(jù)山東省沖擊地壓煤礦“三限三強(qiáng)”的工作要求，陳蠻莊煤礦在井下應(yīng)用了TDS智能分矸系統(tǒng)，即在礦井主煤流系統(tǒng)（西翼強(qiáng)力皮帶）中增加TDS智能分矸機(jī)，在井下直接處理或者利用矸石，分選出質(zhì)量更高的塊精煤，保證了礦井的有效提升量，提高了主井提升能力。

TDS智能干選機(jī)的基本原理：TDS智能干選機(jī)通過X射線和圖像識別技術(shù)，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)算法，對煤和矸進(jìn)行識別，實(shí)現(xiàn)對塊煤的精準(zhǔn)識別和分選。系統(tǒng)工藝流程：在西翼強(qiáng)力皮帶上將原煤截留出來，經(jīng)過滾軸篩進(jìn)行25/50 mm篩分，滾軸篩上50 mm以上的毛煤直接作為矸石轉(zhuǎn)載至回矸皮帶進(jìn)入分煤倉，滾軸篩下0～25 mm原煤經(jīng)過沫煤轉(zhuǎn)載皮帶回到西翼強(qiáng)力皮帶上，25～50 mm的原煤進(jìn)入TDS智能干選機(jī)分選，執(zhí)行“打矸”操作，分選出的矸石通過回矸皮帶進(jìn)入分煤倉，分選出的塊精煤通過回煤皮帶返回西翼強(qiáng)力皮帶，最終進(jìn)入井底煤倉。井下塊煤TDS智能干選系統(tǒng)設(shè)備具體流程如圖1所示。

2 TDS智能分矸系統(tǒng)創(chuàng)新性和實(shí)用性分析

（1）TDS智能干選機(jī)采用X射線透射智能識別方法，針對不同的煤質(zhì)特征建立與之相適應(yīng)的分析模型，通過大數(shù)據(jù)分析，對煤與矸石進(jìn)行數(shù)字化識別，最終通過智能排矸系統(tǒng)（用陣列式氣槍）將矸石排出。

（2）該分選系統(tǒng)工藝與傳統(tǒng)淺槽、動篩等塊煤水洗工藝相比，TDS智能干選機(jī)運(yùn)行無需水、無需介質(zhì)、無煤泥水處理和介質(zhì)系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量少，生產(chǎn)成本低，主運(yùn)系統(tǒng)或采區(qū)可靈活布置，適合井下運(yùn)行。

（3）TDS智能分矸系統(tǒng)發(fā)展成熟，在井上已得到廣泛應(yīng)用，本項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)之一就是將井上TDS排矸技術(shù)應(yīng)用于井下。

（4）目前該系統(tǒng)已在臨礦集團(tuán)王樓煤礦、肥礦集團(tuán)陳蠻莊煤礦、肥礦集團(tuán)梁寶寺煤礦成功投用，具備給其他兄弟單位參觀、借鑒的條件。

3 效益分析

3.1? ? 直接效益

假設(shè)主井每天滿負(fù)荷運(yùn)行，凡是通過智能分矸系統(tǒng)進(jìn)入矸石倉，通過副井運(yùn)輸?shù)V車提升至地面的矸石均等比算作主井提煤量。按照2019年7月5日—8月25日的系統(tǒng)試運(yùn)行，將每周設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行平均計(jì)算，TDS系統(tǒng)每運(yùn)行1 h，需分矸車輛約7車，礦車有效容量約為1.7 m3，經(jīng)過運(yùn)輸工區(qū)與煤管科運(yùn)至地面的矸石車統(tǒng)計(jì)，每車運(yùn)輸矸石重量約2.5 t，其中沫煤及塊煤含量在5%左右，即2.5×（1-5%）=2.375 t。結(jié)合最近一周（8月16日—8月22日）TDS系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)長統(tǒng)計(jì)，每天運(yùn)行時(shí)間約8 h。0～25 mm沫煤及25～50 mm塊煤每噸售價(jià)800元（取值根據(jù)市場行情并對比同類礦井張集煤礦原煤每噸售價(jià)820元）。經(jīng)計(jì)算每天分選矸石量約131 t，每月分選矸石量約3 930 t。

3.2? ? 運(yùn)行成本

運(yùn)行成本包括：崗位人員工資、設(shè)備運(yùn)行電費(fèi)、設(shè)備維修及易損件費(fèi)用、設(shè)備折舊費(fèi)用。

（1）崗位人員工資。目前TDS系統(tǒng)因未安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該固定崗每班設(shè)崗位工人3人，即每天9人。按照平均工資7 000元（含五險(xiǎn)一金）計(jì)，即月度崗位人員工資支出=9×7 000=6.3萬元。

（2）設(shè)備運(yùn)行電費(fèi)。整套系統(tǒng)設(shè)備功率650 kW，主要是兩臺移動式壓風(fēng)機(jī)，每臺功率160 kW（目前根據(jù)分選情況，在風(fēng)壓能夠負(fù)荷設(shè)備要求的0.65 MPa情況下，壓風(fēng)機(jī)僅啟動一臺），滾軸篩44 kW，TDS主機(jī)42 kW，五部皮帶機(jī)221 kW。TDS系統(tǒng)主機(jī)、滾軸篩、皮帶機(jī)合計(jì)運(yùn)行需約420 kWh/h，結(jié)合2019年平均電價(jià)約240元/h;移動式壓風(fēng)機(jī)需用160 kWh/h，平均電價(jià)約95元/h，即TDS系統(tǒng)每運(yùn)行1 h需耗費(fèi)電費(fèi)240+95=335元。按照每天運(yùn)行8 h，每月按30天計(jì)，該系統(tǒng)月度電費(fèi)消耗為335×8×30≈8萬元。

（3）設(shè)備維修及易損件費(fèi)用。根據(jù)2018年11月TDS系統(tǒng)廠家提供的數(shù)據(jù)，該套TDS分選機(jī)型號為TDS14-100，每年維修及易損件費(fèi)用不超過35萬元，即每月維修及易損件費(fèi)用約3萬元。

（4）設(shè)備折舊費(fèi)用。根據(jù)設(shè)備投資金額每年折舊10%，即1 205×10%=120.5萬元/年，合計(jì)每月折合約10萬元。

3.3? ? 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)《肥礦集團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目效益計(jì)算和認(rèn)定指引》規(guī)定，該系統(tǒng)屬于第二項(xiàng)技術(shù)工藝類、增加收益類，即采用新技術(shù)工藝，引起產(chǎn)量增加而創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益，計(jì)算公式：

△S=△D×（M-C）-R

式中，△S為技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用后增加產(chǎn)量創(chuàng)造的新增利潤;M為單位產(chǎn)品價(jià)格（定額），即800元/t;C為單位產(chǎn)品成本，等于運(yùn)行成本18.9萬元/月除以3 930 t/月，即44元/t;△D為采用技術(shù)創(chuàng)新后，該產(chǎn)品（或技術(shù)服務(wù)）年增加的產(chǎn)量，即3 930 t/月;R為項(xiàng)目實(shí)施費(fèi)用，按照設(shè)備總額，每年折舊10%，每月即10萬元。

經(jīng)計(jì)算，△S=△D×（M-C）-R≈287萬元/月。

4 應(yīng)用前景分析

（1）TDS智能干選機(jī)具有MA認(rèn)證，且TDS可實(shí)現(xiàn)拆解分裝運(yùn)輸。其在井下應(yīng)用前景非常廣闊，矸石不升井可有效提升主井運(yùn)輸系統(tǒng)能力，在礦井主井最大提升能力一定的情況下，為了實(shí)現(xiàn)“多提煤，少提矸”，同時(shí)提高升井原煤的初級質(zhì)量，達(dá)到以矸換煤、綠色開采的目標(biāo)。

（2）TDS助力充填開采：原煤在井下分選，矸石井下排出并回填，為矸石不升井直接井下填充開辟了新途徑。

（3）特別是在國家“消滅矸石山，保護(hù)綠水青山”的號召下，在實(shí)現(xiàn)井下充填的情況下，矸石井下分選，不在地面形成矸石山，有利于減少污染，符合國家環(huán)保政策，具有極高的社會效益和環(huán)境效益，發(fā)展前景廣闊。

5 結(jié)語

（1）除了保障TDS智能干選機(jī)本機(jī)的穩(wěn)定性外，還要保證配套篩分、運(yùn)輸、供風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，外圍系統(tǒng)的工況也直接關(guān)系到TDS智能干選機(jī)的分選精度。

（2）雖然TDS智能干選機(jī)與傳統(tǒng)分選設(shè)備相比，設(shè)備系統(tǒng)大大簡化，但還是建議進(jìn)一步簡化TDS智能干選機(jī)的設(shè)備體積，以更加適用于井下狹小的空間。

（3）應(yīng)根據(jù)礦井煤質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，尤其是系統(tǒng)間各部位煤流溜槽設(shè)計(jì)，應(yīng)參考煤質(zhì)黏性，設(shè)計(jì)溜槽坡度和外形，為系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。

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收稿日期：2019-12-10

作者簡介：劉太嶺（1987—），男，山東肥城人，工程師，研究方向：機(jī)電運(yùn)輸、礦山固定設(shè)備管理等。