煤礦井下智能選矸技術(干選)裝置及工藝

張宇潔 馮 蕊

(煤炭工業太原設計研究院集團有限公司，山西 太原 030000)

1 概述

目前，各煤礦企業數量龐大的煤矸石不僅占用了大量土地，而且造成了嚴重的固體污染；雨水溶解煤矸石中的可溶物質，造成周邊水資源及土壤的污染；煤矸石山自燃，大量含SO2的氣體逸散到環境中去，造成嚴重的大氣污染。近年來，煤礦井下智能選矸技術發展十分迅猛，TDS智能分選系統結合矸石充填系統，能促使煤礦矸石不出井、地面無留存，有效杜絕矸石地面堆放引發的一系列生態環保問題，最大限度減少煤炭開采對生態環境的擾動，實現煤炭綠色開采高質量發展。

2 井下矸石分選原理及規模選型

以山西省靈石縣兩渡鎮靈北礦為例，對井下矸石的分選及設備選型進行詳細論述。

2.1 井下概況

靈北礦地位于山西省靈石縣兩渡鎮境內，擬建的礦井工業場地東北距介休市約16 km，東南距靈石縣縣城約15 km，行政區劃屬靈石縣兩渡鎮。

靈北礦井設計生產能力為240萬t/年，采用斜井開拓方式，綜采采煤方法，一次采全高采煤法。工作制度為年工作330 d，每天工作16 h，井下工作人員實行四六制。靈北礦主要開采2號煤和10號煤，煤種主要以焦煤為主。

本次主要解決的問題是響應環保政策號召，大塊矸石不出井，在井下分選，直接回填。

煤質情況，下組煤原煤大篩分表見表1。

表1 下組煤原煤大篩分實驗報告表

2.2 矸石分選工藝的選擇

對于大塊矸石的分選有多種選煤方法，但在井下水洗難度卻比較大，因此干法洗選是目前應用較為廣泛的一種分選方法，主要優點是工藝簡單、投資成本低等特點，尤其適用于北方地區。

常規的干選包括：風力干選機、差動式干選機、復合式干選機等，但應用條件苛刻，對于物料的物理性質要求較高，比如水分不能過高等，而且維修費用也較高，洗選精度也有限，為克服上述干選的缺點，TDS應運而生。

TDS智能干選機不同于傳統選煤方法，它并不是按密度差異進行分選的，而是采用大數據計算和智能識別技術，針對不同的煤質特征建立與之相適應的分析模型，對煤與矸石進行數字化識別，最終通過高靈敏高可靠執行機構將矸石排出。目前TDS干選機已經有一定的市場，并且運行穩定。

在分選精度方面，TDS分選精度接近淺槽，高于動篩、跳汰及其他干選設備。其矸石帶煤率1%～3%，煤中帶矸率3%～5%。處理粒級較寬，并且設備占地小，幾乎等同于手選帶機占地，改造簡單。

綜上，選擇TDS干選機。

2.3 分選原理及規模選型

TDS分選原理：采用智能識別方法，針對不同的煤質特征建立與之相適應的分析模型，通過大數據分析，對煤與矸石進行數字化識別，根據煤質情況確定“打煤”或者“打矸”。打出的煤與矸石分別通過精煤膠帶與矸石膠帶排出。

靈北礦現在井下小時處理量1 300 t，根據煤質資料可知，+50 mm含量為17.87%，小時量為232.31 t。根據煤量選型，選型表見表2。

表2 主要設備機電目錄

由表2可見，滾軸篩1臺，智能干選(寬1 400 mm)2臺，同時配有空壓機儲氣罐及相應的配套設施。

TDS智能干選整個系統簡潔高效，滿足要求的情況下設備數量少且功耗也較低。

2.4 設備布置

靈北礦考慮其井下條件有限，因此在適當的節段改造成相應的硐室，該硐室的大小要求滿足能布置干選的流程設備，并且還要有能夠檢修的空間，根據礦井來料量和干選機的能力，考慮采用兩套干選并列布置的方式進行分選。硐室的大小寬約8 m，長約17 m，高度約10 m，布置下整個系統設備。

布置方式主要分為兩層，上層設備包括滾軸篩和智能干選機，下層為外運膠帶機，其中主要考慮矸石和精煤皮帶的走向問題，若平行走向，則需要溜槽傾斜布置，層高自然較高，若交叉布置相對高差要小。根據實際情況，本礦按照平行考慮，總高差約10 m(見圖1)。

3 結語

該煤矸石智能干選系統問世已經很多年，現在市場上應用較多，實踐效果很好，設備效率高，且運行穩定，有一定的市場前景。

其中在井下布置的成功案例已有多例，運行效果也比較好。總體來看，因為是井下，所以檢修方面比地面確實有一定的限制，但隨著干選技術的進步，未來還將有更適用更簡潔的井下布置，效果也將會更好。本次布置的設備分選下限可到30 mm，處理能力也滿足要求，安裝后會取得好的效果。