井下煤矸分離技術(shù)在含夾石煤層開采中的應(yīng)用

孫亮

[摘要]文章介紹了某礦業(yè)公司在 -350m 水平十五層二采區(qū)開采過程中，利用井下煤矸分離設(shè)備成功分離煤與夾石技術(shù)研究及使用效果，提出了井下實(shí)施煤矸分離的技術(shù)要點(diǎn)和技術(shù)措施，為含夾石煤層開采中采用煤與矸石分離的開采技術(shù)應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[關(guān)鍵詞]井下煤矸分離 設(shè)備 創(chuàng)新點(diǎn) 效益

[中圖分類號(hào)] P618.11 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-374-1

煤炭開采時(shí)，若煤中矸石含量較大，應(yīng)采用機(jī)械的方式，在井下預(yù)先清除矸石，這對(duì)于解放勞動(dòng)力，提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少環(huán)境污染等具有重要意義。

1煤層開采的地質(zhì)、技術(shù)條件

某礦煤層頂 板為 泥灰 巖，厚度 0. 24 ～0. 75m，平均 0. 53m，自然狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度 72. 91 ～94. 96MPa，平均 83. 99MPa，與間接頂板泥巖、粉砂巖可構(gòu)成穩(wěn)定至堅(jiān)硬頂板； 底板為深灰色粉砂巖、個(gè)別為粘土巖、細(xì)砂巖，自然狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度平均 71. 83MPa； 煤層厚度 1. 55m，煤層硬度 f = 1. 2，容重 1. 40t/m3，煤層中間含有一層 0. 40m 的煤矸石，硬度 f = 3，傾角 12°。

采區(qū)內(nèi)各工作面采用綜合機(jī)械化采煤，各采煤工作面均采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法開采。采煤機(jī)割煤，裝煤，刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，液壓支架支護(hù)頂板； 雙滾筒采煤機(jī)自開缺口，煤機(jī)采用端頭斜切進(jìn)刀方式。吃刀距離不小于 20m，采煤機(jī)上（ 下） 行割煤，往返一次進(jìn)兩刀，雙向割煤； 工作面月產(chǎn) 3. 5 ～5. 0 萬(wàn) t。

2煤矸分離常用方法

（1）人工手選：是用人眼看，用手從帶式輸送機(jī)上混合煤中撿出大塊矸石。其工作條件十分艱苦、效率低，易造成誤選、漏選，安全隱患大。

（2）水選：是用一種設(shè)備，利用煤與矸石的密度不同，靠水的浮力分離煤與矸石。其設(shè)備昂貴，工藝復(fù)雜，水資源浪費(fèi)和污染環(huán)境，所需場(chǎng)地大，煤泥水處理困難。

（3）風(fēng)選：也是用一種設(shè)備，利用煤與矸石的密度不同，靠風(fēng)的浮力分離出煤與矸石。其投資大、占地面積大外，灰塵污染環(huán)境，處理效果不理想。

（4）伽馬射線煤矸分選機(jī)：采用伽馬射線識(shí)別煤和矸石，根據(jù)伽馬射線在煤和矸石中的衰減量不同產(chǎn)生不同的電信號(hào)，通過電信號(hào)的反饋控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變矸石的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而達(dá)到煤矸分離的目的。其系統(tǒng)復(fù)雜，分選能力小，放射源存有輻射隱患，可靠性差，現(xiàn)場(chǎng)的原煤中經(jīng)常存有水或煤泥，使煤塊、矸石表面被煤泥遮住，造成識(shí)別上的困難。

（5）液壓式自動(dòng)分選技術(shù)：采用液壓分選回轉(zhuǎn)油缸，以液壓力為破碎力，利用煤和矸石的破碎力不同，將煤破碎而矸石不破碎的原理將煤和矸石分選出來(lái)。其系統(tǒng)復(fù)雜，分選能力小。

（6）選擇性破碎機(jī)：是利用煤與矸石的破碎力不同，通過直徑較大的圓筒帶起煤與矸石做自由落體運(yùn)動(dòng)，靠沖擊力破碎煤而矸石不碎。其體積大，功率大，破碎力不可調(diào)。

通過以上分析，上面幾種設(shè)備都不適用井下煤矸分離，因此必須重新開發(fā)一種新的設(shè)備以滿足生產(chǎn)需要。

根據(jù)該礦井下煤質(zhì)及巷道實(shí)際情況，礦課題組與中國(guó)礦大聯(lián)合設(shè)計(jì)研發(fā)了一種新型井下煤矸分離設(shè)備： MGF 井下煤矸分離設(shè)備。

3 MGF井下煤矸分離設(shè)備工作原理

混合煤通過帶式輸送機(jī)運(yùn)送到篩分設(shè)備，用篩分設(shè)備把小于 50mm 的混合煤分離到篩下進(jìn)入帶式輸送機(jī)，大于 50mm 混合煤，則進(jìn)入 MGF 井下煤矸分離設(shè)備中。在分離設(shè)備作用下，沖擊錘以事先設(shè)定好的速度，對(duì)煤矸打擊，使煤被打碎，而矸石不被打碎。被打碎的小于 50mm 的煤掉入篩下進(jìn)入帶式輸送機(jī)，大于50mm 的煤以及矸石則進(jìn)入第二級(jí)煤矸分離設(shè)備，按同樣原理，進(jìn)行第二次分離，最后篩上矸石進(jìn)入橫向帶式輸送機(jī)。

4主要技術(shù)參數(shù)及工藝流程

（1）系統(tǒng)型號(hào)： MGF -200。（2）處理粒度范圍： 0 ～200mm。（3）處理量： 200t/h。（4）電壓： 380/660V。（5）設(shè)備最大高度 2. 3m、寬度 3. 6m、長(zhǎng)度 5. 3m。（6）工藝流程（ 圖 1） 。（7）設(shè)備組成： 斜式帶式輸送機(jī) 1 臺(tái)，篩分設(shè)備 1臺(tái)，煤矸分離設(shè)備 2 臺(tái)，橫向帶式輸送機(jī) 1 臺(tái)，縱向帶式輸送機(jī) 1 臺(tái)。

5創(chuàng)新點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)

（1）井下煤矸分離： 能滿足井下空間小，維修不方便的條件，具有防爆功能。

（2）干式分離： 用干式分離，不用水，不用風(fēng)。

（3）抗磨擦、抗沖擊： 由于煤矸分離是通過煤矸分離設(shè)備的沖擊錘打擊煤矸，根據(jù)粒度大小分離煤矸的。因此，此設(shè)備應(yīng)具有抗摩擦、抗沖擊。

（4）擊碎力分析： 通過理論分析計(jì)算及試驗(yàn)，找出煤與矸石的破碎力及其規(guī)律。

（5）降低能耗，減少運(yùn)送量，有操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，抗惡劣環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)。

6煤矸破碎力分析

試驗(yàn)組人員在 - 350m 水平二采區(qū)做了煤矸破碎力分析試驗(yàn)，結(jié)果如下：1. 7m 距離以下的煤塊自由墜落所受到破碎力較小，破碎效果不理想，即無(wú)法利用硬度不同而實(shí)現(xiàn)煤矸分離。

2m 及 2m 以上距離煤塊自由墜落，對(duì)煤塊進(jìn)行了17 次試驗(yàn)，一次破碎率達(dá)到 82% ，二次破碎率達(dá)到100% 。對(duì)矸石進(jìn)行了 10 次試驗(yàn)，一次破碎率達(dá)到10% ，二次破碎率達(dá)到 20% ，三次破碎率達(dá)到 20% ，四次破碎率達(dá)到 40%。

從概率分布角度考慮，由于試驗(yàn)樣本較少加之人為誤差，不能確定實(shí)際的煤矸破碎率。但從現(xiàn)場(chǎng)考察的情況分析，十五層煤工作面上的煤矸具有相當(dāng)?shù)姆诌x可能性，通過調(diào)整設(shè)備達(dá)到了滿意的分選效果。

7經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）矸石運(yùn)到地面費(fèi)用具統(tǒng)計(jì)資料顯示，矸石運(yùn)送到地面運(yùn)費(fèi)為 33 ～ 36元/t，占地費(fèi)用為 26萬(wàn)元/畝。

（2）矸石井下分離費(fèi)用設(shè)備總功率 100kW，電費(fèi) 0. 5 元/kWh，設(shè)備處理量200t/h，人工費(fèi)用按100 元/8h 計(jì)算，則總計(jì)費(fèi)用為：100 （ kW） × 0. 5 （ 元 / kWh） /200 （ t / h） + 2 （ 人） ×100（ 元 /8h） /8（ h） /200（ t / h） = 0. 375 元 / t。

通過以上計(jì)算可知，僅直接費(fèi)用可節(jié)?。?5 - 0. 375 = 34. 625 元 / t。

8結(jié)論

在井下分離矸石，向采空區(qū)充填，可減少運(yùn)輸費(fèi)用、地面堆積土地占費(fèi)用、地表塌陷、環(huán)境治理等費(fèi)用，減少環(huán)境的污染，經(jīng)濟(jì)效益顯著。