篩混煤煤質(zhì)提升關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)踐

達(dá)立輝，王 明

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺(tái) 054000）

1 概況

邢東礦位于主城區(qū)周邊，地面不能建設(shè)矸石山，且井田范圍內(nèi)有大小村莊11 個(gè)，村莊及工業(yè)廣場(chǎng)煤柱壓煤量占全礦井儲(chǔ)量的87%，礦井?dāng)鄬渝e(cuò)綜復(fù)雜，達(dá)340 條，生產(chǎn)系統(tǒng)地質(zhì)條件復(fù)雜、受9 號(hào)煤層底板奧灰水威脅以及政府環(huán)保高強(qiáng)度高頻次監(jiān)管等因素嚴(yán)重制約著礦井可持續(xù)發(fā)展。

目前，礦井篩混煤煤質(zhì)管理采用井下洗煤系統(tǒng)提升，原煤直接在井下洗煤系統(tǒng)洗選排矸，實(shí)現(xiàn)雜物去除、矸石篩除、煤質(zhì)提升。近年來(lái)，邢東礦隨著生產(chǎn)年限的不斷延長(zhǎng)，開(kāi)采煤量逐年減少，生產(chǎn)戰(zhàn)線持續(xù)擴(kuò)延，開(kāi)采條件逐漸變差，2019 年底生產(chǎn)出的原煤經(jīng)過(guò)井下洗煤系統(tǒng)，篩混煤灰分躍升至33%，居高不下，資源少、斷層多、煤質(zhì)差已經(jīng)成為制約礦井經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素。

2 工藝研究

為有效降低篩混煤灰分，提升礦井經(jīng)濟(jì)效益，篩混煤煤質(zhì)提升可從2 方面入手，一是對(duì)洗煤系統(tǒng)升級(jí)，擴(kuò)大原煤中煤矸粒徑篩選范圍，對(duì)系統(tǒng)排矸能力再提升；二是從入洗原煤抓起，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)管理、精準(zhǔn)調(diào)度，分倉(cāng)分運(yùn)以及矸石充填處理，提升入洗原煤煤質(zhì)。

2.1 洗煤系統(tǒng)正弦篩升級(jí)

該礦現(xiàn)有的正弦篩，可實(shí)現(xiàn)對(duì)原煤粒徑大于30 mm 以上煤（矸）塊有效分離，φ30 mm 以下末煤，以及經(jīng)過(guò)二部破碎機(jī)產(chǎn)生的粉末煤，直接進(jìn)入篩混煤中，降低了篩混煤煤質(zhì)。

為提升煤質(zhì)，提高預(yù)排矸正弦篩效率，對(duì)預(yù)排矸正弦篩進(jìn)行升級(jí)改造，改造的設(shè)備為主暗斜井第一部皮帶機(jī)頭及第二部破碎機(jī)下2 部正弦篩（圖1），篩縫由30 mm 改造為20 mm。升級(jí)前篩出矸（煤）塊率為20%，升級(jí)后篩塊率達(dá)到為26%，篩出的煤矸比例為3:2，系統(tǒng)排矸（煤）塊能力提升6%,系統(tǒng)降灰能力2%～3%（圖2）。

圖1 升級(jí)后的正弦篩Fig.1 Upgraded sine screen

圖2 正弦篩升級(jí)改造前后篩上物對(duì)比情況Fig.2 Comparison of sieve objects before and after upgrading of sine sieve

2.2 原煤煤質(zhì)提升

2.2.1 加大采掘頭面煤質(zhì)管理

建立健全礦井煤質(zhì)管理體系,從源頭上提高原煤煤質(zhì)，全過(guò)程管控煤質(zhì)。煤質(zhì)巡查員要深入生產(chǎn)一線，三班不定期檢查，超前謀劃。采掘工作面堅(jiān)持少割頂、底砟，采掘頭面過(guò)地質(zhì)特殊構(gòu)造帶處，通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)煤質(zhì)情況、斷層分析，制定專項(xiàng)措施干預(yù)（如放震動(dòng)炮），降低原煤含矸率，提升原煤成塊率。

2.2.2 煤矸實(shí)行分倉(cāng)分運(yùn)管理

為處理在不宜設(shè)置充填巷區(qū)域范圍內(nèi)的矸石，利用井下煤倉(cāng)、矸石倉(cāng)，實(shí)行煤矸分倉(cāng)分運(yùn)。煤矸分倉(cāng)分運(yùn)工藝，通過(guò)礦井調(diào)度指揮中心，協(xié)調(diào)各采掘工作面出煤（砟）時(shí)間，各頭面產(chǎn)生的矸石利用現(xiàn)有煤倉(cāng)緩沖，實(shí)現(xiàn)矸石不進(jìn)煤流，做到煤矸分離。為保證矸石不經(jīng)過(guò)洗煤系統(tǒng)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了運(yùn)矸聯(lián)巷，讓矸石直接進(jìn)入礦井矸石倉(cāng)，從而提高篩混煤煤質(zhì)。

2.2.3 全面采用矸石充填技術(shù)

通過(guò)地質(zhì)資料認(rèn)真分析-760 運(yùn)矸巷、1100 集中運(yùn)料配巷、1100 集中運(yùn)輸配巷、矸石倉(cāng)繞道、11233 運(yùn)輸巷等巷道巖巷工程量，對(duì)所在的采區(qū)邊角煤情況認(rèn)真分析研究，確定合理矸石充填方案。針對(duì)巖巷工程施工區(qū)域，設(shè)計(jì)局部矸石充填巷（圖3）。

圖3 矸石充填巷Fig.3 Gangue filling roadway

針對(duì)1100 南部采區(qū)的巖巷矸石量情況，設(shè)計(jì)了1100 南部采區(qū)充填巷，充填巷道近2 600 m，處理矸石近10 萬(wàn)t；針對(duì)-760 運(yùn)矸巷的矸石量情況，設(shè)計(jì)了1100 東翼矸石充填巷，充填巷道近1 500 m，處理矸石近6 萬(wàn)t；針對(duì)大巷以及零散整修的矸石，又在回風(fēng)斜井設(shè)計(jì)了矸石充填巷，充填巷道近3 000 m，處理矸石近12 萬(wàn)t。

針對(duì)條帶開(kāi)采遺留下來(lái)的孤島煤柱，為避免再次開(kāi)采造成的地表下沉，全面推行工作面矸石充填（圖4），以此解決地表下沉和礦井大量洗選矸石，大幅提升矸石充填效率，既保證了矸石處理能力，又有效降低了開(kāi)采成本（與超高水充填相比）。面對(duì)洗選系統(tǒng)產(chǎn)生大量的矸石，該礦設(shè)計(jì)了12212、12214、11233、11235 等多個(gè)矸石充填工作面，保證礦井洗選矸石及分倉(cāng)分運(yùn)矸石的高效充填。截止目前，矸石充填工作面累計(jì)處理矸石達(dá)到近80 萬(wàn)t，矸石充填工作面月處理矸石能力達(dá)到6 萬(wàn)t 的水平，為篩混煤煤質(zhì)的持續(xù)提升提供了可靠保證。

圖4 矸石充填工作面Fig.4 Gangue filling working face

3 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

洗煤系統(tǒng)預(yù)排矸正弦篩改造投入資金130 萬(wàn)，2020 年篩混煤計(jì)劃109 萬(wàn)t，煤質(zhì)預(yù)計(jì)為32%。通過(guò)篩混煤煤質(zhì)提升的多項(xiàng)措施，煤質(zhì)提升到29.15%，灰分降低2%～3%，增加經(jīng)濟(jì)效益1 500萬(wàn)元。全年掘進(jìn)充填巷道1 300 m，解放煤炭資源4 萬(wàn)t，為礦井產(chǎn)生效益1 200 元，同時(shí)還延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，緩解了礦井采掘接替緊張的局面。礦井原煤含矸量在15%左右，通過(guò)井下矸石充填處理，全年主井減少提升矸石17 萬(wàn)t，主井電費(fèi)可節(jié)約20 萬(wàn)元。

3.2 社會(huì)效益

矸石在井下直接回填，減輕煤炭開(kāi)采對(duì)地表建（構(gòu)）筑物、地表河流和地下水等影響，并減少耕地良田占用和礦區(qū)村莊搬遷，保護(hù)和改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)礦井生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，取得一定的社會(huì)效益。通過(guò)提高篩混煤質(zhì)量，降低了在地面洗選加工過(guò)程中造成的環(huán)境污染，為礦井可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了良好的發(fā)展環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，對(duì)煤礦綠色開(kāi)采要求更高，篩混煤煤質(zhì)提升關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)踐及應(yīng)用，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高煤質(zhì)、解放煤炭資源方面有顯著效果。預(yù)排矸正弦篩篩縫由30 mm 升級(jí)改造為20 mm，井下洗煤工藝達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。礦井巷道矸石充填和工作面矸石充填不僅與國(guó)家消滅矸石山環(huán)保政策高度一致，還有效遏制了地表塌陷、采空區(qū)自燃、沖擊地壓以及底板奧灰水突水等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)今后類似礦井矸石的處理、煤質(zhì)的提升都有重要的技術(shù)指導(dǎo)意義。同時(shí)，在邢東礦以及其它礦井邊角煤回收、孤島煤柱開(kāi)采以及建下開(kāi)采等方面具有良好的推廣應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值。