適用于井下排矸的幾種分選方法簡介

張舒潔

（中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，陜西 西安710075）

從我國能源發(fā)展趨勢看，煤炭仍是我國的主體能源，是保障能源安全的基石，煤炭工業(yè)發(fā)展面臨諸多機(jī)遇。根據(jù)加快建設(shè)綠色礦山的實(shí)施意見，要“區(qū)別情況、分類指導(dǎo)，對于新建礦山，要求按照綠色礦山標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運(yùn)營管理；對于生產(chǎn)礦山，要求結(jié)合實(shí)際，區(qū)別情況，積極推動升級改造，逐步達(dá)標(biāo)”?！熬G色”思維要貫穿于整個煤礦開采及生產(chǎn)全過程，隨著綠色開采、以煤換矸思維的創(chuàng)新與延伸，以及潔凈煤技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，井下選煤也就應(yīng)運(yùn)而生。

井下選煤嚴(yán)格意義上講應(yīng)該叫做井下排矸，受井下硐室大小、井工作業(yè)條件限制，目前還只能做到簡單意義上的排矸，并沒有達(dá)到真正意義上的洗選。隨著機(jī)械化采煤技術(shù)和放頂煤開采技術(shù)的應(yīng)用，原煤矸石含量高，為后續(xù)地面洗選帶來不便。井下排矸避免了矸石提升，有效減少了原煤中的含矸率，減少了提升能耗和無效的地面運(yùn)輸，井下矸石井下填充，復(fù)合綠色開采政策導(dǎo)向，可以有效控制采空區(qū)地面沉陷，減少耕地?fù)p毀，節(jié)約企業(yè)成本[1]。

1 井下排矸特點(diǎn)

由于井下環(huán)境惡劣，空氣濕度大，空氣中雜質(zhì)和CO2、NO、NO2、SO2等氣體含量高，使得井下排矸具有以下特點(diǎn)：（1）井下工作空間有限，設(shè)備大小及布置方式局限性大。（2）井下工作環(huán)境惡劣，要求更高的自動化和智能化，以便減少人的參與。（3）井工環(huán)境潮濕陰暗，會對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕等損壞，對設(shè)備材質(zhì)和強(qiáng)度要求高。（4）井下煤泥水處理和粉塵處理難度大。（5）采煤和排矸需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)，保證開采、排矸和回填各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)行。比如排矸量大，回填工作未協(xié)調(diào)好，導(dǎo)致矸石無處堆放；排矸量小，導(dǎo)致回填工作無法繼續(xù)進(jìn)行。因此，需要三個環(huán)節(jié)的協(xié)同工作。

2 井下排矸方法

隨著我國綜合國力的提升，國家政策的支持，如增加煤炭入洗率，加快供給側(cè)改革，實(shí)現(xiàn)綠色煤炭資源，推進(jìn)綠色、安全、高效煤炭進(jìn)程等，選煤技術(shù)大力發(fā)展，分選設(shè)備也日益成熟，部分裝備已達(dá)到國際先進(jìn)水平。但地面生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)有的選煤方法并不完全能夠適應(yīng)井下的工作條件，需要“因地制宜， 因材施教”。

2.1 人工手選

人利用肉眼辨別矸石，從皮帶兩側(cè)將矸石及廢物揀出，手選是靠人持續(xù)、機(jī)械式的勞動，受人為因素影響，經(jīng)常會出現(xiàn)疲憊和疏忽，且井下工作環(huán)境惡劣，分選效率和精度低，生產(chǎn)成本高，不合適大型礦井的生產(chǎn)要求。

2.2 選擇性破碎

根據(jù)煤和矸石硬度差別，利用相同沖擊破碎環(huán)境下煤易碎而矸石不易破碎的原理，過篩后實(shí)現(xiàn)煤和矸石分離，選擇性破碎工藝簡單，但設(shè)備體積龐大，代表設(shè)備有滾筒碎選機(jī)、選擇性破碎機(jī)、彈性附在破碎機(jī)等，其分選精度低，處理能力小，矸石帶煤率高，僅適用于對塊度要求低的小型礦井。

2.3 射線分選

目前市場上的射線智能分選設(shè)備分為γ 射線智能分選設(shè)備和X 射線智能分選設(shè)備兩種，其原理都是由于煤和矸石所含元素和分子結(jié)構(gòu)的不同，對射線吸收量不同，剩余能量也截然不同，同時利用圖像識別技術(shù)，進(jìn)而將煤和矸石區(qū)分開來[2]。兩種射線分選識別原理相似，但射線的產(chǎn)生原理不同。γ 射線是原子核裂變形成的天然射線源，其半衰期長達(dá)432 年，其輻射劑量大，對人體健康危害性大；而X 射線是由高速運(yùn)動的電子撞擊靶面形成的，受電源控制，電源關(guān)閉，X 射線也隨之消失。

射線分選的共同特點(diǎn)就是不用水，大大簡化了分選工藝流程，系統(tǒng)簡潔所需的布置空間小，占地面積小，智能化程度高，建設(shè)工期短，適用的煤種范圍廣，易于調(diào)整預(yù)設(shè)參數(shù)，對原煤水分沒有要求。γ 射線智能分選設(shè)備適合分選粒度范圍為30～200mm，分揀后矸石中純煤含量約1%，一次性選凈率約90%以上。X 射線智能分選設(shè)備分選粒度范圍為25～300mm，矸石帶煤率和煤帶矸石率均在1-3%。目前，X 射線智能分選設(shè)備有用于井下排矸的案例，宣傳力度較大，如山東東山王樓煤礦應(yīng)用TDS 智能分選設(shè)備實(shí)現(xiàn)+50mm 塊煤預(yù)排矸。

2.4 跳汰分選

跳汰分選是是指物料在垂直上升的變速介質(zhì)流中，按密度差異進(jìn)行分選的過程。物料在粒度和形狀上的差異，對分選結(jié)果有一定的影響。常用的設(shè)備有動篩跳汰機(jī)和空氣脈動跳汰機(jī)。動篩跳汰機(jī)中水流不脈動，動篩上升時，顆粒相對于篩板沒有相對運(yùn)動；而水介質(zhì)相對于顆粒是向下運(yùn)動的，動篩下降時由于水介質(zhì)的阻力作用，形成性對于動篩的上升流，顆粒在水介質(zhì)中做干涉沉降，按密度實(shí)現(xiàn)分層，動篩跳汰機(jī)的分選粒度范圍一般是300～25mm，循環(huán)水用量為10～20m3/（m2·h），用水量小，對原煤適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)成本低。動篩跳汰機(jī)按照動動裝置可分為機(jī)械驅(qū)動和液壓驅(qū)動兩種，由于井下工作環(huán)境限制，宜選擇機(jī)械驅(qū)動式動篩跳汰機(jī)。如內(nèi)蒙古李家塔礦井采用動篩跳汰機(jī)實(shí)現(xiàn)+50mm 塊煤井下排矸。

定篩跳汰機(jī)篩板是固定的，水流是有周期性的脈動的，目前常用的是空氣脈動跳汰機(jī)?？諝饷}動跳汰機(jī)則是利用壓縮空氣使水介質(zhì)形成垂直脈動水流，進(jìn)而輕重物料分離。分選粒度范圍一般是0～120mm/25～200mm，處理量大，用水量為2～3.5m3/t，用水量較大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)靈活。分選效率和分選精度易受煤質(zhì)、循環(huán)水煤泥含量和橫向流特性的影響，通常適用于分選易選煤，分選精度較重介質(zhì)分選精度低[1]。定篩跳汰機(jī)目前也有專門針對井下條件開發(fā)的井下排矸跳汰系統(tǒng)和成套設(shè)備，為井下排矸提供了極大的便利。楊康等使用空氣跳汰機(jī)在冀中能源邢東礦井成功對30～200mm 塊煤進(jìn)行了井下排矸[3]。

2.5 重介淺槽分選

重介淺槽分選原理是利用精確配置密度的重介質(zhì)懸浮液來實(shí)現(xiàn)輕重產(chǎn)物的分離，煤的密度小上浮并隨流動介質(zhì)越過溢流堰，成為精煤；矸石的密度大下沉成為重產(chǎn)物，由分選槽底部的鏈刮板運(yùn)出成為矸石[2]。通常淺槽的有效分選粒度范圍為13-200mm，個別情況下粒度下限可低至6mm，分選上限可達(dá)300mm，其分選精度高，處理能力大，但需要配套煤泥水系統(tǒng)及介質(zhì)回收系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜，投資成本較高。由于高密度懸浮液難以配置，故難以實(shí)現(xiàn)高密度排矸。目前，有應(yīng)用于井下排矸的案例，如濟(jì)陽煤礦和翟鎮(zhèn)煤礦井下采用重介淺槽實(shí)現(xiàn)25～～300mm塊煤排矸，先后建成并投入使用[5]。

2.6 干法分選

干選是以空氣為分選介質(zhì)，在氣流作用下使固體廢物顆粒按密度和粒度差異進(jìn)行分選的一種方法。分選粒度為6-100mm，不需要用水，適宜于高寒缺水地方，適宜于易泥化煤、易選煤，投資成本低。我國獨(dú)創(chuàng)的復(fù)合式干法選煤設(shè)備在分選精度、自動化水平及環(huán)保效果等方面已取得了很大的進(jìn)步。處理能力10～1000t/h，能夠滿足不同規(guī)模需求，也陸續(xù)建設(shè)了一大批示范項(xiàng)目[5]，為井下排矸擴(kuò)大了選擇范圍。

3 結(jié)論

井下排矸目前還處于發(fā)展探索階段，分選方法各有利弊，但主要局限于塊煤排矸，針對末煤分選還沒有合適的方法。選擇哪種分選方法，需要結(jié)合井下條件、煤質(zhì)情況、生產(chǎn)規(guī)模和工藝需求綜合選取。選擇適合礦井煤質(zhì)，滿足工藝需求，選擇能夠協(xié)調(diào)開采、排矸和回填三個環(huán)節(jié)的工藝，力求布置簡潔，工藝可靠，能夠保證在井下安全分選，可靠高效運(yùn)行，此即為合適的方法。井下排矸對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、煤炭行業(yè)乃至社會的發(fā)展有著重要意義，適宜井下選煤設(shè)備的自動化、智能化，無人值守化，以及對井工條件的適應(yīng)性將是不懈追求的方向。