煤炭加工與綜合利用No. 6, 2011COAL PROCESSING & COMPREHENSIVE UTILIZATTON39煤炭井下分選技術(shù)與裝備劉云霄，解京選(中國礦業(yè)大學化工學院，江蘇徐州221008)摘要:闡述了在煤礦井下構(gòu)建煤炭分選系統(tǒng)的必要性，分析了選擇性破碎工藝、干法選煤、重介質(zhì)排研、動篩跳汰機排矸和空氣脈動式跳汰機排矸幾種毛煤井下排矸技術(shù)裝備的特點及可行性，展望了開發(fā)完善煤礦井下選煤技術(shù)與裝備的前景。關(guān)鍵詞:煤炭;井下分選;技術(shù)裝備;必要性;前景中圖分類號: TD94文獻標識碼: A文章編號: 1005 -8397(2011 )06-0039-04井下排矸后,煤礦的實際運能可提高12%,噸煤1煤炭井下分選的必要性隨著采煤機械化程度不斷提高"，尤其是放運輸、提升的實際能耗也相應降低12%。其次，升井矸石量大幅減少，降低了地面選煤廠的負頂煤開采技術(shù)的廣泛應用，導致工作面斷層或煤荷,提高地面洗選效率的同時，使得地面選煤廠層頂、底板及夾矸大量混人煤流中,造成毛煤中矸石排放量下降，節(jié)約矸石堆放用地，保護生態(tài)可見矸石量增加。顯然，對于礦井提升系統(tǒng)來講環(huán)境。冉者，可對矸石在井下實現(xiàn)資源化利用。這部分矸石運輸屬無效運輸，不僅大大降低了礦將井下就地排出的矸石作為采空區(qū)問填材料，可井的實際產(chǎn)能，而且矸石與煤- -起運到選煤廠分以有效避免地面的塌陷;經(jīng)技術(shù)處理后，可置換選，會增加洗選負擔，增加無謂能耗和水(介)傳統(tǒng)技術(shù)不能回收的保安煤柱中的煤炭，達到提耗，加大企業(yè)成本。地面選煤廠排出的矸石還要高資源回收率、延長礦井服務年限的目的。矸石占用大量場地堆積存放，污染礦區(qū)甚至周邊城市經(jīng)粉碎后作為井下噴涂混凝土的骨料使用2-4),環(huán)境，影響生態(tài)，破壞景觀，危害居民身心健可降低巷道施工維護成本，節(jié)約大量開支?？怠Ｍ瑫r，矸石山還有發(fā)生爆炸或崩落事故的隱患，對礦區(qū)安全構(gòu)成嚴重威脅。因此，在煤礦井2毛煤井下排矸技術(shù)裝備基本要求下構(gòu)建煤與矸石分離工藝，就地排出毛煤中的大考慮到井下巷道高度和空間狹小的限制，構(gòu)塊可見矸石，可以產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟和社會效益。建井下排矸工藝設備系統(tǒng)時不能照搬地面選煤廠如果毛煤中大塊矸石含量以12%計算，則經(jīng)建設模式，需要在堅持高效分選的前提下，力求簡化工藝系統(tǒng)，優(yōu)化設備結(jié)構(gòu)，盡量減小占地面收稿日期: 201106-24作者簡介:劉云霄(1988-),男，河南鄲械人，中國礦業(yè)積和空間高度'5]。為保障井下生產(chǎn)安全,排矸系大學化工學院礦業(yè)工程專業(yè)2010級在讀碩士研究生，研究方向:統(tǒng)中各機械、電氣設備必須具備相應的防爆、隔礦物加工工程。爆、防靜電措施和等級,達到國家煤礦安全強制綜上所述，與原工藝相比，末煤TBS分選工[2] 焦紅光，諶倫建,鐵占縷細粒煤重選設備的技術(shù)現(xiàn)狀藝效果較好，具有精煤灰分低、精煤產(chǎn)率高、生與分析[].煤炭工程, 2006(1): 14-17.[3] 衛(wèi)中寬TBS引領(lǐng)選煤工藝跨越式發(fā)展[J]. 煤, 2007,產(chǎn)成本低等優(yōu)點。16(12): 23 -24.參考文獻[4] <選煤標準伸用手冊) 縮丟會誅世標準使用手冊[M]. 北中國煤化工[1] 聶倩倩，沈麗娟，陳建中，等粗煤泥分選設備及工藝IYHCNMHG探討[J].選煤技術(shù), 2007(5): 56 -59.40煤炭加工與綜合利用2011年第6期性標準的要求;井下惡劣的生產(chǎn)環(huán)境還要求設備破碎過程中的揚塵也會惡化井下巷道生產(chǎn)環(huán)境。具有良好的適應性和高可靠性。有條件的情況下3.2 干法選煤盡可能使設備具備自移式功能或采取模塊化配干法選煤不用水，系統(tǒng)簡單，投資省。目前置，以增加系統(tǒng)運轉(zhuǎn)調(diào)整的靈活性，從而在系統(tǒng)常用的復合式干選機、空氣重介質(zhì)流化床等千選出現(xiàn)故障時能隨時將其甩掉，保證礦井正常設備的分選粒度上限僅達100 mm,單位處理量生產(chǎn)。較小，而且對物料的外在水分有一定要求[8]。因此要想將其應用于毛煤井下排矸，就必須對設備3毛煤井 下排矸技術(shù)裝備性能加以研究改進，提高其分選粒度上限(至少地面選煤廠現(xiàn)有的選擇性破碎工藝、跳汰排達200 mm),放寬對外在水分的要求;同時還要矸、重介質(zhì)排矸等塊煤排矸方法，是構(gòu)建井下排在保證分選效果的前提下對主機結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改矸系統(tǒng)的基礎。通過對設備的研究創(chuàng)新,可以實進，以適應井巷峒室的空間環(huán)境條件。短期內(nèi)干現(xiàn)毛煤井下排矸的目標。法分選設備運用于煤礦井下煤矸石分離還不具備3.1 選擇性破碎工藝系統(tǒng).現(xiàn)實條件。根據(jù)煤與矸石的硬度差異，先利用破碎設備3.3重介質(zhì)排矸將煤擊碎，而矸石保持原有粒度，再用篩分設備重介質(zhì)選煤分選精度高。我國于20世紀90將煤與矸石分離。年代初從美國引進重介質(zhì)淺槽分選機，其分選粒英國利茲大學的L Wade教授研制了井下煤度上限達300 mm以上，且設備易操作、易維護、矸石分選機，并且已在Hay Royds煤礦進行工業(yè)分選效率高(9]。目前，該設備已逐漸廣泛應用于性試驗[61。該機包括彈性負載破碎機、原煤輸送地面選煤廠的塊煤排矸,但要將淺槽分選機運至，機、篩篦刮板機三部分。試驗運轉(zhuǎn)顯示，該分選井下，排除毛煤中的大塊矸石，面臨以下問題: .機能基本實現(xiàn)煤與矸石的分選，但仍存在如下問(1)必須用磁鐵礦粉配制成懸浮液作分選介題:由于煤和矸石塊度不同，所需的破碎力也不質(zhì)，需要有介質(zhì)凈化回收作業(yè)，因而工藝系統(tǒng)較同，彈性負載破碎機的彈簧參數(shù)設計比較困難;為復雜，設備臺數(shù)多，占地面積大，運行成本煤流中出現(xiàn)塊體重疊現(xiàn)象，導致矸石被破碎，影高響分離效果;不能實現(xiàn)恒壓運行，對分選效果影(2)介質(zhì)凈化回收流程復雜，在井下實現(xiàn)比響較大。較困難，而且回收作業(yè)很難保證分選機的分選密太原理工大學董長雙、姚平喜、劉志河[川研度時刻穩(wěn)定在1.8 g/cm3以上,從而影響矸石排制出了井下液壓式煤矸石分選試驗機。該機采用放純度，造成矸石中帶煤損失，浪費資源。液壓力作為選擇性破碎的動力源，其樂差式分選(3)國產(chǎn)淺槽分選機可靠性差，其排矸鏈輪、回轉(zhuǎn)油缸采用高、低壓腔分離技術(shù)，使用配油盤鏈板、滑道的免維護使用壽命遠低于國外設備,將液壓分選回轉(zhuǎn)油缸中的高壓油和低壓油分離開部件檢修更換頻繁，不僅影響排矸作業(yè)的有效運來，實現(xiàn)了破碎壓力可調(diào)，更好地強化了選擇性行時間，而且井下維護極不方便。破碎效果。但是整機結(jié)構(gòu)復雜，需要專門的排隊工藝布置占地面積大的弊端使得重介質(zhì)淺槽分機構(gòu)將煤塊逐一排隊送 至加壓分選問轉(zhuǎn)油缸下，選機排矸系統(tǒng)只能在具備井巷峒室土建施工條件的直接導致該機處理速度慢、生產(chǎn)能力小，阻礙了礦井采用。國內(nèi)引進淺槽重介質(zhì)分選機的使用情況從試驗機到實際工業(yè)應用機型的轉(zhuǎn)化。表明!0]，設備可靠性高，能連續(xù)、安全運轉(zhuǎn)，是大以選擇性破碎機為核心的選擇性破碎工藝裝型化、自動化的基礎;分選密度自動控制是獲得高備系統(tǒng)已經(jīng)很成熟，將其應用于煤礦井下的研創(chuàng)數(shù)量效率、提高分選效果的前提;全系統(tǒng)本質(zhì)安全,進展很快。但該系統(tǒng)只適合于對煤炭產(chǎn)品粒度無并能根據(jù)原煤中矸石含量調(diào)整排矸速度是最大限度特殊要求的礦井,對塊煤率要求高的情況下不宜提高設備中國煤化工揮高性能的保采用，這大大限制了其推廣范圍。另外，設備破證。由此,MYHi CNMHGI“應用于井下碎物料時可能產(chǎn)生電火花，增加井下安全隱患;排研,還需多方面的研究0。.2011年第6期劉云霄，等:煤炭井下分選技術(shù)與裝備41(1)研究耐磨材料及制造工藝，提高分選機二、三段下部設有排水口，動篩下部的煤泥水通易磨損部件的使用壽命;研究設備腔體結(jié)構(gòu)，以過排水口排入煤泥池。在第七段上部沒有溢流期在最大限度減少磨損上起到輔助作用。從而實口，超出設定水位的水通過此口溢流到外部水現(xiàn)設備連續(xù)、安全運轉(zhuǎn)。池。組合箱體還作為動篩體、刮板運輸機等的安(2)在保證設備高處理能力的條件下，優(yōu)化裝支撐體。地面重介質(zhì)淺槽分選機的整體結(jié)構(gòu),實現(xiàn)設備體刮板運輸機是將分離后的煤和矸石進行外送積的小型化，使單件最大體積不超過罐籠運輸?shù)牡脑O備，分為塊煤刮板運輸機和矸石刮板運輸允許尺寸。機。處于上層的輕物料(精煤)從溢流堰的上面經(jīng)(3)完善介質(zhì)凈化問收T藝，實現(xiàn)分選密度溜槽溜到塊煤刮板輸送機中,然后由塊煤刮板輸自動控制，保證合格分選密度。送機運出，進人后續(xù)設備;處于下層的重物料(4)達到地面重介質(zhì)淺槽分選機排矸的工作(矸石)從溢流堰的下面通過排矸輪排出，經(jīng)溜槽性能和技術(shù)經(jīng)濟指標。溜到矸石刮板機中,然后由矸石刮板機送出動篩目前新汶礦業(yè)集團濟陽煤礦、翟鎮(zhèn)煤礦已建跳汰機進人后續(xù)設備;同時，透篩細物料由槽體立并運用井下重介質(zhì)淺槽排矸系統(tǒng)。下面排料口經(jīng)溜槽進人塊煤刮板輸送機中排3.4動篩跳汰機排矸出4。動篩跳汰機主要用于塊煤排矸或動力煤分選新汶礦業(yè)集團協(xié)莊煤礦采用該種臥式動篩跳作業(yè)，分選粒度為25 ~300 mm粒級"。該機用汰機建立了井下煤矸石分離工藝系統(tǒng)。從投產(chǎn)最水量少，工藝系統(tǒng)簡單。動篩跳汰機分為液壓驅(qū)初4個月運行情況看，矸石分選率在96%以上,動和機械驅(qū)動兩種，前者以液壓作為動力源，需矸石帶煤率3%左右[4)。動篩跳汰機運行時物料要配備液壓系統(tǒng);后者利用機械傳動作動力源，和篩板在人料端- -起上下擺動，能耗較高。將地系統(tǒng)相對簡單，輔助裝置較少。因此機械驅(qū)動式面動篩跳汰機的提升輪改造為刮板輸送機后，其動篩跳汰機是-種較為理想的井下分選排矸裝脫水效果變差。置。常規(guī)動篩跳汰機倒錐形的箱體和立式提升輪3.5 空氣脈動式跳汰機排矸使設備高度很大，直接限制了它在空間狹小的井空氣脈動式跳汰機入料粒度范圍寬，處理能下巷道內(nèi)組織生產(chǎn)(12)。遼寧天安礦山機械科技力大，分選效率高,操作維修比較方便，可靠性有限公司設計了井下臥式動篩跳汰機(13]高,工藝系統(tǒng)較重介質(zhì)選煤簡單。井下臥式動篩跳汰機保留了地面機械驅(qū)動式于2000年開始推廣的YT跳汰機具有將篩下動篩跳汰機的核心技術(shù)，即動篩體、機械驅(qū)動機與篩側(cè)空氣室結(jié)合在一起形成的復合空氣室結(jié)構(gòu)和自動排矸裝置，而其余結(jié)構(gòu)根據(jù)井下峒室的構(gòu)，能夠降低脈動風源的風壓，有效減緩后續(xù)上需要，改進為-個長條形的機體和刮板式提升脫升水流的衰減，使得水流縱向和橫向脈動均勻,水機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)技術(shù)要點是:動篩體溢流堰高度吸啜適中，透篩損失小，同時摒除了篩下空氣室可調(diào);物料提升機構(gòu)采用并列布置的塊煤刮板運跳汰機機體高的缺點15,16]。單段YT跳汰機的篩輸機和矸石刮板運輸機，其機尾位于箱體底端，板傾角不小于10°，增大了入料端和排料端的高機身傾斜安裝，直至機頭高出水面，各刮板運輸度差。表層水流遠超出床層上表面,分層后的精機的兩側(cè)設置擋料裙板，動篩體與兩臺刮板運輸煤不只靠橫向水流輸送，而是依靠人料端和出料機之間分別通過矸石溜槽、塊煤溜槽、透篩物溜端落差以及床層脈動從人料端向排料端移動，因槽過渡銜接，各溜槽的下出口分別對應刮板運輸而精煤也從料道排出。溢流口和精煤排料口分機的兩側(cè)擋料裙板內(nèi)。開,溢流口能排出木塊和塑料等漂浮物。篩下透井下動篩跳汰機的組合箱體沿支架斜面由若篩產(chǎn)物與重產(chǎn)物分別排出，透篩物混人精煤，提干段梯次組成，主要用于盛放洗水。各段間加密高了同收率[1中國煤化工勾能夠減小封膠條，由螺栓連接。在第一段端面設有檢修設備空間體積YHCNMHGA和單位面口，檢修人員通過此口可進人動篩下部。在第積處理量，也減少了循環(huán)水用量。42煤炭加工與綜合利用2011年第6期冀中能源邢東礦毛煤井下跳汰排矸系統(tǒng)采用高效煤泥沉降、脫水回收和洗水澄清等設備;1臺YTQG -2S柔性空氣室跳汰機。該機用柔性(3)開展煤矸石資源化利用技術(shù)與裝備研究,空氣室取代YT跳汰機的復合空氣室。柔性空氣形成資源化利用產(chǎn)業(yè)鏈，例如研究開發(fā)高效的矸室f9]是由柔性材料制成的氣囊,通過氣糞進、石回填技術(shù)裝置，開發(fā)煤矸石共伴生礦物的回收排氣時的膨脹和扁縮獲得橫、縱方向都均勻、平技術(shù)與裝備。穩(wěn)的脈動水流。由于空氣不與水直接接觸,所以能避免排氣管排風帶水，有效保護風閥系統(tǒng)在潔參考文獻凈的環(huán)境下工作，提高設備的穩(wěn)定性。該機跳汰[1] 張東開，徐金海.礦井高產(chǎn)高效開采模式及新技術(shù)面積2 m',體積小;處理量60~120 th。跳汰[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社, 2003.分選所得輕、重產(chǎn)物進入1臺斗式提升機脫水,2] 韓兆來，李守洪，楊列勝.矸石回填采空區(qū)技術(shù)與應用并輸送至后續(xù)設備。斗式提升機各鏈斗中間用鋼[J].山東煤炭科技，2008(5): 21-22.板隔開，便于分別承接料道排出的輕、重產(chǎn)物。3]王貫東， 董鳳寶、翟鎮(zhèn)煤礦綜采面高效機械化充填開采技術(shù)及應用[J].煤炭科學技術(shù)，2008(1): 15-16.斗式提升機的各段弧度適宜,組裝完成所得整機4] 孫華璋，付振峰煤礦以矸換煤技術(shù)研究與應用[J].可在需要處彎曲較大角度，在達到與地上選煤廠山東煤炭科技，2007(5): 27-28. .垂直斗式提升機同樣脫水效果的情況下，能隨巷5] 楊俊利、發(fā)展煤礦井下選煤技術(shù)與裝備的思考[J].選道高度進行彎曲，因此適宜在井巷低矮空間環(huán)境煤技術(shù)，2010(1): 53-54.6]豐建榮. 煤和矸石井下破碎分選理論及實驗研究[D].里布置安裝。太原理T.大學，2006.4井下煤炭分選技術(shù)裝 備的發(fā)展前景[7] 董長雙,姚平喜，劉志河.井下煤和矸石液壓式自動分選技術(shù)[J].煤炭科學技術(shù)，2007, 35(3): 54-56.目前，國內(nèi)外對井下選煤技術(shù)與設備的研究8] 謝廣元，等.選礦學[M]. 徐州:中國礦業(yè)大學出版開發(fā)相對較少。國內(nèi)已建成或建設中的井下煤炭社，200.分選系統(tǒng)還只限于對毛煤中塊矸(一般大于509] 梁金剛，趙環(huán)帥，何建新.國內(nèi)外選煤技術(shù)與裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 選煤技術(shù)，2008(1): 60-64.mm粒級)的預排除，煤炭井下全粒級分選工藝[10]中國煤炭加工利用協(xié)會. 井下重介淺槽分選機的研制與裝備還需在現(xiàn)有工作基礎上進行更深人研究。OL ]. http: //wenku. baidu. comn/ view/80e798d分析表明，單段空氣脈動式跳汰機、井下動184254b35eefd34ef. html.篩跳汰機和選擇性破碎機已是比較成熟的井下毛[1]于爾鐵. 動篩跳汰機在我國的應用現(xiàn)狀與展望[J].煤煤分選技術(shù)裝備,在實際運用中也獲得了相應的質(zhì)技術(shù)，2006(4): 1-6.效果。如果對它們在工程實踐中暴露出的缺陷做[12] 焦紅光，惠兵，竇阿濤，等.關(guān)于毛煤井下動篩排矸工藝的探討[J]. 選煤技術(shù)，2009(4): 61 -64.相應的優(yōu)化改進，則以這些設備為分選主機的井[13]遼寧天安礦山機械科技有限公司、 井下機槭動篩跳汰機下排矸工藝即可實現(xiàn)令人滿意的效果，并作為完[P].中國發(fā)明專利: 200810230350, 2009 -07 -22.善的系統(tǒng)加以推廣。[14] 王維,薛德強.煤礦井下原煤煤矸分離工藝配套技術(shù)要做到煤炭井下全粒級高精度分選，把選煤研究[J].山東煤炭科技, 2009(6): 80-82.廠“搬到”井下，實現(xiàn)將采煤與選煤兩大專業(yè)技[15] 戴少康.選煤工藝設計實用技術(shù)手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2010.術(shù)在煤礦井下有機結(jié)合，融為一體,還需做更深[16] 姚昆亮，郭慶文，吳鼓勇. YT型跳汰機的科技創(chuàng)新與人的研究開發(fā)。從現(xiàn)有的技術(shù)設備看,空氣脈動推廣應用[J]. 煤，2006(3): 77-78.式跳汰機、淺槽重介質(zhì)分選機、空氣重介質(zhì)流化[17]唐山易通科技開發(fā)有限公司 一種跳汰排矸洗煤方法及床分選機等都具備很大的研創(chuàng)價值,以它們?yōu)榛彭诽瓩C[P].中國發(fā)明專利: 20610066987, 2006礎做進--步的研究創(chuàng)新可以作為--個努力方向。-08-16.[18]唐山 易通科技開發(fā)有限公司.一種有獨立排矸道的排矸同時，還要做好以下幾方面的工作:跳汰機及其選煤方法[P].中國發(fā)明專利:(1)根據(jù)礦井特點,繼續(xù)研制開發(fā)井下選煤成中國煤化工套技術(shù)與設備,設計適應井下環(huán)境的生產(chǎn)工藝;[19] 姚HCNMH方法[P].中國發(fā)(2)注意配套研究發(fā)展關(guān)鍵的輔助設備，如明專利: 200910127782, 2009-08 -19..