智 力

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司官地煤礦，山西 太原 030022）

官地礦隸屬于山西焦煤集團(tuán)西山煤電公司，礦井核定產(chǎn)能3.9 Mt/a。礦井每年矸石排放量為120萬(wàn)t 左右，受矸石處理費(fèi)及場(chǎng)地影響，矸石排放已經(jīng)成為制約全礦發(fā)展的瓶頸。目前官地礦地面建有一座設(shè)計(jì)規(guī)模為3.0 Mt/a 的洗煤廠，采用動(dòng)篩排矸系統(tǒng)，存在故障率高、穩(wěn)定性差、分選精度低、維護(hù)成本高等一系列缺點(diǎn)，需要建設(shè)井下選矸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井下矸石回填不外排，解決制約礦井發(fā)展的矸石排放問(wèn)題。

1 井下煤矸分選工藝分析選擇

1.1 井下跳汰工藝

機(jī)械動(dòng)篩跳汰機(jī)是以水為介質(zhì)，通過(guò)動(dòng)篩體將物料床層松散、揚(yáng)起、沉降實(shí)現(xiàn)煤矸分離的，其分選粒度范圍在300～50 mm，洗矸中帶煤量在5%～9%，設(shè)備事故率較高，需要經(jīng)常維修維護(hù)。動(dòng)篩排矸系統(tǒng)在井下需要用水，整個(gè)工藝系統(tǒng)較為復(fù)雜，巷道工程量也比較大[1-2]。從目前應(yīng)用情況看，動(dòng)篩跳汰工藝不適于在井下推廣使用。

1.2 井下重介淺槽工藝

重介淺槽分選機(jī)是利用阿基米德原理對(duì)煤炭進(jìn)行分選的設(shè)備。由于懸浮液比重大于水（稱為重介質(zhì)），而且可以根據(jù)不同要求的煤質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，井下淺槽排矸系統(tǒng)復(fù)雜，體積龐大，需要用水和重介質(zhì)，重介質(zhì)需要從地面運(yùn)輸至井下，整個(gè)系統(tǒng)需要消耗大量水和介質(zhì)，運(yùn)行維護(hù)工作量大，運(yùn)營(yíng)成本較高。

1.3 井下TDS 智能干選預(yù)排矸工藝

TDS 智能干選系統(tǒng)，其原理通過(guò)X 射線和圖像識(shí)別技術(shù)，針對(duì)不同的煤質(zhì)特征建立與之相適應(yīng)的分析模型，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，對(duì)煤與矸石進(jìn)行數(shù)字化識(shí)別，最終通過(guò)智能排矸系統(tǒng)將矸石排出。目前該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于地面洗煤廠和井下原煤系統(tǒng)排矸，可實(shí)現(xiàn)對(duì)塊原煤無(wú)水干法分選，矸石帶煤率小于3%，分選精度接近淺槽，遠(yuǎn)高于動(dòng)篩、跳汰及其他干選設(shè)備。該設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不用水，無(wú)需介質(zhì)處理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，設(shè)備外形為長(zhǎng)條狀，有利于在井下布置。

TDS 智能干選系統(tǒng)主要包括給料、布料、識(shí)別、執(zhí)行幾大主要系統(tǒng)，以及供風(fēng)、除塵、配電、控制等輔助系統(tǒng)，其設(shè)備布置如圖1。

圖1 TDS 智能干選機(jī)設(shè)備圖（mm）

通過(guò)對(duì)井下TDS 智能排矸工藝與其他排矸工藝的比較分析，結(jié)合礦井生產(chǎn)實(shí)際情況，選擇井下建立TDS 智能干選系統(tǒng)較為合理，可有效地促進(jìn)礦井生產(chǎn)，提升礦井產(chǎn)能，能夠提高原煤品質(zhì)，提升經(jīng)濟(jì)效益。

2 井下充填工藝分析選擇

2.1 原矸架后綜合機(jī)械化充填開(kāi)采技術(shù)

該技術(shù)是將井下或地面矸石或其他固體廢棄物破碎成符合充填要求的粒徑，運(yùn)輸至采空區(qū)進(jìn)行充填。該充填工藝根據(jù)輸料方式為：采用帶式輸送機(jī)配合多孔底卸式刮板輸送機(jī)輸送技術(shù)，即把矸石通過(guò)運(yùn)矸帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載至充填支架下方的多孔底卸式刮板輸送機(jī)，通過(guò)卸料孔卸至采空區(qū)[3-4]，如圖2。

圖2 原矸架后綜合機(jī)械化充填開(kāi)采技術(shù)

2.2 巷式充填（連采連充）

巷式充填采煤是在傳統(tǒng)采煤法生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)綜掘機(jī)開(kāi)掘工作面兩巷之間的聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行掘巷采煤，聯(lián)絡(luò)巷貫通后利用矸石充填，同時(shí)掘進(jìn)另外一條聯(lián)絡(luò)巷，實(shí)現(xiàn)“掘巷采煤，逐巷充填”的充填開(kāi)采方法。該技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投資低、效率高、覆巖移動(dòng)控制效果好等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于矸石充填置換邊角煤。

2.3 膏體風(fēng)動(dòng)輸送矸石充填

風(fēng)力泵送矸石充填是利用風(fēng)力輸送裝置，將破碎至一定粒度后的固體廢物膏體通過(guò)風(fēng)力輸送管路輸送至工作面架后采空區(qū)實(shí)現(xiàn)充填。風(fēng)力輸送系統(tǒng)采用正壓輸送方式，物料從上游輸送機(jī)等輸送系統(tǒng)落入供料單元及管道中，利用壓縮空氣作為動(dòng)力來(lái)源，將輸送物沿管路輸送到目的區(qū)域，達(dá)到輸送要求。

2.4 矸石充填方案對(duì)比

通過(guò)對(duì)三種充填方案進(jìn)行效率、成本、技術(shù)可行性對(duì)比，見(jiàn)表1，充填方案一在充填效率、成本及技術(shù)可行性上均有較大優(yōu)勢(shì)，選用該方案作為井下矸石智能分選系統(tǒng)選后矸石處理方式。

表1 矸石充填方案對(duì)比

3 井下矸石智能分選位置

井下TDS 智能干選機(jī)可布置在礦井主運(yùn)系統(tǒng)、采區(qū)集中運(yùn)輸系統(tǒng)、工作面順槽或端頭。結(jié)合官地礦井現(xiàn)有情況，在井下年排矸量相同的情況下，同時(shí)秉著集中分選集中處理的原則，綜合判斷在礦井970 主運(yùn)帶式輸送機(jī)機(jī)尾附近布置TDS 智能干選系統(tǒng)，設(shè)備投入最少，系統(tǒng)最為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。各分選位置對(duì)比情況見(jiàn)表2。

表2 井下矸石智能分選位置優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

井下矸石智能分選系統(tǒng)設(shè)置在970 主運(yùn)帶式輸送機(jī)機(jī)尾附近，在南翼與970 主運(yùn)匯集煤倉(cāng)后370 m 處設(shè)置井下TDS 智能分選系統(tǒng)對(duì)全礦+50 mm 原煤進(jìn)行分選排矸。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)

排矸成本主要由排矸地面費(fèi)用、治矸費(fèi)用、矸石場(chǎng)占地費(fèi)、地面塌陷土地復(fù)墾費(fèi)、水土保持補(bǔ)償費(fèi)和資源價(jià)款費(fèi)用組成，見(jiàn)表3。

表3 近六年礦井矸石量及煤炭產(chǎn)量和治理費(fèi)用情況

由表3 可知，根據(jù)該礦井2014—2019 年產(chǎn)量、排矸量及實(shí)際排矸成本，估算地面排矸費(fèi)用為25.54 元/t，若井下選矸能力達(dá)60 萬(wàn)t/a，可減少費(fèi)用1 532.4 萬(wàn)元。

5 結(jié)論

（1）TDS 智能干選系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)塊原煤無(wú)水干法分選，矸石帶煤率小，分選精度高，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無(wú)需介質(zhì)處理系統(tǒng)，適宜在煤礦井下使用。

（2）架后綜合機(jī)械化充填技術(shù)具備可平行作業(yè)、效率高、能耗低、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，可作為井下矸石智能分選系統(tǒng)選后矸石處理方式。

（3）通過(guò)對(duì)不同安設(shè)地點(diǎn)對(duì)比，官地礦將井下矸石智能分選系統(tǒng)設(shè)置在970 主運(yùn)帶式輸送機(jī)機(jī)尾附近，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。