煤第４８卷第５期 ｄｏｉ：１０．１ １７９９／ｃｅ２０１６０５００８ 炭工程 ＶｏｌＩ ４８．Ｎｏ．５ Ｃ０ＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ 大型煤矿井下重介浅槽煤矸分离 系统设计 白光超，毕思锋，温朋朋 （新汶矿业集团生产技术部，山东泰安２７１２３３） 摘要：针对煤炭传统开采工艺存在的矸石无效运输、地面环境污染和地表沉陷等突出问 题，以实现矿井清洁生产、建设绿色矿山为目标，在新巨龙公司大型矿井的煤源、煤质分析的基 础上，创新性地将重介浅槽工艺应用于煤矿井下，设计了千万吨级煤矸分离系统，并针对性的进 行了巷道布置。实现了矸石不升井。取得了良好的效益。 关键词：大型煤矿；重介浅槽；煤矸分离；绿色矿山 中图分类号：ＴＤ９４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—０９５９（２０１６）０５．００２４．０３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ｃｏａｌ——ｇａｎｇｕｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｄｅｎｓｅ ｍｅｄｉｕｍ ｓｈａｌｌｏｗ ｇｒｏｏｖｅ ｉｎ ｌａｒｇｅ——ｓｃａｌｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ＢＡＩ Ｇｕａｎｇ—ｃｈａｏ，ＢＩ Ｓｉ—ｆｅｎｇ，ＷＥＮ Ｐｅｎｇ—ｐｅｎｇ （Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｘｉｎｗｅｎ Ｍｉｎｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔａｉａｎ ２７１２３３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｉｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｒａｆｆｉｃ ｏｆ ｇａｎｇｕｅ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｄｅｎｓｅ ｍｅｄｉｕｍ ｓｈａｌｌｏｗ ｇｒｏｏｖｅ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｏｆ Ｘｉｎｊｕｌｏｎｇ ｃｏｍｐａｎｙ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ，ｔｈｅ ｃｏａｌ—ｇａｎｇｕｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ １０一ｍｉｌｌｉｏｎ—ｔｏｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ ｉｓ ａｒｒａｎｇｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ．ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｎｏｎ—ｇａｎｇｕｅ ｌｉｆｔｉｎｇ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｂｅｎｅｆｉｔ ｉｎ ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ；ｄｅｎｓｅ ｍｅｄｉｕｍ ｓｈａｌｌｏｗ ｇｒｏｏｖｅ；ｃｏａｌ—ｇａｎｇｕｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｇｒｅｅｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ 煤炭开采过程中，受煤层本身含矸结构、断层构造和 开采工艺等多重因素影响，采出的煤中不可避免地伴有大 量矸石。采用传统工艺，矸石一般随煤炭提升至地面，经 洗选厂洗出。大量的矸石提升、洗选和地面盘运工序增加 了矿井运行成本，加重了设备磨损，同时，矸石在地面堆 积还不同程度地造成地面环境污染。 新矿集团新巨龙公司为核定能力７８０万ｔ／ａ的大型矿 井，装备能力达到１０００万ｔ／ａ，煤种以肥煤和１／３焦煤为 工艺，在煤矿井下设计煤矸分离系统，对主运系统原煤进 行煤矸分离，分离出的矸石直接用于井下充填开采，有效 解决了传统工艺的弊端 。 １煤源与煤质分析 １．１煤源、煤质 新巨龙公司采用综合机械化放顶煤回采工艺，部分伪 顶矸石混入原煤．掘进产生的矸石也直接进入主运系统外 运。对新巨龙公司近三年毛煤筛分试验结果进行分析，形 成毛煤全级筛分试验表，见表１。由表１可以看出， ＋５０ｍｍ、＋１００ｍｍ级量块毛煤分别占毛煤总量的３０．２２％、 １４．４９％。＋５０ｍｍ级量块毛煤中，块煤占５０．１６％、块矸石 占４９．８４％；＋ｌＯＯｍｍ级量块毛煤中，块煤占４６．７９％、块 矸石占５３．２１％，＋５０ｍｍ、＋ｌＯＯｍｍ级量矸石分别占毛煤的 主，属低灰、低硫、低磷、高发热量的优质炼焦煤。在矿 井主井提升能力有限的情况下，为了多提煤，少提矸，提 高升井原煤的初级质量，实现矸石不升井、以矸换煤、绿 色开采的战略，设计从井下毛煤中选出矸石直接用来对采 空区进行充填，减少矸石升井量，减少对地面环境的污染 和地表沉陷。新矿集团新巨龙公司借鉴地面重介浅槽分选 收稿日期：２０１５—０５—１８ 作者简介：白光超（１９８３一），男，山东巨野人，硕士，工程师，长期从事煤矿安全技术工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｓｃｂｇｃ＠ １２６．ｃｏｎ。 引用格式：白光超，毕思锋，温朋朋．大型煤矿井下重介浅槽煤矸分离系统设计［Ｊ］．煤炭工程，２０１６，４８（５）：２４— ２６． ２０１６年第５期 煤炭 工程 １５．０６％、７．７１％。 表１新巨龙公司毛煤全级筛分试验表 １．２分级粒度的确定 主运系统运输能力峰值为３３００Ｗｈ，考虑主运系统运量 不均衡性及以后采煤能力的进一步提高。井下煤矸分离系 统总体建设规模按１４００万Ｗａ设计。 确定井下煤矸分离系统分级粒度的主要因素有：选出 煤炭产品质量要求；满足井下充填的矸石量要求。 １）新巨龙公司地面建有较先进的原煤分级和块煤洗选 车间。＋２５０ｒａｍ矸石要经过人工拣选破碎作业，在井下解 决好＋２５０ｒａｍ矸石问题。可为地面去掉落后的人工手选作 业创造条件。 ２）初期计划７０—１００万Ｖａ的矸石充填量。按１４００万 Ｗａ设计规模及表１中毛煤筛分试验结果可知，毛煤分级粒 度定在５０ｍｍ、１００ｍｍ年产矸石量分别是：１４００ｘ １５．０６％： ２１０．８４万ｔ．１４００ｘ７．７１％＝１０７．９４万ｔ。 由此可见，从满足井下充填矸石量的方面考虑，当前 应按１００ｒａｍ分级，较为合适。且较５０ｒａｍ分级粒度，更有 利于浅槽设备选型，缩小建设规模。同时，留出８０ｒａｍ分 级的空间余量。为将来提供更多的矸石进行井下充填留有 储备能力。 ２煤矸分离工艺设计 块原煤井下煤矸分离常用方法包括：人工拣选、选择 性破碎、动筛跳汰、重介浅槽分选，鉴于重介浅槽排矸技 术先进成熟，对井下给料不均适应性强，设备外形尺寸小， 且便于井下安装，因此设计推荐采用重介浅槽分选工艺。 ２．１ 重介浅槽分选原理 重介浅槽分选原理如图１所示。块煤进入浅槽内，因 密度低于重介悬浮液，浮起于悬浮液上面并随液流排出机 外：矸石因密度大于重介悬浮液，沉降于重介悬浮液下面 由刮板排出机外，实现煤矸分离。 图１重介浅槽分选原理图 ２．２工艺流程设计 井下煤矸分离总体设计思路是从井下北区运输大巷带 式输送机Ｊ３２地质观测点附近安装ＤＹＬＸ一１６００一Ｓ双侧犁式 卸料器截取毛煤，截取的毛煤经过ＧＳ２５２３—１００型齿盘滚轴 筛筛分，０～１００ｒａｍ毛煤转运回北区运输大巷转出， ＋１００ｒａｍ煤矸经ＭＭＤ６２５型破碎机破碎后进入重介浅槽分选 机。重介浅槽分选机排出的重介质悬浮液大部分随精煤从 排料口溢出，在脱介筛前须设置一个固定筛进行合格介质 的预脱。重介浅槽分选机分选出的块煤经脱介后运回北区 运输大巷转出，块矸经脱介运至充填采区进行充填。煤泥 水经压滤脱水运回北区运输大巷转出，介质经磁选回收重 复利用。附着在块煤、矸石上的介质需要用水压喷头喷射 脱除，稀介质液汇集到稀介池内，经过磁选机回收。因此， 合介池、稀介质池、浅槽分选机、脱介筛、磁选机间距离 不能太远，以利于重介质悬浮液的自重自流，在各节点间 传送，有利节能。其简化工艺流程如图２所示。 毛煤 介 质 回 收 图２煤矸分离工艺流程简化图 ３巷道布置设计 煤矸分离系统设计在北区运输大巷、一采回风上山与 １３０１采区所围成的三角区域，面积大约为３７６１２ｍ。。根据 煤矸分离工艺，主要设计筛分破碎硐室、浅槽排矸硐室、 煤泥水（加介）硐室及煤矸转运等巷道。 ３．１ 筛分破碎硐室 从北区运输大巷Ｊ３２观测点间将毛煤卸载至毛煤入洗 带式输送机上，然后进入宽为６．５ｍ，高为３．６５ ８．０ｍ，长 ２５ 煤炭工程 ２０１６年第５期 ｔ（含人工、电费、材料、折旧、维 为７２．６ｍ的筛分破碎硐室，筛分破碎作业后产生的筛下原 煤（一１ｏｏｍｍ）、块原煤（粒度１００—２００ｒａｍ）经宽为７．５～ ８．Ｏｍ，高为５．０～８．Ｏｍ，长为９０．Ｏｍ的筛分产品转运巷， 转运至浅槽排矸硐室。 洗选加工费３３．８ 简等）。 ４．２充填工艺 煤矸分离系统分离出的矸石经带式输送机运至１３０２—１ 充填工作面，充填工作面采用专用充填液压支架后悬 ＳＧＺＣ－－６３０／１３２固体充填物料多孔底卸式输送机运输，溜 ３．２浅槽排矸硐室 浅槽排矸硐室走向与筛分破碎巷道方向平行，断面为 宽７．５ｍ，断面高８．Ｏｍ（局部为９．Ｏｍ），长７０．３ｍ。 槽底部开设卸料孑Ｌ，卸料孔能在千斤顶的作用下实现沿溜 槽运行方向顺向开启、关闭。矸石通过溜槽卸载孔，从溜 槽尾部尾至头部，再从溜槽头部至尾部反复进行采空区充 鉴于块原煤人洗带宽１．Ｏｍ。重介浅槽分选机人料口宽 为５．Ｏｍ，要做到块原煤进入浅槽分选机均匀等宽布料，块 原煤转载带式输送机机头滚筒需与浅槽分选机中心点间距 ３．１５ｍ，与浅槽硐室底板垂高差６．３５ｍ，且在平面布置成 ９０。布置，以布置渐宽、倾斜人料溜槽。 浅槽分选机选出的块煤、转运来的筛下原煤、高频筛 上粗煤泥、压滤煤泥一起经过精煤带式输送机（巷道长 ３４．７５ｍ）转运到北运输大巷Ｊ２９装载点上，经北区运输大巷 带式输送机提运至升井。 ３．３煤泥水（加介）硐室 在正对煤泥高频筛及合介池的位置，向筛分破碎硐室 方向布置煤泥水（加介）硐室，为解决补介运输巷道平交穿 过筛分破碎巷道问题，其布置还必须与筛破产品转运巷道 成水平１６．００。夹角。为解决设备的拆装、倒运。分别在煤 泥水巷道两端留下一定的倒运场地。 ３．４其他巷道硐室 配电开关及控制室布置在煤矸分离巷道末端．与排矸 巷道相接，处在新风地段，有利于机电维护。重介浅槽排 出的矸石经脱介筛脱介后．经矸石排运进料巷道排到一采 运矸上山带式输送机，排进充填矸石仓，该巷道宽为 ５．Ｏｍ．长度１６９．２ｍ。 图３煤矸分离系统巷道布置平面图 ４工业应用 ４．１工业运行情况 新巨龙公司井下煤矸分离系统已建设完成，并运行一 年，固定资产投资５６３９万元。目前各系统运行正常，累计 分离矸石７５．８万ｔ。煤矸分离系统按１１ 班进行定员， ２６ 填．后部压实机构在物料充填人采空区后通过此设备对物 料进行推压夯实，使充填物料在推压接顶的基础上达到一 定的致密度。充填开采增加吨煤成本１０７元／ｔ。 吊挂链 支架后顶粱 漏料孔 顶板 图４综采架后矸石充填示意图 ４．３经济效益分析。 根据近一年的运行情况，增加原煤提升７５．８万Ｗａ．减 少矸石提升７５．８万ｔ／ａ，按目前吨煤利润２０６元／ｔ计算，扣 除煤矸分离加工费用、充填开采费用，吨煤净利润６５．２元， 可增加收益４９４２万元／ａ。 ５结语 新矿集团新巨龙公司将地面洗选厂较为成熟的重介浅 槽工艺应用于煤矿井下，可大幅减少矿井的无效提升运输 量，杜绝大块矸石对提升运输系统设备的冲击卡堵危害 增大矿井的实际生产能力，有利于安全生产。矸石不升井 直接用于井下充填，可避免对环境造成污染，降低地面塌 陷危害程度。大型矿井井下煤矸分离的成功实践，将为煤 炭清洁生产和绿色矿山建设创新出一条可复制、可借鉴、 可推广的宝贵经验。 参考文献： ［１］ 张荣立，何国伟，李铎．采矿工程设计手册［Ｍ］．北京： 煤炭工业出版社．２００３． ［２］ 王敦曾．选煤新技术的研究与应用［Ｍ］．北京：煤炭工业 出版社．１９９９． ［３］ 钱鸣高，许家林，缪协兴．煤矿绿色开采技术［Ｍ］．徐州： 中国矿业大学出版社，２００３． ［４］ 李世林．重介浅槽洗选生产中的注意事项［Ｊ］．煤质技术， ２００５（５）：ｌ３一ｌ４． ［５］ 原利兵，常春明．重介浅槽在寺河矿选煤厂的实践与探索 ［Ｊ］．洁净煤技术，２００９（１）：２８—２９． （责任编辑杨蛟洋）
