姜啟彬 路皓然

（山東能源臨礦集團郭屯煤礦，山東 菏澤 274700）

郭屯煤礦采用立井開拓，大部為中厚煤層，煤種好，但井田范圍內地質構造較為復雜，斷層分布較密。隨著復雜煤層開采比例的加大、回采工作面過斷層、采區(qū)巷道開拓、掘進巷道過地質構造帶，原煤中的矸石量增加。產出的矸石需由主井或副井提升至地面，影響礦井的經濟效益。為加快綠色礦山建設，解決原煤中矸石含量高、矸石山污染環(huán)境的問題，結合郭屯煤礦生產實際情況，可在井下建立洗選（排矸）系統(tǒng)。選出的矸石直接用于井下噴漿或充填采空區(qū)，實現(xiàn)原煤井下洗選—矸石充填一體化。井下洗選（排矸）既可以解決矸石排放占地、污染環(huán)境等問題，又可以安全置換“三下”壓煤，是煤礦企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能、降耗、減排、提升效益的主要途徑。

郭屯煤礦可考慮引進TDS 智能干選設備，安裝于主運輸皮帶系統(tǒng)中，將井下原煤進行篩分后，對35mm 以上的塊煤矸進行分選。選出的煤提升到地面后進入選煤廠進行洗選，可以有效提高精煤回收率。選出的矸石，通過矸石充填系統(tǒng)，充填入回采工作面老空區(qū)，可以有效防止沖擊地壓，并可減小采動對地面的影響。

1 TDS 干選設備原理

TDS 智能干選機不同于傳統(tǒng)選煤方法，它并不是按密度差異進行分選的，而是將原煤排隊后，通過X 射線傳感器，利用大數(shù)據計算分析，針對不同的煤質特征建立與之相適應的分析模型，對煤與矸石進行數(shù)字化識別，最終通過高靈敏、高可靠執(zhí)行機構通過高壓風將煤矸分開的技術。

TDS 智能干選機是干法高精度智能煤矸分選設備，其分選精度接近淺槽，高于動篩、跳汰及其他干選設備。矸石帶煤率1%～3%，煤中帶矸率3%～5%。TDS 智能干選與傳統(tǒng)工藝相比（井下重介淺槽排矸）具有分選精度高、井下硐室占用少、無介質無煤泥、減人增效、節(jié)水環(huán)保等優(yōu)點。因此，TDS 智能干選機在井下應用，有明顯優(yōu)勢。

2 干選系統(tǒng)設計

2.1 干選系統(tǒng)硐室布置

為進一步減少投資，實現(xiàn)對井下所有煤流中的矸石進行篩選，干選設備必須安裝在礦井主運皮帶或者主井煤倉位置?？紤]到后期矸石充填需要，將干選硐室設置在系統(tǒng)矸石倉上口，如圖1 所示。即在1#矸石倉上口調向-270°施工干選硐室（掘進斷面54.7m2，橢圓拱形，凈寬8m，凈高7m）16.6m，然后調向-180°施工干選皮帶巷（掘進斷面32.7m2，直墻半圓拱形，凈寬6m，凈高6m）14.4m 與-808m 膠帶石門貫通。

圖1 TDS 干選系統(tǒng)硐室布置圖

2.2 設備布置

為防止TDS 智能干選設備故障影響整個礦井煤流運輸，TDS 干選設備并不與主運皮帶直接搭接，而是通過四部轉運皮帶與TDS 智能設備相結合的方式實現(xiàn)煤流中的矸石篩選。自主運皮帶側依次布置：調向滾筒→原煤皮帶（并排布置篩選返煤皮帶）→滾軸篩→布料篩→2 臺TDS 智能主機（下方布置塊煤皮帶）→1#矸石倉→排矸皮帶→2#矸石倉。如圖2 所示。

此種布置方式具有以下優(yōu)點：（1）節(jié)省投資。與礦井主運皮帶搭接，不必每個采區(qū)裝備一臺TDS干選設備。（2）不影響主運皮帶運輸。如果干選設備出現(xiàn)故障，主運皮帶可以按照原運輸路線繼續(xù)使用。（3）根據煤流中矸石量大小，可選擇單雙機運行，實現(xiàn)能效最大化。每個采區(qū)煤質不同，煤流中含矸量不同，通過大數(shù)據分析計算，通過調度可提前設定單機運行或雙機運行，確保矸石處理能力達到最佳狀態(tài)。（4）節(jié)省空間。受深部礦壓影響，井下不宜掘進密集硐室群，此種設備布置方式可大大減少硐室掘進量。（5）利于排矸。利用現(xiàn)有2個矸石倉的關系，可將篩選出的矸石集中存放，進一步破碎之后用于充填開采。

圖2 干選系統(tǒng)設備布置圖

2.3 工藝流程

毛煤通過第一部主運皮帶調向滾筒卸載進入干選皮帶巷原煤皮帶至滾軸篩。粒度小于35mm 以下的末原煤直接落入篩選返煤皮帶，粒度大于35mm的塊原煤進入TDS 智能干選機。干選機塊精煤產品經塊煤皮帶至篩選返煤皮帶一起進入第一部主運皮帶，塊矸石產品直接進入1#矸石倉或經排矸皮帶進入2#矸石倉。如圖3 所示。

圖3 TDS 干選工藝流程圖

3 應用前景和經濟分析

3.1 應用前景

目前郭屯煤礦主要生產采區(qū)為二、三采區(qū)，各采區(qū)采掘工作面生產的原煤及過地質構造帶產生的矸石經采區(qū)強力皮帶運輸進入采區(qū)煤倉，導致煤質較差。同時因各采區(qū)生產時遇到的地質條件不同，各采區(qū)煤質差異較大，造成礦井主運皮帶煤流煤質變化較大，不利于地面洗選。在系統(tǒng)矸石倉上部，礦井主運皮帶側建立干選系統(tǒng)可極大提高煤質，外排矸石亦可用于采空區(qū)充填。通過調度指揮，利用采區(qū)煤倉的時間緩沖，可提前設定相關特性參數(shù)，使TDS 智能干選設備針對某一采區(qū)煤流進行篩選，進一步降低煤中帶矸率，提升煤質。TDS 智能干選系統(tǒng)既可以提高產品煤回收率，增創(chuàng)經濟效益，又可減少進入地面洗選系統(tǒng)的無效洗選量，降低洗選成本，有益于建設優(yōu)質高效低耗選煤廠。

篩選出的矸石，經進一步破碎后，可用于井下充填開采，實現(xiàn)矸石不升井，不產生矸石山，不占壓土地資源，不對水資源、大氣造成嚴重污染，徹底杜絕矸石山自燃事故的發(fā)生，為建設綠色礦山、和諧礦區(qū)提供強有力的支持。

3.2 經濟效益分析

3.2.1 投資概算

根據礦井實際情況對項目投資進行估算，井巷工程費用（人工、材料費用）54.8 萬元，設備購置費用2428.8 萬元，預計投入資金約2483.6 萬元。

3.2.2 效益分析

（1）根據礦井核定生產能力240 萬t/a 計算，使用井下洗選系統(tǒng)后可減少外排大矸石含量5 個百分點。參照礦井近兩年矸石洗出率，礦井每日矸石量（含外排大矸石）約800t，每年矸石量合計約26.4 萬t，按原煤單價700 元/t 計算，每年直接提高經濟效益約9800 萬元。

（2）使用井下洗選系統(tǒng)后，減少井上洗選矸石量。根據洗煤廠洗選成本約20 元/t，每年洗選矸石按26.4萬t計算，每年可提高經濟效益約530萬元。

（3）使用井下洗選系統(tǒng)和矸石充填后每年可減少矸石提升量約26.4 萬t，每鉤按25 元/t 計算，需10560 鉤，每鉤電費約130 元，每年可減少電費約140 萬元。

綜合上述分析，井下干選系統(tǒng)投入使用后，每年可提高經濟效益為9800+530+140=10470 萬元。井下洗選系統(tǒng)每天按12 人操作維護，每人工資按10 萬元/a，合計120 萬元，設備折舊費按300 萬元/a 計算，每年直接經濟效益計算10470-190-120-300-1193.35=9056.65 萬元，直接經濟效益非常顯著。

4 結論

所設計的TDS 智能干選系統(tǒng)可連續(xù)高效地將主煤流中的矸石篩選出，實現(xiàn)煤矸分離，而不影響主煤流的運輸，有效解決郭屯煤礦煤質較差的問題，提升了煤炭質量，實現(xiàn)礦井安全高效生產，取得了較好的經濟效益。同時消除矸石外排，為進一步建設綠色生態(tài)和諧礦區(qū)，提供支持。