煤矸石井下分离和充填技术探讨

祖珂

【摘 要】论述了矸石井下分离和充填应注意的问题,介绍了煤矿井下采用重介浅槽分选机、卧式动筛跳汰机、螺旋滚筒选煤机三种分选工艺将生产的原煤与矸石分离的工艺流程、主要特点和应注意的问题;简述了将矸石进行采空区充填的长壁工作面充填和巷道式充填二种方法.

【期刊名称】《煤炭加工与综合利用》 【年(卷),期】2014(000)007 【总页数】3页(P66-68)

【关键词】煤矸石;井下;分选工艺;充填;特点 【作 者】祖珂

【作者单位】煤炭工业太原设计研究院,山西太原030001 【正文语种】中 文 【中图分类】T0849.5

国家能源局、财政部、国土资源部和环境保护部在2013 年1 月9 号联合发布的《煤矿充填开采工作指导意见》中提出:新建煤矿不再设立永久性地面矸石山，临时周转堆存的煤矸石要制定综合利用方案，优先用于井下充填;鼓励煤矿在井下进行毛煤预排矸或建设井下选煤系统，矸石直接在井下用于充填开采;煤矿企业实施充填开采的给予享受有关税收优惠和资金支持。

1 矸石井下分离和充填的意义 (1)可以减少矸石无效提升和运输费用;

(2)可以从源头治理矸石对环境的污染，节省矸石占地和矸石治理费用; (3)矸石充填采空区可以减少和避免地表塌陷;

(4)可以提高矿井提升纯煤的能力，扩大矿井的产能，延长矿井服务年限; (5)可以充分回收“三下”压煤和边角残煤，提高资源回收率;

(6)有效充填后可以减少井下采空区积水、瓦斯集聚的空间，提高矿井安全保障。 2 矸石井下分离和充填应注意的问题

由于每一个矿的煤层赋存条件不一样，煤质和地质情况各异，要将煤矸石分离和充填技术用于井下，对于设计工作者来说它是一种全新的系统工程，涉及到各个方面和各个专业，笔者从设计的角度提出如下应注意的一些问题:

(1)安全方面:要求洗选设备和电气必须具备防爆、隔爆、防尘、防水和防静电功能，达到国家煤矿安全强制要求;洗选巷道和辅助巷道要满足通风要求。

(2)井下巷道的开拓与布置:选矸车间在井下选址既要方便工作面来煤，又要方便选后产品运输，还要方便煤矸石的充填，使采煤流程、充填流程和材料设备运输互不干扰;由于选矸车间主洗设备体积较大，要求巷道设计较宽、较高，并要有煤泥水处理的池子、硐室等。

(3)设备选型方面:要选择适合井下洗选和矸石充填的设备，如采用长壁工作面充填方法，则需选用悬挂刮板自夯式充填液压支架等。

(4)给排水方面:可将矿井水处理系统建在井下，与采区水仓和井底水仓统筹设计，将矿井水净化处理工序放在井下，处理后作为选矸车间用水水源，或供给采区生产用水和井下洒水。这样做的优点是:矿井水可循环利用，减少矿井水地面排放，节省排污费用，保护地面环境。

(5)煤泥水处理系统:选矸车间产生的煤泥水可与采区水仓煤泥清挖统筹设计，设计

一套自动清挖处理系统，其优点是:抽排、脱水、压滤、装运，一套设备二处使用;巷道煤泥沉淀池也可以作为井下选矸车间和水仓共用设施，这样更方便生产，节省投资。

(6)提升系统:如果矿井是副立井提升，要注意罐笼能否满足设备单件的最大尺寸。 以上所述都与常规设计不同，所以无论新建矿井还是生产矿井都要进行有针对性的方案设计，这就要求采矿和选煤两大专业技术在井下有机结合，机制、机电和给排水专业紧密配合，以实用、适用、好用为出发点，设计力求工艺简单，设备布置紧凑，设备高度尽量低，以满足采矿设计规范对硐室和巷道的要求，使井下生产工艺合理顺畅，这对设计人员提出了更高的要求。 3 矸石井下分离技术

矸石井下分离技术改变了传统原煤提升到地面进行分选和排矸工艺，而是将选煤的预排矸设备和工艺用于井下，将开采的原煤在井下就地分选，排出的矸石直接运往采空区进行充填。由于井下空间受限，作业条件恶劣，在这种特殊作业环境下，对排矸设备和工艺提出了较高要求。 3.1 重介浅槽分选工艺用于井下排矸

重介浅槽分选机最早用于井下是在山东新汶矿业集团的济阳矿和翟镇矿。首先重介浅槽分选机具有瘦长的机体结构(一条6.8 m 宽的分选巷道就可布置主要分选设备)，很适合井下作业的布置要求;第二，具有分选精度高、占地面积小(一条煤泥水巷道，一条供配电巷道就可布置分选的附属设备)、工艺简单、操作方便、循环介质量小等特点;第三，其分选粒度在6 ～350 mm，满足井下不大于300 mm 的粒度要求;第四，其处理能力不大于800 t/h，单机可以满足大多数井型的生产要求。 井下采用重介浅槽分选工艺排矸需要注意以下几点:

(1)排矸工艺要建在井底煤仓或移动煤仓之后，使采煤工作面来煤有一个缓冲，使入洗原煤给料均匀。

(2)由于重介浅槽分选机是分选的关键设备，其排矸链轮、链条和滑道在介质中运行，极易磨损，检修更换是常事，需要就近设计事故排放池，以便出事故时方便排介维修，要预留必要的检修空间和提升设备。

(3)设计中增加旁路工艺，排矸车间出现较大事故时，原煤可直接出井。

(4)在介质净化回收系统中易采用分选密度自动控制设计，以保证合格的分选密度。 重介浅槽分选机井下排矸工艺流程见图1。 3.2 卧式动筛跳汰机分选工艺用于井下排矸

卧式动筛跳汰机用于井下预排矸及充填工艺，已在山东新汶矿业集团协庄矿、赵官矿、济阳矿有成功经验。卧式动筛跳汰机保留了地面机械动筛跳汰机的核心技术，只是在设备机体上加以改进，将机体立式高宽结构改为长条形结构，配以刮板式提升脱水机构，改变了地面传统动筛系统的设备高而大、工艺布置复杂的问题，使其工艺更简单，更适合于井下巷道布置。

分选系统主要配置有:卧式动筛跳汰机、正弦分级筛、胶带输送机、渣浆泵、高频脱水筛、厢式压滤机等。

卧式动筛跳汰机在第一段留有检修孔，在第二、三段设置有排水口，当设备出现事故或煤泥水浓度超标时，可将设备中的煤泥水排入煤泥池，粗颗粒煤泥通过高频筛回收，细煤泥由压滤机处理回收，滤液水循环使用，该系统分选粒度在50 ～350 mm，卧式动筛跳汰机最大处理量可达1 500 t/h。特别适用于大中型煤矿井下排矸;但其提升轮改为刮板运输机后脱水效果变差，这是其不足之处。 卧式动筛跳汰机用于井下预排矸工艺流程见图2。 图1 重介浅槽分选机井下排矸工艺流程示意 图2 卧式动筛跳汰机井下预排矸工艺流程示意 3.3 螺旋滚筒选煤机分选工艺用于井下排矸

螺旋滚筒选煤机宽度不大于2 m、长度不大于9 m，机体结构很适合用于井下。

它采用自生介质选煤方法，以入选原煤中小于0.3 mm 的粉煤作加重剂，与水混合形成一种较为稳定的悬浮液作为介质。它以螺旋滚筒作为分选块煤的主机，分选200 ～6 mm粒级，配以自生介质旋流器作为分选末煤的主机，分选25 ～0 mm 粒级，再配以脱介(水)筛、介质泵、介质箱及管道等组成一个完整的分选系统，可以分选200 ～0.5 mm 原煤，处理能力约为30 ～80 t/h，特别适用于中小煤矿井下排矸。螺旋滚筒选煤机井下排矸工艺流程见图3。

螺旋滚筒分选工艺的特点是:投资少，建设快，井下占地面积小，省水，省电，运营费用低，排矸效果好。

主要缺点是:单机生产能力较低，介质浓度不易调整。 采用螺旋滚筒分选工艺用于井下排矸需要注意以下几点:

(1)一定要先做好可行性研究，确定原煤是否具备形成自生介质的条件。 (2)螺旋滚筒选煤机最佳分选粒度200 ～6 mm，井下破碎机的给料粒度应该满足不大于200 mm 要求。

图3 螺旋滚筒选煤机井下排矸工艺流程示意 4 矸石井下充填技术

矸石在井下排矸车间分离后，直接进入矸石充填系统，对采空区进行充填。井下排矸技术和矸石井下充填技术相辅相成，缺一不可。目前毛煤在井下排矸车间分选后，直接进入充填系统的工艺有两种:长壁工作面充填和巷道式充填。 4.1 长壁工作面充填

长壁工作面充填工艺的特点是:矸石充填量大，需要选用特制的悬挂刮板自夯式充填液压支架和底卸式刮板输送机，要求随采随充，充填工艺复杂，采煤作业和充填作业会有干扰，初期设备投资较大。采用长壁工作面充填工艺需要注意以下四点: (1)由于采煤量大，充填矸石量小，矸石量约是采煤量的1/5，如果只充填井下矸石，只能解决充填问题，不能解决地面沉陷和水平变形问题;如要进行全部充填，

还需要从地面运输其他充填材料，如陈化矸石、黄土和建筑垃圾等等。 (2)在排矸工艺后面需设矸石缓冲仓，待采煤工作面完成切割后，依次启动充填设备进行充填。

(3)由于共用一套液压支架，即采煤—充填—移动支架为一个工作循环，充填工作用时较长，势必影响采煤生产。

(4)由于液压支架下要悬挂底卸式刮板输送机和夯实机构，液压支架较高，选用时对煤层高度有要求。 4.2 巷道式充填

巷道式充填工艺、技术和充填设备均较为成熟，在我国许多煤矿已成功实施，并有较好的经济和环保效益。该技术不但适用于新矿井也适用于改造矿井，可在“三下”压煤，特别是建筑物下压煤(建筑物下压煤约占矿井储量的10% ～30%)、大巷保护煤柱和条带开采留设煤柱处掘进充填巷，掘出好煤(可大幅提高矿井资源回收率)，充进矸石(可使矸石处理率达到百分之百)，并起到支撑顶板、防止地面沉陷的作用，可谓一举三得，是目前最好的矸石处理方式。 5 结 语

好的催生好的技术，带来生产力的释放。《煤矿充填开采工作指导意见》的推进和实施将会给我国煤炭井下开采、洗选带来新的变革，对保护国家煤炭资源，延长矿井寿命，保护和改善矿区生态环境具有积极意义，同时也对煤矿设计提出了新的挑战，把新的技术用于生产实践并转化为新的生产力也是每一个设计人员应尽的责任和义务。