煤炭井下分选技术与装备

煤炭加工与综合利用No. 6, 2011COAL PROCESSING & COMPREHENSIVE UTILIZATTON39煤炭井下分选技术与装备刘云霄，解京选(中国矿业大学化工学院，江苏徐州221008)摘要:阐述了在煤矿井下构建煤炭分选系统的必要性，分析了选择性破碎工艺、干法选煤、重介质排研、动筛跳汰机排矸和空气脉动式跳汰机排矸几种毛煤井下排矸技术装备的特点及可行性，展望了开发完善煤矿井下选煤技术与装备的前景。关键词:煤炭;井下分选;技术装备;必要性;前景中图分类号: TD94文献标识码: A文章编号: 1005 -8397(2011 )06-0039-04井下排矸后,煤矿的实际运能可提高12%,吨煤1煤炭井下分选的必要性随着采煤机械化程度不断提高"，尤其是放运输、提升的实际能耗也相应降低12%。其次，升井矸石量大幅减少，降低了地面选煤厂的负顶煤开采技术的广泛应用，导致工作面断层或煤荷,提高地面洗选效率的同时，使得地面选煤厂层顶、底板及夹矸大量混人煤流中,造成毛煤中矸石排放量下降，节约矸石堆放用地，保护生态可见矸石量增加。显然，对于矿井提升系统来讲环境。冉者，可对矸石在井下实现资源化利用。这部分矸石运输属无效运输，不仅大大降低了矿将井下就地排出的矸石作为采空区问填材料，可井的实际产能，而且矸石与煤- -起运到选煤厂分以有效避免地面的塌陷;经技术处理后，可置换选，会增加洗选负担，增加无谓能耗和水(介)传统技术不能回收的保安煤柱中的煤炭，达到提耗，加大企业成本。地面选煤厂排出的矸石还要高资源回收率、延长矿井服务年限的目的。矸石占用大量场地堆积存放，污染矿区甚至周边城市经粉碎后作为井下喷涂混凝土的骨料使用2-4),环境，影响生态，破坏景观，危害居民身心健可降低巷道施工维护成本，节约大量开支。康。同时，矸石山还有发生爆炸或崩落事故的隐患，对矿区安全构成严重威胁。因此，在煤矿井2毛煤井下排矸技术装备基本要求下构建煤与矸石分离工艺，就地排出毛煤中的大考虑到井下巷道高度和空间狭小的限制，构块可见矸石，可以产生显著的经济和社会效益。建井下排矸工艺设备系统时不能照搬地面选煤厂如果毛煤中大块矸石含量以12%计算，则经建设模式，需要在坚持高效分选的前提下，力求简化工艺系统，优化设备结构，尽量减小占地面收稿日期: 201106-24作者简介:刘云霄(1988-),男，河南郸械人，中国矿业积和空间高度'5]。为保障井下生产安全,排矸系大学化工学院矿业工程专业2010级在读硕士研究生，研究方向:统中各机械、电气设备必须具备相应的防爆、隔矿物加工工程。爆、防静电措施和等级,达到国家煤矿安全强制综上所述，与原工艺相比，末煤TBS分选工[2] 焦红光，谌伦建,铁占缕细粒煤重选设备的技术现状艺效果较好，具有精煤灰分低、精煤产率高、生与分析[].煤炭工程, 2006(1): 14-17.[3] 卫中宽TBS引领选煤工艺跨越式发展[J]. 煤, 2007,产成本低等优点。16(12): 23 -24.参考文献[4] <选煤标准伸用手册) 缩丢会诛世标准使用手册[M]. 北中国煤化工[1] 聂倩倩，沈丽娟，陈建中，等粗煤泥分选设备及工艺IYHCNMHG探讨[J].选煤技术, 2007(5): 56 -59.40煤炭加工与综合利用2011年第6期性标准的要求;井下恶劣的生产环境还要求设备破碎过程中的扬尘也会恶化井下巷道生产环境。具有良好的适应性和高可靠性。有条件的情况下3.2 干法选煤尽可能使设备具备自移式功能或采取模块化配干法选煤不用水，系统简单，投资省。目前置，以增加系统运转调整的灵活性，从而在系统常用的复合式干选机、空气重介质流化床等千选出现故障时能随时将其甩掉，保证矿井正常设备的分选粒度上限仅达100 mm,单位处理量生产。较小，而且对物料的外在水分有一定要求[8]。因此要想将其应用于毛煤井下排矸，就必须对设备3毛煤井 下排矸技术装备性能加以研究改进，提高其分选粒度上限(至少地面选煤厂现有的选择性破碎工艺、跳汰排达200 mm),放宽对外在水分的要求;同时还要矸、重介质排矸等块煤排矸方法，是构建井下排在保证分选效果的前提下对主机结构进行优化改矸系统的基础。通过对设备的研究创新,可以实进，以适应井巷峒室的空间环境条件。短期内干现毛煤井下排矸的目标。法分选设备运用于煤矿井下煤矸石分离还不具备3.1 选择性破碎工艺系统.现实条件。根据煤与矸石的硬度差异，先利用破碎设备3.3重介质排矸将煤击碎，而矸石保持原有粒度，再用筛分设备重介质选煤分选精度高。我国于20世纪90将煤与矸石分离。年代初从美国引进重介质浅槽分选机，其分选粒英国利兹大学的L Wade教授研制了井下煤度上限达300 mm以上，且设备易操作、易维护、矸石分选机，并且已在Hay Royds煤矿进行工业分选效率高(9]。目前，该设备已逐渐广泛应用于性试验[61。该机包括弹性负载破碎机、原煤输送地面选煤厂的块煤排矸,但要将浅槽分选机运至，机、筛篦刮板机三部分。试验运转显示，该分选井下，排除毛煤中的大块矸石，面临以下问题: .机能基本实现煤与矸石的分选，但仍存在如下问(1)必须用磁铁矿粉配制成悬浮液作分选介题:由于煤和矸石块度不同，所需的破碎力也不质，需要有介质净化回收作业，因而工艺系统较同，弹性负载破碎机的弹簧参数设计比较困难;为复杂，设备台数多，占地面积大，运行成本煤流中出现块体重叠现象，导致矸石被破碎，影高响分离效果;不能实现恒压运行，对分选效果影(2)介质净化回收流程复杂，在井下实现比响较大。较困难，而且回收作业很难保证分选机的分选密太原理工大学董长双、姚平喜、刘志河[川研度时刻稳定在1.8 g/cm3以上,从而影响矸石排制出了井下液压式煤矸石分选试验机。该机采用放纯度，造成矸石中带煤损失，浪费资源。液压力作为选择性破碎的动力源，其乐差式分选(3)国产浅槽分选机可靠性差，其排矸链轮、回转油缸采用高、低压腔分离技术，使用配油盘链板、滑道的免维护使用寿命远低于国外设备,将液压分选回转油缸中的高压油和低压油分离开部件检修更换频繁，不仅影响排矸作业的有效运来，实现了破碎压力可调，更好地强化了选择性行时间，而且井下维护极不方便。破碎效果。但是整机结构复杂，需要专门的排队工艺布置占地面积大的弊端使得重介质浅槽分机构将煤块逐一排队送 至加压分选问转油缸下，选机排矸系统只能在具备井巷峒室土建施工条件的直接导致该机处理速度慢、生产能力小，阻碍了矿井采用。国内引进浅槽重介质分选机的使用情况从试验机到实际工业应用机型的转化。表明!0]，设备可靠性高，能连续、安全运转，是大以选择性破碎机为核心的选择性破碎工艺装型化、自动化的基础;分选密度自动控制是获得高备系统已经很成熟，将其应用于煤矿井下的研创数量效率、提高分选效果的前提;全系统本质安全,进展很快。但该系统只适合于对煤炭产品粒度无并能根据原煤中矸石含量调整排矸速度是最大限度特殊要求的矿井,对块煤率要求高的情况下不宜提高设备中国煤化工挥高性能的保采用，这大大限制了其推广范围。另外，设备破证。由此,MYHi CNMHGI“应用于井下碎物料时可能产生电火花，增加井下安全隐患;排研,还需多方面的研究0。.2011年第6期刘云霄，等:煤炭井下分选技术与装备41(1)研究耐磨材料及制造工艺，提高分选机二、三段下部设有排水口，动筛下部的煤泥水通易磨损部件的使用寿命;研究设备腔体结构，以过排水口排入煤泥池。在第七段上部没有溢流期在最大限度减少磨损上起到辅助作用。从而实口，超出设定水位的水通过此口溢流到外部水现设备连续、安全运转。池。组合箱体还作为动筛体、刮板运输机等的安(2)在保证设备高处理能力的条件下，优化装支撑体。地面重介质浅槽分选机的整体结构,实现设备体刮板运输机是将分离后的煤和矸石进行外送积的小型化，使单件最大体积不超过罐笼运输的的设备，分为块煤刮板运输机和矸石刮板运输允许尺寸。机。处于上层的轻物料(精煤)从溢流堰的上面经(3)完善介质净化问收T艺，实现分选密度溜槽溜到块煤刮板输送机中,然后由块煤刮板输自动控制，保证合格分选密度。送机运出，进人后续设备;处于下层的重物料(4)达到地面重介质浅槽分选机排矸的工作(矸石)从溢流堰的下面通过排矸轮排出，经溜槽性能和技术经济指标。溜到矸石刮板机中,然后由矸石刮板机送出动筛目前新汶矿业集团济阳煤矿、翟镇煤矿已建跳汰机进人后续设备;同时，透筛细物料由槽体立并运用井下重介质浅槽排矸系统。下面排料口经溜槽进人块煤刮板输送机中排3.4动筛跳汰机排矸出4。动筛跳汰机主要用于块煤排矸或动力煤分选新汶矿业集团协庄煤矿采用该种卧式动筛跳作业，分选粒度为25 ~300 mm粒级"。该机用汰机建立了井下煤矸石分离工艺系统。从投产最水量少，工艺系统简单。动筛跳汰机分为液压驱初4个月运行情况看，矸石分选率在96%以上,动和机械驱动两种，前者以液压作为动力源，需矸石带煤率3%左右[4)。动筛跳汰机运行时物料要配备液压系统;后者利用机械传动作动力源，和筛板在人料端- -起上下摆动，能耗较高。将地系统相对简单，辅助装置较少。因此机械驱动式面动筛跳汰机的提升轮改造为刮板输送机后，其动筛跳汰机是-种较为理想的井下分选排矸装脱水效果变差。置。常规动筛跳汰机倒锥形的箱体和立式提升轮3.5 空气脉动式跳汰机排矸使设备高度很大，直接限制了它在空间狭小的井空气脉动式跳汰机入料粒度范围宽，处理能下巷道内组织生产(12)。辽宁天安矿山机械科技力大，分选效率高,操作维修比较方便，可靠性有限公司设计了井下卧式动筛跳汰机(13]高,工艺系统较重介质选煤简单。井下卧式动筛跳汰机保留了地面机械驱动式于2000年开始推广的YT跳汰机具有将筛下动筛跳汰机的核心技术，即动筛体、机械驱动机与筛侧空气室结合在一起形成的复合空气室结构和自动排矸装置，而其余结构根据井下峒室的构，能够降低脉动风源的风压，有效减缓后续上需要，改进为-个长条形的机体和刮板式提升脱升水流的衰减，使得水流纵向和横向脉动均匀,水机构。其结构技术要点是:动筛体溢流堰高度吸啜适中，透筛损失小，同时摒除了筛下空气室可调;物料提升机构采用并列布置的块煤刮板运跳汰机机体高的缺点15,16]。单段YT跳汰机的筛输机和矸石刮板运输机，其机尾位于箱体底端，板倾角不小于10°，增大了入料端和排料端的高机身倾斜安装，直至机头高出水面，各刮板运输度差。表层水流远超出床层上表面,分层后的精机的两侧设置挡料裙板，动筛体与两台刮板运输煤不只靠横向水流输送，而是依靠人料端和出料机之间分别通过矸石溜槽、块煤溜槽、透筛物溜端落差以及床层脉动从人料端向排料端移动，因槽过渡衔接，各溜槽的下出口分别对应刮板运输而精煤也从料道排出。溢流口和精煤排料口分机的两侧挡料裙板内。开,溢流口能排出木块和塑料等漂浮物。筛下透井下动筛跳汰机的组合箱体沿支架斜面由若筛产物与重产物分别排出，透筛物混人精煤，提干段梯次组成，主要用于盛放洗水。各段间加密高了同收率[1中国煤化工勾能够减小封胶条，由螺栓连接。在第一段端面设有检修设备空间体积YHCNMHGA和单位面口，检修人员通过此口可进人动筛下部。在第积处理量，也减少了循环水用量。42煤炭加工与综合利用2011年第6期冀中能源邢东矿毛煤井下跳汰排矸系统采用高效煤泥沉降、脱水回收和洗水澄清等设备;1台YTQG -2S柔性空气室跳汰机。该机用柔性(3)开展煤矸石资源化利用技术与装备研究,空气室取代YT跳汰机的复合空气室。柔性空气形成资源化利用产业链，例如研究开发高效的矸室f9]是由柔性材料制成的气囊,通过气粪进、石回填技术装置，开发煤矸石共伴生矿物的回收排气时的膨胀和扁缩获得横、纵方向都均匀、平技术与装备。稳的脉动水流。由于空气不与水直接接触,所以能避免排气管排风带水，有效保护风阀系统在洁参考文献净的环境下工作，提高设备的稳定性。该机跳汰[1] 张东开，徐金海.矿井高产高效开采模式及新技术面积2 m',体积小;处理量60~120 th。跳汰[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.分选所得轻、重产物进入1台斗式提升机脱水,2] 韩兆来，李守洪，杨列胜.矸石回填采空区技术与应用并输送至后续设备。斗式提升机各链斗中间用钢[J].山东煤炭科技，2008(5): 21-22.板隔开，便于分别承接料道排出的轻、重产物。3]王贯东， 董凤宝、翟镇煤矿综采面高效机械化充填开采技术及应用[J].煤炭科学技术，2008(1): 15-16.斗式提升机的各段弧度适宜,组装完成所得整机4] 孙华璋，付振峰煤矿以矸换煤技术研究与应用[J].可在需要处弯曲较大角度，在达到与地上选煤厂山东煤炭科技，2007(5): 27-28. .垂直斗式提升机同样脱水效果的情况下，能随巷5] 杨俊利、发展煤矿井下选煤技术与装备的思考[J].选道高度进行弯曲，因此适宜在井巷低矮空间环境煤技术，2010(1): 53-54.6]丰建荣. 煤和矸石井下破碎分选理论及实验研究[D].里布置安装。太原理T.大学，2006.4井下煤炭分选技术装 备的发展前景[7] 董长双,姚平喜，刘志河.井下煤和矸石液压式自动分选技术[J].煤炭科学技术，2007, 35(3): 54-56.目前，国内外对井下选煤技术与设备的研究8] 谢广元，等.选矿学[M]. 徐州:中国矿业大学出版开发相对较少。国内已建成或建设中的井下煤炭社，200.分选系统还只限于对毛煤中块矸(一般大于509] 梁金刚，赵环帅，何建新.国内外选煤技术与装备现状及发展趋势[J]. 选煤技术，2008(1): 60-64.mm粒级)的预排除，煤炭井下全粒级分选工艺[10]中国煤炭加工利用协会. 井下重介浅槽分选机的研制与装备还需在现有工作基础上进行更深人研究。OL ]. http: //wenku. baidu. comn/ view/80e798d分析表明，单段空气脉动式跳汰机、井下动184254b35eefd34ef. html.筛跳汰机和选择性破碎机已是比较成熟的井下毛[1]于尔铁. 动筛跳汰机在我国的应用现状与展望[J].煤煤分选技术装备,在实际运用中也获得了相应的质技术，2006(4): 1-6.效果。如果对它们在工程实践中暴露出的缺陷做[12] 焦红光，惠兵，窦阿涛，等.关于毛煤井下动筛排矸工艺的探讨[J]. 选煤技术，2009(4): 61 -64.相应的优化改进，则以这些设备为分选主机的井[13]辽宁天安矿山机械科技有限公司、 井下机槭动筛跳汰机下排矸工艺即可实现令人满意的效果，并作为完[P].中国发明专利: 200810230350, 2009 -07 -22.善的系统加以推广。[14] 王维,薛德强.煤矿井下原煤煤矸分离工艺配套技术要做到煤炭井下全粒级高精度分选，把选煤研究[J].山东煤炭科技, 2009(6): 80-82.厂“搬到”井下，实现将采煤与选煤两大专业技[15] 戴少康.选煤工艺设计实用技术手册[M].北京:煤炭工业出版社，2010.术在煤矿井下有机结合，融为一体,还需做更深[16] 姚昆亮，郭庆文，吴鼓勇. YT型跳汰机的科技创新与人的研究开发。从现有的技术设备看,空气脉动推广应用[J]. 煤，2006(3): 77-78.式跳汰机、浅槽重介质分选机、空气重介质流化[17]唐山易通科技开发有限公司 一种跳汰排矸洗煤方法及床分选机等都具备很大的研创价值,以它们为基排矸跳汰机[P].中国发明专利: 20610066987, 2006础做进--步的研究创新可以作为--个努力方向。-08-16.[18]唐山 易通科技开发有限公司.一种有独立排矸道的排矸同时，还要做好以下几方面的工作:跳汰机及其选煤方法[P].中国发明专利:(1)根据矿井特点,继续研制开发井下选煤成中国煤化工套技术与设备,设计适应井下环境的生产工艺;[19] 姚HCNMH方法[P].中国发(2)注意配套研究发展关键的辅助设备，如明专利: 200910127782, 2009-08 -19..