邢东煤矿井下排矸工艺系统的优化与完善

张 克，王 英，娄德安，霍红涛

(1.冀中能源股份有限公司，河北 邢台 054000；2.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；3.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012)

邢东煤矿井下排矸工艺系统的优化与完善

张 克1，王 英1，娄德安2，3，霍红涛1

(1.冀中能源股份有限公司，河北 邢台 054000；2.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；3.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012)

为解决邢东煤矿井下排矸工艺系统处理能力不足、关键设备可靠性差的问题，在遵循改造原则的前提下，制定了工艺系统优化方案。经过对筛分作业、破碎作业、脱水作业等环节优化与完善，系统排矸能力大幅提升，节约了宝贵的运输资源，也为企业带来了较好的经济效益。

井下排矸；工艺系统；关键设备；可靠性；处理能力

邢东煤矿隶属于冀中能源股份有限公司，矿井实际产能为1.20 Mt/a。2011年12月首次将跳汰排矸工艺应用于井下排矸系统，系统处理能力为3.00 Mt/a。2012年系统排矸量为2.5万t，不但相对提高了矿井煤炭运输能力，节约了有限的运输资源，而且为井下充填提供了原料[1]，避免了矸石废料升井造成的环境污染。

但是实际使用中发现该工艺系统存在一些问题，跳汰机、斗式提升机等关键设备处理能力有限，仅有30%的毛煤进入排矸系统，不能满足矿井的排矸需要；跳汰机、刮板筛分机等关键设备故障率高，可靠性差，严重影响选煤生产的正常进行。为了进一步提高工艺系统处理能力和设备可靠性、适应性以及企业经济效益，必须对邢东煤矿井下排矸工艺系统进行优化与完善。

1 生产现状

1.1 系统处理能力不足

从现场实际生产情况来看，由于工艺系统所处位置及跳汰机、斗式提升机等关键设备处理能力的制约，仅有30%的毛煤进入排矸系统，无法满足矿井排矸需要。此外，邢东煤矿井下毛煤主要来自-980水平工作面，由于生产时间集中且出煤量大，而跳汰排矸系统缺少缓冲仓，设备入选量不能及时调节[2]，毛煤直接运至排矸系统，致使其入选量波动较大。

跳汰排矸工艺系统设计时考虑井下空间的限制，采用一台S型斗式提升机[3]提升两种物料，即在链斗中间设置隔板，分别装运矸石和块煤，这样可以节省一定空间，但是在煤质波动较大的情况下，经常出现因块煤斗或矸石斗满载溢出而相互污染的问题。为了保证入选原煤质量，只能降低系统处理量。

1.2 关键设备可靠性差

邢东煤矿井下跳汰排矸工艺系统自投入运行以来，跳汰机、刮板筛分机等关键设备故障率高，可靠性差，给正常生产带来了严重影响。

跳汰机采用柔性气囊空气室，通过气囊的膨胀、收缩产生脉动水流，这在一定程度上能够降低设备高度，节省厂房空间[4]。但是每天上万次的膨胀、收缩循环，致使气囊非常容易被损坏，而四个气囊中的任意一个出现破损时，就需要停车处理，严重影响正常生产。

刮板筛分机的筛分段结构比较特殊，运输过程中阻力较大，加之块煤在出料端被强行挤碎，不但导致设备磨损严重，而且生产事故较多。另外，为了解决运输中的漂链、跳链问题，在链条上方设置了压链装置，导致运输过程中摆轴压力较大；如果摆轴受损弯曲，连杆装置就容易变形，进而损坏驱动装置。

原设计采用双齿辊破碎机对大块煤进行破碎，但由于块煤含矸量大，且矸石粒度大(粒径可达1 000 mm)、硬度大，致使齿辊磨损严重；此外，破碎物料中出现大量超大块时，易使跳汰机矸石排料轮被卡住。

2 优化原则与方案

2.1 优化原则

根据邢东煤矿现场实际生产情况，充分分析原煤煤质特征和煤质波动情况，合理确定系统处理能力，提高工艺系统的适应性。在不影响工艺系统性能的前提下，尽可能利用原有设备，在减少施工量、缩短工期的同时降低投资成本。在设备选型过程中，为了保证选煤生产的连续性和稳定性，选择先进、可靠、节能、经济的设备。在所选设备符合井下安全操作规程、规定的前提下，尽可能选择同类型、同系列设备，以便设备维护并减少备品备件[5]。

2.2 优化方案

针对工艺系统存在的问题，在遵循优化原则的条件下，制定优化方案。为保证全部毛煤或多个采区的毛煤进入排矸系统，工艺系统应布置在主暗煤仓上口或下口，且其所处位置要保证各设备能够正常运行。

结合现场实际情况，将工艺系统布置在主暗煤仓上口，在此实现毛煤的筛分；筛下物直接进入主暗煤仓，筛上物被转载至新建块煤仓，并在仓上实现一段破碎；通过带式输送机将其运至现有筛选系统，实现煤炭的有效洗选。该方案可以实现所有毛煤全部进入排矸系统，且块原煤仓的建立彻底解决了系统入料的缓冲问题。

3 工艺系统优化与实施

(1)根据邢东煤矿目前和未来数年内的采掘工作面布置情况，合理确定排矸系统的处理能力。邢东煤矿主井提升能力为1.30 Mt/a，每小时的提升能力为270 t，但井下工作面出煤量为600 t/h，为使系统排矸能力与工作面出煤能力相适应，确定排矸系统处理能力为600 t/h。由于原煤煤质可能出现较大波动，各设备选型要考虑煤质变化情况。

(2)目前使用的摆轴筛处理能力较小，在原煤水分高时筛缝易被堵塞，进而导致筛分效果变差，给后续的煤泥水处理带来沉重的负担。经调查研究和对比分析，选用正弦筛替代振动筛对原煤进行筛分。正弦筛的处理能力大，可靠性高，维护量小，筛面倾角、筛轴转速设计合理，筛分效率高达95%，且设置有清扫装置，可有效防止粘湿煤粒粘附在筛轴上[6]。

根据现场实际情况，将正弦筛布置在主暗煤仓上口，并在其入料口前方增设孔径300 mm的篦子，从而降低正弦筛的负荷。>300 mm粒级物料与正弦筛筛上物一起进入新建块煤仓上口，正弦筛筛下物直接进入主暗煤仓。

(3)现有破碎作业环节采用一段破碎方式，破碎机负荷较大，且超大块很难被破碎，设备磨损严重。为此，选用两段破碎方式对原煤进行破碎，一段破碎机入料为>300 mm粒级物料，出料最大粒度为300 mm；二段破碎机入料为140～300 mm粒级物料，出料最大粒度为140 mm。

经过对现有破碎设备对比分析，一段破碎机选用颚板轮式破碎机。该破碎机具有价格低、体积小、效率高、入料粒度大等优点，且出料粒度均匀，粒度大小调控方便，非常适合井下大块煤和矸石的破碎。此外，该设备检修量非常小，可靠性很高[7]。为了降低一段破碎机的负荷，在其入料口前布置孔径为300 mm的篦子，<300 mm粒级物料与破碎物料一起进入块原煤仓。为进一步节约投资成本，二段破碎机采用原有破碎机，同样在其入料口前布置孔径为140 mm的篦子，<140 mm粒级物料与破碎物料一起进入洗选系统。

(4)为解决柔性空气室跳汰机故障率较高、处理能力偏小的问题，采用成熟的SKT跳汰机替换原设备。此次选用的SKT跳汰机面积为4.80 m2，处理能力在200～250 t/h之间。该跳汰机具有如下技术特点：采用新型无背压软接触数控盖板阀，无运动磨损，省力节能，不易损坏；采用多室共用风阀，故障率较低，高压风用量较小[8]；采用强制性排料轮，其转速可实现无级调整。为了提高跳汰机的可靠性，对其入料端和矸石排料管道等易磨损部位进行了防护处理。

原井下跳汰排矸系统所需低压风为降压处理的矿井高压风，但风压仍高达8 kg/cm2，而跳汰排矸系统所需风压仅为0.50 kg/cm2，造成严重的电能浪费。考虑到井下相对封闭的环境，要求鼓风机噪声小，且要与跳汰机匹配，选用离心式鼓风机为其提供风源。

(5)矿井物料提升过程中，煤与矸石共用一台斗式提升机，运输能力在140 t/h左右，在原煤煤质波动时，煤与矸石互相污染，致使物料提升量被限制，无法满足生产要求。因此，煤与矸石需要单独提升，考虑到原煤煤质波动情况，斗式提升机的提升能力不应低于跳汰机处理能力的80%。同时，为了降低设备能耗，斗式提升机要采用变频调速器控制[9]。

更换所有的物料运输胶带，将宽度600 mm的胶带更换成800 mm的胶带，保证带式输送机运输能力与系统处理能力相匹配[10]。脱水物料的储装运，采用现有设备、设施完成。工艺系统优化后的原煤处理原则流程如图1所示。

4 结语

井下排矸工艺系统优化与投产后，2014年入选毛煤1.30 Mt，排出矸石12万t。在矸石不升井的情况下，每吨矸石可节约16元的运输成本；将其折算成提升的原煤，每吨原煤可增收20元，扣除毛煤加工费6元/t，仅此一项每年可创造1 772万元的经济效益。

图1 工艺系统优化后的原煤处理原则流程

邢东煤矿井下排矸工艺系统优化与完善后，实现了毛煤井下全部入选，且工艺系统可靠性大大提高，有效解决了生产系统存在的问题，进一步提高了原煤质量控制手段，并创造了可观的经济效益。

[1] 胡建国.选煤技术在井下应用的研究与设计[C]//刘 峰.第七次煤炭科学技术大会文集(上).北京：煤炭工业出版社,2011.

[2] 娄德安,朱长勇.小型跳汰选煤厂设计建议[C].选煤技术,2007(3):64.

[3] 曲会东,解京选,仇恒建.新型井下排矸跳汰机系统的研发与应用[J]. 煤矿机械，2014,35(12):220.

[4] 姚 劲,姚昆亮.柔性空气室跳汰机的开发与应用[J].煤炭加工与综合利用,2014(11):2-3.

[5] 刘新建.赵固一矿选煤厂工艺设计与优化[J].选煤技术,2008(5):72.

[6] 张延声.复合正弦筛在洗煤厂输煤系统中的应用分析[J].煤炭技术,2005(11):86-87.

[7] 徐晓华,刘芳忠,陈国敏. PELM980/2000型颚板轮式破碎机改造[J].煤炭与化工,2013(10):98-99.

[8] 李小乐,鲁 杰.SKT跳汰机在动力煤分选中的应用[J].选煤技术,2008(4):52-54.

[9] 杨国伟.自动变频调速胶带机在选煤厂的应用[J].科技创新与应用,2015(2):91.

[10] 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,2010:261.

Improvement of underground refuse disposal technology in Xingdong coal mine

ZHANG Ke1, WANG Ying1, LOU De-an2,3, HUO Hong-tao1

(1.Jizhong Energy Resources, Co., Ltd., Xingtai, Hebei 054000, China;2.China Coal Technology and Engineering Group Tangshan Research Institute Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063012, China; 3. Coal Preparation Engineering & Technology Research Center of Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012, China)

To improve processing capacity of underground refuse disposal technology system and the reliability of key equipment, under the condition of modification principle, the process system is optimized, including screening, crushing, dewatering etc., which increases capacity of refuse disposal, and bring remarkable economic benefits with little transportation.

underground refuse disposal; process system; key equipment; reliability; processing capacity

1001-3571(2015)05-0063-03

TD942

B

2015-07-01

10.16447/j.cnki.cpt.2015.05.016

张 克(1986—)，男，河北省饶阳县人，助理工程师，从事选煤厂煤质管理工作。

E-mail:18732948710@163.com Tel：18732948710