适用于井下排矸的几种分选方法简介

张舒洁

（中煤科工集团北京华宇工程有限公司，陕西 西安710075）

从我国能源发展趋势看，煤炭仍是我国的主体能源，是保障能源安全的基石，煤炭工业发展面临诸多机遇。根据加快建设绿色矿山的实施意见，要“区别情况、分类指导，对于新建矿山，要求按照绿色矿山标准要求进行规划、设计、建设和运营管理；对于生产矿山，要求结合实际，区别情况，积极推动升级改造，逐步达标”。“绿色”思维要贯穿于整个煤矿开采及生产全过程，随着绿色开采、以煤换矸思维的创新与延伸，以及洁净煤技术的创新发展，井下选煤也就应运而生。

井下选煤严格意义上讲应该叫做井下排矸，受井下硐室大小、井工作业条件限制，目前还只能做到简单意义上的排矸，并没有达到真正意义上的洗选。随着机械化采煤技术和放顶煤开采技术的应用，原煤矸石含量高，为后续地面洗选带来不便。井下排矸避免了矸石提升，有效减少了原煤中的含矸率，减少了提升能耗和无效的地面运输，井下矸石井下填充，复合绿色开采政策导向，可以有效控制采空区地面沉陷，减少耕地损毁，节约企业成本[1]。

1 井下排矸特点

由于井下环境恶劣，空气湿度大，空气中杂质和CO2、NO、NO2、SO2等气体含量高，使得井下排矸具有以下特点：（1）井下工作空间有限，设备大小及布置方式局限性大。（2）井下工作环境恶劣，要求更高的自动化和智能化，以便减少人的参与。（3）井工环境潮湿阴暗，会对设备产生腐蚀等损坏，对设备材质和强度要求高。（4）井下煤泥水处理和粉尘处理难度大。（5）采煤和排矸需要统一协调，保证开采、排矸和回填各环节协调运行。比如排矸量大，回填工作未协调好，导致矸石无处堆放；排矸量小，导致回填工作无法继续进行。因此，需要三个环节的协同工作。

2 井下排矸方法

随着我国综合国力的提升，国家政策的支持，如增加煤炭入洗率，加快供给侧改革，实现绿色煤炭资源，推进绿色、安全、高效煤炭进程等，选煤技术大力发展，分选设备也日益成熟，部分装备已达到国际先进水平。但地面生产系统现有的选煤方法并不完全能够适应井下的工作条件，需要“因地制宜， 因材施教”。

2.1 人工手选

人利用肉眼辨别矸石，从皮带两侧将矸石及废物拣出，手选是靠人持续、机械式的劳动，受人为因素影响，经常会出现疲惫和疏忽，且井下工作环境恶劣，分选效率和精度低，生产成本高，不合适大型矿井的生产要求。

2.2 选择性破碎

根据煤和矸石硬度差别，利用相同冲击破碎环境下煤易碎而矸石不易破碎的原理，过筛后实现煤和矸石分离，选择性破碎工艺简单，但设备体积庞大，代表设备有滚筒碎选机、选择性破碎机、弹性附在破碎机等，其分选精度低，处理能力小，矸石带煤率高，仅适用于对块度要求低的小型矿井。

2.3 射线分选

目前市场上的射线智能分选设备分为γ 射线智能分选设备和X 射线智能分选设备两种，其原理都是由于煤和矸石所含元素和分子结构的不同，对射线吸收量不同，剩余能量也截然不同，同时利用图像识别技术，进而将煤和矸石区分开来[2]。两种射线分选识别原理相似，但射线的产生原理不同。γ 射线是原子核裂变形成的天然射线源，其半衰期长达432 年，其辐射剂量大，对人体健康危害性大；而X 射线是由高速运动的电子撞击靶面形成的，受电源控制，电源关闭，X 射线也随之消失。

射线分选的共同特点就是不用水，大大简化了分选工艺流程，系统简洁所需的布置空间小，占地面积小，智能化程度高，建设工期短，适用的煤种范围广，易于调整预设参数，对原煤水分没有要求。γ 射线智能分选设备适合分选粒度范围为30～200mm，分拣后矸石中纯煤含量约1%，一次性选净率约90%以上。X 射线智能分选设备分选粒度范围为25～300mm，矸石带煤率和煤带矸石率均在1-3%。目前，X 射线智能分选设备有用于井下排矸的案例，宣传力度较大，如山东东山王楼煤矿应用TDS 智能分选设备实现+50mm 块煤预排矸。

2.4 跳汰分选

跳汰分选是是指物料在垂直上升的变速介质流中，按密度差异进行分选的过程。物料在粒度和形状上的差异，对分选结果有一定的影响。常用的设备有动筛跳汰机和空气脉动跳汰机。动筛跳汰机中水流不脉动，动筛上升时，颗粒相对于筛板没有相对运动；而水介质相对于颗粒是向下运动的，动筛下降时由于水介质的阻力作用，形成性对于动筛的上升流，颗粒在水介质中做干涉沉降，按密度实现分层，动筛跳汰机的分选粒度范围一般是300～25mm，循环水用量为10～20m3/（m2·h），用水量小，对原煤适应性强，生产成本低。动筛跳汰机按照动动装置可分为机械驱动和液压驱动两种，由于井下工作环境限制，宜选择机械驱动式动筛跳汰机。如内蒙古李家塔矿井采用动筛跳汰机实现+50mm 块煤井下排矸。

定筛跳汰机筛板是固定的，水流是有周期性的脉动的，目前常用的是空气脉动跳汰机。空气脉动跳汰机则是利用压缩空气使水介质形成垂直脉动水流，进而轻重物料分离。分选粒度范围一般是0～120mm/25～200mm，处理量大，用水量为2～3.5m3/t，用水量较大，产品结构灵活。分选效率和分选精度易受煤质、循环水煤泥含量和横向流特性的影响，通常适用于分选易选煤，分选精度较重介质分选精度低[1]。定筛跳汰机目前也有专门针对井下条件开发的井下排矸跳汰系统和成套设备，为井下排矸提供了极大的便利。杨康等使用空气跳汰机在冀中能源邢东矿井成功对30～200mm 块煤进行了井下排矸[3]。

2.5 重介浅槽分选

重介浅槽分选原理是利用精确配置密度的重介质悬浮液来实现轻重产物的分离，煤的密度小上浮并随流动介质越过溢流堰，成为精煤；矸石的密度大下沉成为重产物，由分选槽底部的链刮板运出成为矸石[2]。通常浅槽的有效分选粒度范围为13-200mm，个别情况下粒度下限可低至6mm，分选上限可达300mm，其分选精度高，处理能力大，但需要配套煤泥水系统及介质回收系统，系统复杂，投资成本较高。由于高密度悬浮液难以配置，故难以实现高密度排矸。目前，有应用于井下排矸的案例，如济阳煤矿和翟镇煤矿井下采用重介浅槽实现25～～300mm块煤排矸，先后建成并投入使用[5]。

2.6 干法分选

干选是以空气为分选介质，在气流作用下使固体废物颗粒按密度和粒度差异进行分选的一种方法。分选粒度为6-100mm，不需要用水，适宜于高寒缺水地方，适宜于易泥化煤、易选煤，投资成本低。我国独创的复合式干法选煤设备在分选精度、自动化水平及环保效果等方面已取得了很大的进步。处理能力10～1000t/h，能够满足不同规模需求，也陆续建设了一大批示范项目[5]，为井下排矸扩大了选择范围。

3 结论

井下排矸目前还处于发展探索阶段，分选方法各有利弊，但主要局限于块煤排矸，针对末煤分选还没有合适的方法。选择哪种分选方法，需要结合井下条件、煤质情况、生产规模和工艺需求综合选取。选择适合矿井煤质，满足工艺需求，选择能够协调开采、排矸和回填三个环节的工艺，力求布置简洁，工艺可靠，能够保证在井下安全分选，可靠高效运行，此即为合适的方法。井下排矸对企业的经济效益、煤炭行业乃至社会的发展有着重要意义，适宜井下选煤设备的自动化、智能化，无人值守化，以及对井工条件的适应性将是不懈追求的方向。