【委员视角】想了解煤炭采选一体化，本文不可错过！ / 开普饭

编者按

煤炭工业技术委员会作为行业最具权威的参谋咨询机构，聚集了全行业一流的科技专家和学科带头人，得到了原煤炭部、煤炭局历任领导的高度重视，在煤炭工业改革发展中发挥了重要作用，是推动行业科技进步的智囊团，是行业人才培养的摇篮，是推动煤炭工业创新发展的重要驱动力。

第三届煤炭工业技术委员会选煤专家委员会由37位委员组成，他们对选煤都有专业的技术眼光、先进的实践方案和优化的解决措施。作为选煤行业第一自媒体品牌，“五六选煤”之前陆续发布了部分委员的精彩观点，受到了选煤同仁的肯定和好评。为了促进选煤技术交流，“五六选煤”特开辟【委员视角】栏目，继续选取部分委员的精彩观点予以发布，请大家持续关注。

本文作者刘峰

系北京圆之翰煤炭工程设计公司常务副总经理。

1、煤炭采选一体化绿色生产的必要性

煤炭是我国的基础能源和重要原料，在国民经济中具有重要的战略地位。传统的煤炭生产造成了严重的环境问题、能耗问题和资源浪费问题，采选一体化的煤炭绿色生产新模式可有效解决这三方面问题。

1.1　有效解决矿山环境问题

1）地面采动破坏。煤矿井工开采导致严重土地采动破坏。根据最新统计资料，我国采煤塌陷区面积总计超过1万Km2，且新采煤塌陷区面积增加速度较快，直接危及矿区生产和居民生活。

2）矸石山污染。由于原煤从井下运输至地面后才进行洗选加工，形成矸石山，污染环境。原煤平均含矸率在15%以上，矸石在地面洗选排除，堆积成矸石山。堆积量每年还以1.5-2.0亿t的速度增长。选后矸石在堆放时易产生自燃，不仅占用大量的土地，且严重污染生态环境。

3）粉尘与噪音污染。选煤厂生产中产生的粉尘，是煤矿主要污染源之一，尤其是选煤厂储装运系统，导致空气中可吸入颗粒含量超标。选煤厂生产造成的噪音污染也不容忽视，选煤厂主厂房噪音一般不低于100dB，原煤准备车间大于150 dB，不仅严重影响工人的身心健康，对厂外环境也产生较大影响。

4）煤泥水污染。选煤厂产生的煤泥水是多年治理的老大难问题。虽然在洗水闭路循环方面取得了明显的进步，但外排煤泥水造成土壤污染和水污染的情况时有发生。

1.2　实现矿山生产的节能降耗

1）我国煤炭采选每年耗电约为800亿kWh，平均吨煤电耗约为25kWh,其中采矿电耗为18kWh，洗选加工和地面运输约为7kWh.因此，进行采选工艺的研究和改革，降低吨煤电耗，是煤矿节能和提高能源利用效率的重要途径。矿井电耗中，约30%为运输提升耗电。如果对采选工艺加以改造，将选煤系统设在井下，约有15%-20%的矸石不运输到地面，将减少采矿电耗约17%，减少洗选加工和地面运输的耗电约18%，吨煤电耗可降低4.26kWh，则每年可节电亿136亿kWh。

2）将矸石从井下运至地面，不仅需要耗费大量的动力，而且降低矿井的实际产能。以毛煤中矸石含量为15%计算，对于年生产能力为6.0Mt的矿井而言，每年的无效运输量可达0.9Mt，相当于一个中型矿井的年产量（按运费40元/t计，每年将增加运费3600万元）。

3）大量矸石与煤一起运到地面选煤厂分选，会增加洗选负荷，加大企业成本。不仅能耗增大，而且水（介）耗也大大增加。尤其是矸石易泥化的原煤进入选煤系统后，会大幅提高介耗并且加剧煤泥水处理系统的负担，甚至造成煤泥水外排，严重污染环境。

煤炭在开采加工中的节能潜力巨大，将选煤系统建设到井下，可以将原煤中的矸石升井之前排出，降低吨煤电耗，是煤矿节能和提高能源利用效率的重要途径。

1.3　提高煤炭资源利用效率

三下（建筑物下、铁路下、水体下）压煤及各种保护煤柱是我国煤矿老矿挖潜、新井快建中涌现出的普遍性问题，我国有2000多个村庄压煤，压煤量达50多亿t。矸石井下充填可用于置换大量保护煤柱的煤炭资源，提高煤炭资源回收率，是解决三下压煤问题的主要技术手段之一。矸石充填开采主要是利用矸石对井下开采空间进行充填，从而在保证受护体安全使用前提下采出煤炭资源的方法。若将矸石充填于常规方法不能开采的保护煤柱中，既处理了矸石，又采出了煤炭，相当于以矸换煤，提高了资源回收率，能够取得良好的经济效益。

2、煤炭采选一体化绿色生产关键技术

采选一体化煤炭生产新模式，就是将采煤工艺选煤工艺充填技术进行有机结合，实现煤炭生产高效、绿色、零排放的目的，国内外尚无采选一体化生产模式和完整的井下选煤工程实践。

2.1　井下选煤关键设备

1）井下用高效筛分脱水设备的研究。通过对组合式多角度复合振动筛结构参数、动力学分析，实现设计参数的优化。进行组合式多角度复合振动筛的数字化与运动仿真的测试，完成组合式多角度复合振动筛防爆及安全的评价。

2）井下用高效浓缩分级机。根据煤泥水性质，确定井下高效浓缩分级机结构参数，建立沉降动力学模型。优化自动排料系统，提高运行可靠性，完成动力系统防爆及安全的评价。

3）新型链式静态脱介脱水筛。根据产品及煤流的运量和运行方向，合理确定新型链式静态脱介脱水筛的宽度及长度，计算并确定合介段、稀介段长度，喷水形式及喷水量，并进行长距离脱水、介质回收系统的整体设计。已申请专利，为国际首创。

4）大直径重介质旋流器。根据原煤处理能力，直径为1500mm（3.0Mt/a）和2000mm（5.0Mt/a）三产品或两产品多供介重介质旋流器，见下图。该旋流器已获得专利，为国际首创。

2.2　井下选煤巷道布置及支护技术

针对井下选煤设备的空间占用情况，解决井下选煤大宽度、大高度（断面小于5000×4000）、震动荷载条件下基础变形小于10mm/m的硐室围岩处理及支护问题。

2.3　井下选煤无人值守自动化系统

对井下选煤自动化系统，增加设备工况、巷道及基础变形、工艺指标等监测监控内容、提高监控水平，实现全厂自动化，无人值守。

2.4　采空区充填或充填开采关键技术与装备

根据矸石产率，确定合理的条带宽度和充填方法，采用实用的充填装备，实现采空区的矸石条带充填开采，达到地面无塌陷和采动破坏的目的。

3、工程实例

典型的井下选煤工艺流程如下图所示。

井下动力煤工艺流程

井下炼焦煤工艺流程

3.1　10Mt/a井下选煤系统（配矸石充填开采系统）

1）矿井基本情况。某矿井现年产量为800万t，放顶煤开采，立井提升，3个开采面。现有地面选煤厂工艺，50-300mm动筛分选，精煤地销；13-50mm跳汰分选，精煤做喷吹（或化工）；-13mm旁路做电煤。目前正在进行地面选煤厂改造，改造后工艺为：50-300mm动筛分选，精煤地销；13-50mm跳汰分选，块精煤做化工原料；1-13mm三产品重介旋流器；0.15-1mmTBS分选机；-0.15mm浮选。新工艺和原工艺的区别，用部分或者全部0-13mm的原煤洗喷吹，13-50mm的出块精煤供化工。产品多样，灵活度更大，市场适应强。

2）存在的问题。目前矿井提升能力仅为800万t/a，而且地面矸石堆放污染问题比较严重。业主想在井下建设排矸系统，矸石井下充填。提升主井有效运输能力，使矿井生产能力达到1000万t/a，同时解决矸石外排问题，并且置换出工业广场、生活区、铁路下面的原煤资源。

3）井下选煤厂方案。井下选煤厂设计规模10.0Mt/a，设计2套重介系统及一个年产量为2Mt的充填开采工作面。选煤工艺，大直径两产品旋流器排矸。选煤厂选址在主井口的西侧，标高520m左右。原煤入洗粒度0-300mm，采用φ2000mm多供介两产品无压给料重介旋流器，脱泥入选。精煤脱介脱水采用B=2500mm新型链式静态脱介脱水筛，脱介脱水后的精煤入矿井螺旋煤仓，由主井提升至地面。矸石也采用B=2500mm新型链式静态脱介脱水筛进行脱水脱介，脱介段长27m，然后去充填工作面。合介和磁选精矿回合介桶，磁选尾矿去脱泥刮板做喷水，煤泥水由泵打到地面选煤厂分级旋流器入料桶，进入煤泥处理系统（分选机和浮选）。1.5-300mm精煤由主井提升，灰分都小于14%。13-300mm利用原筛分系统分级就可以作为产品。50-300mm块精煤地销，13-50mm作化工用煤。1.5-13mm进入主厂房重介旋流器再分选，精煤作为喷吹煤，重产物作为中煤产品用作电煤。TBS分选机精煤和浮选精煤做喷吹。原煤筛分表里+13mm和-13mm原煤各占约50%，所以用-13mm原煤去洗喷吹，和现有选煤厂+13mm洗喷吹产量一样。1.5-13mm重介旋流器入洗量可调。

10Mt/a井下选煤系统总平面

10Mt/a井下选煤系统巷道布置图一

10Mt/a井下选煤系统巷道布置图二

10Mt/a井下选煤系统巷道布置图三

10Mt/a井下选煤系统巷道布置图四

4）矸石充填。矸石由带式输送机运至充填工作面，以矸换煤，替代矿井工业广场保安煤柱，或充填村庄、铁路下面采空区。该工作面产量为2Mt/a。

5）投资估算。10.0Mt/a井下选煤系统投资估算，巷道2923万元，设备3448万元，安装1200万元，其他500万元，合计8071万元。

3.2　4Mt/a炼焦煤井下选煤系统

1）矿井基本情况。设计采用竖井开拓方式，采用国内先进的中厚煤层综合机械化开采工艺，实现高产高效。设有主井、副井和风井三个井筒，主井井筒直径为5.0m，副井井筒直径为6.0m，风井井筒直径为5.5m。主井担负提煤，副井担负辅助提升等任务。服务年限为42.2年。

2）井下选煤厂方案介绍。入选原煤通过原煤带式输送机送入洗选巷道（硐室）车间后，通过分级破碎机破碎至后，进入多供介无压给料三产品重介质旋流器（Φ2000/1400mm）进行处理，分选出精煤、中煤、矸石三种产品。精煤和中煤分别经过新型链式静态脱介脱水筛（筛缝1.5mm）进行脱水脱介后，进入离心机进一步脱水后作为最终的精煤和中煤产品。矸石经过新型链式静态脱介脱水筛脱水脱介后作为最终矸石产品。精煤脱介筛筛下稀介质和分流的合格介质经精煤磁选机回收，磁选尾矿用泵扬至浓缩分级旋流器处理，底流进入振动弧形筛和煤泥离心机进行脱水处理后作为最终的精煤产品，中、矸脱介筛筛下稀介质经中矸磁选机回收，磁选尾矿扬至浓缩分级旋流器处理，底流进入高频筛脱水处理作为最终的中煤产品（或矸石）。磁选精矿进入合格介质桶。浓缩分级旋流器溢流、高频筛的筛下水和-0.3mm煤泥进入浮选入料桶。浮选精煤压滤脱水作为最终精煤产品。浮选尾矿去尾煤高效斜管浓缩机，底流压滤脱水，滤饼作为煤泥产品，滤液至浓缩池进行再次浓缩。斜管浓缩池和压滤机溢流水循环使用。

矸石由带式输送机运至充填工作面进行充填开采。

3）投资估算。4Mt/a炼焦煤井下选煤系统投资估算，巷道4021万元，设备4696万元，安装1976万元，其他1605万元，合计12298万元。

4、结论

将矸石充填于井下，不仅可以释放出大量煤炭资源，而且可以节省矸石运输成本，彻底解决矸石对环境的污染和占地的难题，并为矿井的扩能创造条件，具有显著的经济和社会效益。

煤炭采选一体化的绿色生产新模式可以解放煤炭资源，节省土地资源，节能减排，保护生态环境，消除煤炭生产对环境的污染、矸石占地及地面采动破坏。与传统煤炭生产相比，降低能耗30%以上，选煤厂投资降低50%以上，示范企业应用直接经济效益2亿元/a以上。

新型绿色生产模式不仅可用于煤炭行业，而且可以推广到其他矿产领域。

（编辑：六六）

五六专供

（点击图片即可查看）