TDS 智能干选在郭屯煤矿的应用前景

姜启彬 路皓然

（山东能源临矿集团郭屯煤矿，山东 菏泽 274700）

郭屯煤矿采用立井开拓，大部为中厚煤层，煤种好，但井田范围内地质构造较为复杂，断层分布较密。随着复杂煤层开采比例的加大、回采工作面过断层、采区巷道开拓、掘进巷道过地质构造带，原煤中的矸石量增加。产出的矸石需由主井或副井提升至地面，影响矿井的经济效益。为加快绿色矿山建设，解决原煤中矸石含量高、矸石山污染环境的问题，结合郭屯煤矿生产实际情况，可在井下建立洗选（排矸）系统。选出的矸石直接用于井下喷浆或充填采空区，实现原煤井下洗选—矸石充填一体化。井下洗选（排矸）既可以解决矸石排放占地、污染环境等问题，又可以安全置换“三下”压煤，是煤矿企业实现节能、降耗、减排、提升效益的主要途径。

郭屯煤矿可考虑引进TDS 智能干选设备，安装于主运输皮带系统中，将井下原煤进行筛分后，对35mm 以上的块煤矸进行分选。选出的煤提升到地面后进入选煤厂进行洗选，可以有效提高精煤回收率。选出的矸石，通过矸石充填系统，充填入回采工作面老空区，可以有效防止冲击地压，并可减小采动对地面的影响。

1 TDS 干选设备原理

TDS 智能干选机不同于传统选煤方法，它并不是按密度差异进行分选的，而是将原煤排队后，通过X 射线传感器，利用大数据计算分析，针对不同的煤质特征建立与之相适应的分析模型，对煤与矸石进行数字化识别，最终通过高灵敏、高可靠执行机构通过高压风将煤矸分开的技术。

TDS 智能干选机是干法高精度智能煤矸分选设备，其分选精度接近浅槽，高于动筛、跳汰及其他干选设备。矸石带煤率1%～3%，煤中带矸率3%～5%。TDS 智能干选与传统工艺相比（井下重介浅槽排矸）具有分选精度高、井下硐室占用少、无介质无煤泥、减人增效、节水环保等优点。因此，TDS 智能干选机在井下应用，有明显优势。

2 干选系统设计

2.1 干选系统硐室布置

为进一步减少投资，实现对井下所有煤流中的矸石进行筛选，干选设备必须安装在矿井主运皮带或者主井煤仓位置。考虑到后期矸石充填需要，将干选硐室设置在系统矸石仓上口，如图1 所示。即在1#矸石仓上口调向-270°施工干选硐室（掘进断面54.7m2，椭圆拱形，净宽8m，净高7m）16.6m，然后调向-180°施工干选皮带巷（掘进断面32.7m2，直墙半圆拱形，净宽6m，净高6m）14.4m 与-808m 胶带石门贯通。

图1 TDS 干选系统硐室布置图

2.2 设备布置

为防止TDS 智能干选设备故障影响整个矿井煤流运输，TDS 干选设备并不与主运皮带直接搭接，而是通过四部转运皮带与TDS 智能设备相结合的方式实现煤流中的矸石筛选。自主运皮带侧依次布置：调向滚筒→原煤皮带（并排布置筛选返煤皮带）→滚轴筛→布料筛→2 台TDS 智能主机（下方布置块煤皮带）→1#矸石仓→排矸皮带→2#矸石仓。如图2 所示。

此种布置方式具有以下优点：（1）节省投资。与矿井主运皮带搭接，不必每个采区装备一台TDS干选设备。（2）不影响主运皮带运输。如果干选设备出现故障，主运皮带可以按照原运输路线继续使用。（3）根据煤流中矸石量大小，可选择单双机运行，实现能效最大化。每个采区煤质不同，煤流中含矸量不同，通过大数据分析计算，通过调度可提前设定单机运行或双机运行，确保矸石处理能力达到最佳状态。（4）节省空间。受深部矿压影响，井下不宜掘进密集硐室群，此种设备布置方式可大大减少硐室掘进量。（5）利于排矸。利用现有2个矸石仓的关系，可将筛选出的矸石集中存放，进一步破碎之后用于充填开采。

图2 干选系统设备布置图

2.3 工艺流程

毛煤通过第一部主运皮带调向滚筒卸载进入干选皮带巷原煤皮带至滚轴筛。粒度小于35mm 以下的末原煤直接落入筛选返煤皮带，粒度大于35mm的块原煤进入TDS 智能干选机。干选机块精煤产品经块煤皮带至筛选返煤皮带一起进入第一部主运皮带，块矸石产品直接进入1#矸石仓或经排矸皮带进入2#矸石仓。如图3 所示。

图3 TDS 干选工艺流程图

3 应用前景和经济分析

3.1 应用前景

目前郭屯煤矿主要生产采区为二、三采区，各采区采掘工作面生产的原煤及过地质构造带产生的矸石经采区强力皮带运输进入采区煤仓，导致煤质较差。同时因各采区生产时遇到的地质条件不同，各采区煤质差异较大，造成矿井主运皮带煤流煤质变化较大，不利于地面洗选。在系统矸石仓上部，矿井主运皮带侧建立干选系统可极大提高煤质，外排矸石亦可用于采空区充填。通过调度指挥，利用采区煤仓的时间缓冲，可提前设定相关特性参数，使TDS 智能干选设备针对某一采区煤流进行筛选，进一步降低煤中带矸率，提升煤质。TDS 智能干选系统既可以提高产品煤回收率，增创经济效益，又可减少进入地面洗选系统的无效洗选量，降低洗选成本，有益于建设优质高效低耗选煤厂。

筛选出的矸石，经进一步破碎后，可用于井下充填开采，实现矸石不升井，不产生矸石山，不占压土地资源，不对水资源、大气造成严重污染，彻底杜绝矸石山自燃事故的发生，为建设绿色矿山、和谐矿区提供强有力的支持。

3.2 经济效益分析

3.2.1 投资概算

根据矿井实际情况对项目投资进行估算，井巷工程费用（人工、材料费用）54.8 万元，设备购置费用2428.8 万元，预计投入资金约2483.6 万元。

3.2.2 效益分析

（1）根据矿井核定生产能力240 万t/a 计算，使用井下洗选系统后可减少外排大矸石含量5 个百分点。参照矿井近两年矸石洗出率，矿井每日矸石量（含外排大矸石）约800t，每年矸石量合计约26.4 万t，按原煤单价700 元/t 计算，每年直接提高经济效益约9800 万元。

（2）使用井下洗选系统后，减少井上洗选矸石量。根据洗煤厂洗选成本约20 元/t，每年洗选矸石按26.4万t计算，每年可提高经济效益约530万元。

（3）使用井下洗选系统和矸石充填后每年可减少矸石提升量约26.4 万t，每钩按25 元/t 计算，需10560 钩，每钩电费约130 元，每年可减少电费约140 万元。

综合上述分析，井下干选系统投入使用后，每年可提高经济效益为9800+530+140=10470 万元。井下洗选系统每天按12 人操作维护，每人工资按10 万元/a，合计120 万元，设备折旧费按300 万元/a 计算，每年直接经济效益计算10470-190-120-300-1193.35=9056.65 万元，直接经济效益非常显著。

4 结论

所设计的TDS 智能干选系统可连续高效地将主煤流中的矸石筛选出，实现煤矸分离，而不影响主煤流的运输，有效解决郭屯煤矿煤质较差的问题，提升了煤炭质量，实现矿井安全高效生产，取得了较好的经济效益。同时消除矸石外排，为进一步建设绿色生态和谐矿区，提供支持。