筛混煤煤质提升关键技术的研究与实践

达立辉，王 明

（冀中能源股份有限公司 邢东矿，河北 邢台 054000）

1 概况

邢东矿位于主城区周边，地面不能建设矸石山，且井田范围内有大小村庄11 个，村庄及工业广场煤柱压煤量占全矿井储量的87%，矿井断层错综复杂，达340 条，生产系统地质条件复杂、受9 号煤层底板奥灰水威胁以及政府环保高强度高频次监管等因素严重制约着矿井可持续发展。

目前，矿井筛混煤煤质管理采用井下洗煤系统提升，原煤直接在井下洗煤系统洗选排矸，实现杂物去除、矸石筛除、煤质提升。近年来，邢东矿随着生产年限的不断延长，开采煤量逐年减少，生产战线持续扩延，开采条件逐渐变差，2019 年底生产出的原煤经过井下洗煤系统，筛混煤灰分跃升至33%，居高不下，资源少、断层多、煤质差已经成为制约矿井经济效益的关键因素。

2 工艺研究

为有效降低筛混煤灰分，提升矿井经济效益，筛混煤煤质提升可从2 方面入手，一是对洗煤系统升级，扩大原煤中煤矸粒径筛选范围，对系统排矸能力再提升；二是从入洗原煤抓起，通过现场管理、精准调度，分仓分运以及矸石充填处理，提升入洗原煤煤质。

2.1 洗煤系统正弦筛升级

该矿现有的正弦筛，可实现对原煤粒径大于30 mm 以上煤（矸）块有效分离，φ30 mm 以下末煤，以及经过二部破碎机产生的粉末煤，直接进入筛混煤中，降低了筛混煤煤质。

为提升煤质，提高预排矸正弦筛效率，对预排矸正弦筛进行升级改造，改造的设备为主暗斜井第一部皮带机头及第二部破碎机下2 部正弦筛（图1），筛缝由30 mm 改造为20 mm。升级前筛出矸（煤）块率为20%，升级后筛块率达到为26%，筛出的煤矸比例为3:2，系统排矸（煤）块能力提升6%,系统降灰能力2%～3%（图2）。

图1 升级后的正弦筛Fig.1 Upgraded sine screen

图2 正弦筛升级改造前后筛上物对比情况Fig.2 Comparison of sieve objects before and after upgrading of sine sieve

2.2 原煤煤质提升

2.2.1 加大采掘头面煤质管理

建立健全矿井煤质管理体系,从源头上提高原煤煤质，全过程管控煤质。煤质巡查员要深入生产一线，三班不定期检查，超前谋划。采掘工作面坚持少割顶、底砟，采掘头面过地质特殊构造带处，通过对施工现场煤质情况、断层分析，制定专项措施干预（如放震动炮），降低原煤含矸率，提升原煤成块率。

2.2.2 煤矸实行分仓分运管理

为处理在不宜设置充填巷区域范围内的矸石，利用井下煤仓、矸石仓，实行煤矸分仓分运。煤矸分仓分运工艺，通过矿井调度指挥中心，协调各采掘工作面出煤（砟）时间，各头面产生的矸石利用现有煤仓缓冲，实现矸石不进煤流，做到煤矸分离。为保证矸石不经过洗煤系统，创新设计了运矸联巷，让矸石直接进入矿井矸石仓，从而提高筛混煤煤质。

2.2.3 全面采用矸石充填技术

通过地质资料认真分析-760 运矸巷、1100 集中运料配巷、1100 集中运输配巷、矸石仓绕道、11233 运输巷等巷道岩巷工程量，对所在的采区边角煤情况认真分析研究，确定合理矸石充填方案。针对岩巷工程施工区域，设计局部矸石充填巷（图3）。

图3 矸石充填巷Fig.3 Gangue filling roadway

针对1100 南部采区的岩巷矸石量情况，设计了1100 南部采区充填巷，充填巷道近2 600 m，处理矸石近10 万t；针对-760 运矸巷的矸石量情况，设计了1100 东翼矸石充填巷，充填巷道近1 500 m，处理矸石近6 万t；针对大巷以及零散整修的矸石，又在回风斜井设计了矸石充填巷，充填巷道近3 000 m，处理矸石近12 万t。

针对条带开采遗留下来的孤岛煤柱，为避免再次开采造成的地表下沉，全面推行工作面矸石充填（图4），以此解决地表下沉和矿井大量洗选矸石，大幅提升矸石充填效率，既保证了矸石处理能力，又有效降低了开采成本（与超高水充填相比）。面对洗选系统产生大量的矸石，该矿设计了12212、12214、11233、11235 等多个矸石充填工作面，保证矿井洗选矸石及分仓分运矸石的高效充填。截止目前，矸石充填工作面累计处理矸石达到近80 万t，矸石充填工作面月处理矸石能力达到6 万t 的水平，为筛混煤煤质的持续提升提供了可靠保证。

图4 矸石充填工作面Fig.4 Gangue filling working face

3 经济效益和社会效益

3.1 经济效益

洗煤系统预排矸正弦筛改造投入资金130 万，2020 年筛混煤计划109 万t，煤质预计为32%。通过筛混煤煤质提升的多项措施，煤质提升到29.15%，灰分降低2%～3%，增加经济效益1 500万元。全年掘进充填巷道1 300 m，解放煤炭资源4 万t，为矿井产生效益1 200 元，同时还延长矿井服务年限，缓解了矿井采掘接替紧张的局面。矿井原煤含矸量在15%左右，通过井下矸石充填处理，全年主井减少提升矸石17 万t，主井电费可节约20 万元。

3.2 社会效益

矸石在井下直接回填，减轻煤炭开采对地表建（构）筑物、地表河流和地下水等影响，并减少耕地良田占用和矿区村庄搬迁，保护和改善矿区生态环境，促进矿井生产与生态环境协调发展，取得一定的社会效益。通过提高筛混煤质量，降低了在地面洗选加工过程中造成的环境污染，为矿井可持续发展创造了良好的发展环境。

4 结语

面对环保形势的日益严峻，对煤矿绿色开采要求更高，筛混煤煤质提升关键技术的实践及应用，在保护生态环境、提高煤质、解放煤炭资源方面有显著效果。预排矸正弦筛筛缝由30 mm 升级改造为20 mm，井下洗煤工艺达到了国内领先水平。矿井巷道矸石充填和工作面矸石充填不仅与国家消灭矸石山环保政策高度一致，还有效遏制了地表塌陷、采空区自燃、冲击地压以及底板奥灰水突水等地质灾害，对今后类似矿井矸石的处理、煤质的提升都有重要的技术指导意义。同时，在邢东矿以及其它矿井边角煤回收、孤岛煤柱开采以及建下开采等方面具有良好的推广应用前景和应用价值。