官地矿TDS 智能选矸及充填开采应用情况

智 力

（山西焦煤集团有限责任公司官地煤矿，山西 太原 030022）

官地矿隶属于山西焦煤集团西山煤电公司，矿井核定产能3.9 Mt/a。矿井每年矸石排放量为120万t 左右，受矸石处理费及场地影响，矸石排放已经成为制约全矿发展的瓶颈。目前官地矿地面建有一座设计规模为3.0 Mt/a 的洗煤厂，采用动筛排矸系统，存在故障率高、稳定性差、分选精度低、维护成本高等一系列缺点，需要建设井下选矸系统，实现井下矸石回填不外排，解决制约矿井发展的矸石排放问题。

1 井下煤矸分选工艺分析选择

1.1 井下跳汰工艺

机械动筛跳汰机是以水为介质，通过动筛体将物料床层松散、扬起、沉降实现煤矸分离的，其分选粒度范围在300～50 mm，洗矸中带煤量在5%～9%，设备事故率较高，需要经常维修维护。动筛排矸系统在井下需要用水，整个工艺系统较为复杂，巷道工程量也比较大[1-2]。从目前应用情况看，动筛跳汰工艺不适于在井下推广使用。

1.2 井下重介浅槽工艺

重介浅槽分选机是利用阿基米德原理对煤炭进行分选的设备。由于悬浮液比重大于水（称为重介质），而且可以根据不同要求的煤质进行调整，井下浅槽排矸系统复杂，体积庞大，需要用水和重介质，重介质需要从地面运输至井下，整个系统需要消耗大量水和介质，运行维护工作量大，运营成本较高。

1.3 井下TDS 智能干选预排矸工艺

TDS 智能干选系统，其原理通过X 射线和图像识别技术，针对不同的煤质特征建立与之相适应的分析模型，通过大数据分析，对煤与矸石进行数字化识别，最终通过智能排矸系统将矸石排出。目前该系统广泛应用于地面洗煤厂和井下原煤系统排矸，可实现对块原煤无水干法分选，矸石带煤率小于3%，分选精度接近浅槽，远高于动筛、跳汰及其他干选设备。该设备系统简单，不用水，无需介质处理系统，可实现无人值守，设备外形为长条状，有利于在井下布置。

TDS 智能干选系统主要包括给料、布料、识别、执行几大主要系统，以及供风、除尘、配电、控制等辅助系统，其设备布置如图1。

图1 TDS 智能干选机设备图（mm）

通过对井下TDS 智能排矸工艺与其他排矸工艺的比较分析，结合矿井生产实际情况，选择井下建立TDS 智能干选系统较为合理，可有效地促进矿井生产，提升矿井产能，能够提高原煤品质，提升经济效益。

2 井下充填工艺分析选择

2.1 原矸架后综合机械化充填开采技术

该技术是将井下或地面矸石或其他固体废弃物破碎成符合充填要求的粒径，运输至采空区进行充填。该充填工艺根据输料方式为：采用带式输送机配合多孔底卸式刮板输送机输送技术，即把矸石通过运矸带式输送机转载至充填支架下方的多孔底卸式刮板输送机，通过卸料孔卸至采空区[3-4]，如图2。

图2 原矸架后综合机械化充填开采技术

2.2 巷式充填（连采连充）

巷式充填采煤是在传统采煤法生产系统的基础上，通过综掘机开掘工作面两巷之间的联络巷进行掘巷采煤，联络巷贯通后利用矸石充填，同时掘进另外一条联络巷，实现“掘巷采煤，逐巷充填”的充填开采方法。该技术具有系统简单、投资低、效率高、覆岩移动控制效果好等优点，尤其适用于矸石充填置换边角煤。

2.3 膏体风动输送矸石充填

风力泵送矸石充填是利用风力输送装置，将破碎至一定粒度后的固体废物膏体通过风力输送管路输送至工作面架后采空区实现充填。风力输送系统采用正压输送方式，物料从上游输送机等输送系统落入供料单元及管道中，利用压缩空气作为动力来源，将输送物沿管路输送到目的区域，达到输送要求。

2.4 矸石充填方案对比

通过对三种充填方案进行效率、成本、技术可行性对比，见表1，充填方案一在充填效率、成本及技术可行性上均有较大优势，选用该方案作为井下矸石智能分选系统选后矸石处理方式。

表1 矸石充填方案对比

3 井下矸石智能分选位置

井下TDS 智能干选机可布置在矿井主运系统、采区集中运输系统、工作面顺槽或端头。结合官地矿井现有情况，在井下年排矸量相同的情况下，同时秉着集中分选集中处理的原则，综合判断在矿井970 主运带式输送机机尾附近布置TDS 智能干选系统，设备投入最少，系统最为简单经济。各分选位置对比情况见表2。

表2 井下矸石智能分选位置优缺点对比

井下矸石智能分选系统设置在970 主运带式输送机机尾附近，在南翼与970 主运汇集煤仓后370 m 处设置井下TDS 智能分选系统对全矿+50 mm 原煤进行分选排矸。

4 技术经济分析与评价

排矸成本主要由排矸地面费用、治矸费用、矸石场占地费、地面塌陷土地复垦费、水土保持补偿费和资源价款费用组成，见表3。

表3 近六年矿井矸石量及煤炭产量和治理费用情况

由表3 可知，根据该矿井2014—2019 年产量、排矸量及实际排矸成本，估算地面排矸费用为25.54 元/t，若井下选矸能力达60 万t/a，可减少费用1 532.4 万元。

5 结论

（1）TDS 智能干选系统，可实现对块原煤无水干法分选，矸石带煤率小，分选精度高，系统简单，无需介质处理系统，适宜在煤矿井下使用。

（2）架后综合机械化充填技术具备可平行作业、效率高、能耗低、技术成熟等优点，可作为井下矸石智能分选系统选后矸石处理方式。

（3）通过对不同安设地点对比，官地矿将井下矸石智能分选系统设置在970 主运带式输送机机尾附近，取得明显的经济效益。