张宇洁 冯 蕊
(煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西 太原 030000)
1 概述
目前，各煤矿企业数量庞大的煤矸石不仅占用了大量土地，而且造成了严重的固体污染；雨水溶解煤矸石中的可溶物质，造成周边水资源及土壤的污染；煤矸石山自燃，大量含SO2的气体逸散到环境中去，造成严重的大气污染。近年来，煤矿井下智能选矸技术发展十分迅猛，TDS智能分选系统结合矸石充填系统，能促使煤矿矸石不出井、地面无留存，有效杜绝矸石地面堆放引发的一系列生态环保问题，最大限度减少煤炭开采对生态环境的扰动，实现煤炭绿色开采高质量发展。
2 井下矸石分选原理及规模选型
以山西省灵石县两渡镇灵北矿为例，对井下矸石的分选及设备选型进行详细论述。
2.1 井下概况
灵北矿地位于山西省灵石县两渡镇境内，拟建的矿井工业场地东北距介休市约16 km，东南距灵石县县城约15 km，行政区划属灵石县两渡镇。
灵北矿井设计生产能力为240万t/年，采用斜井开拓方式，综采采煤方法，一次采全高采煤法。工作制度为年工作330 d，每天工作16 h，井下工作人员实行四六制。灵北矿主要开采2号煤和10号煤，煤种主要以焦煤为主。
本次主要解决的问题是响应环保政策号召，大块矸石不出井，在井下分选，直接回填。
煤质情况，下组煤原煤大筛分表见表1。
表1 下组煤原煤大筛分实验报告表
2.2 矸石分选工艺的选择
对于大块矸石的分选有多种选煤方法，但在井下水洗难度却比较大，因此干法洗选是目前应用较为广泛的一种分选方法，主要优点是工艺简单、投资成本低等特点，尤其适用于北方地区。
常规的干选包括：风力干选机、差动式干选机、复合式干选机等，但应用条件苛刻，对于物料的物理性质要求较高，比如水分不能过高等，而且维修费用也较高，洗选精度也有限，为克服上述干选的缺点，TDS应运而生。
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，而是采用大数据计算和智能识别技术，针对不同的煤质特征建立与之相适应的分析模型，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将矸石排出。目前TDS干选机已经有一定的市场，并且运行稳定。
在分选精度方面，TDS分选精度接近浅槽，高于动筛、跳汰及其他干选设备。其矸石带煤率1%～3%，煤中带矸率3%～5%。处理粒级较宽，并且设备占地小，几乎等同于手选带机占地，改造简单。
综上，选择TDS干选机。
2.3 分选原理及规模选型
TDS分选原理：采用智能识别方法，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，根据煤质情况确定“打煤”或者“打矸”。打出的煤与矸石分别通过精煤胶带与矸石胶带排出。
灵北矿现在井下小时处理量1 300 t，根据煤质资料可知，+50 mm含量为17.87%，小时量为232.31 t。根据煤量选型，选型表见表2。
表2 主要设备机电目录
由表2可见，滚轴筛1台，智能干选(宽1 400 mm)2台，同时配有空压机储气罐及相应的配套设施。
TDS智能干选整个系统简洁高效，满足要求的情况下设备数量少且功耗也较低。
2.4 设备布置
灵北矿考虑其井下条件有限，因此在适当的节段改造成相应的硐室，该硐室的大小要求满足能布置干选的流程设备，并且还要有能够检修的空间，根据矿井来料量和干选机的能力，考虑采用两套干选并列布置的方式进行分选。硐室的大小宽约8 m，长约17 m，高度约10 m，布置下整个系统设备。
布置方式主要分为两层，上层设备包括滚轴筛和智能干选机，下层为外运胶带机，其中主要考虑矸石和精煤皮带的走向问题，若平行走向，则需要溜槽倾斜布置，层高自然较高，若交叉布置相对高差要小。根据实际情况，本矿按照平行考虑，总高差约10 m(见图1)。
3 结语
该煤矸石智能干选系统问世已经很多年，现在市场上应用较多，实践效果很好，设备效率高，且运行稳定，有一定的市场前景。
其中在井下布置的成功案例已有多例，运行效果也比较好。总体来看，因为是井下，所以检修方面比地面确实有一定的限制，但随着干选技术的进步，未来还将有更适用更简洁的井下布置，效果也将会更好。本次布置的设备分选下限可到30 mm，处理能力也满足要求，安装后会取得好的效果。
