井下煤矸分离技术在矿山开采中的应用研究

·产品与市场·修稿日期：2012－12－07
作者简介：杨晓成（1982-），中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院采矿工程硕士研究生。

阳泉煤业（集团）有限责任公司技术中心采矿研究所所长。

主要从事煤矿生产技术开发与管理。

0引言
传统的煤矸分离方式为井下原煤直接提升至地面，经洗煤厂重介洗选后，分选出的煤矸石运至矸石山存放。

矸石山的堆积不但占用了大量土地，而且严重污染周边环境。

原煤中含有大量夹矸，降低了矿井提升系统能力，造成不必要的能源消耗。

井下煤矸分离技术使原煤在井下直接进行分选，排除的矸石不升井、就地充填，既节省了矸石从井下到地面的提升费用，提高立井提升煤炭能力，又可提高原煤质量，降低吨煤能耗，从根本上解决矸石地面排放难题。

本文在研究动筛跳汰选煤理论及工作原理的基础上，对井下煤矸分离系统及工艺进行了设计，并针对该技术在阳煤某矿的成功应用进行效果评估，为井下煤矸分离技术的推广应用提供了理论依据与经验借鉴。

1矿井概况
山西阳煤集团某矿矿井采用立井开拓、多绳摩擦提升。

13采区设计生产能力为1.5Mt/a ，煤层厚度2.37~
3.71m ，平均2.92m ，工作面采用走向长壁综合机械化采
煤法，设计可采储量5249万t 。

原煤含矸率为5%~
10%，平均8%，含矸量较高。

该矿目前共有五个工作面同时生产，矿井生产能力可达8.0Mt 以上，立井提升能力制约了产量进一步提高。

该矿地表堆积有五处大型矸石山，污染环境，严重影响附近居民生活。

为提高立井煤炭提升运输能力，同时减少矸石地面排放，在13采区设计采用井下煤矸分离系统，使矸石不出井、就地充填。

2动筛跳汰选煤理论研究
利用动筛跳汰选煤最显著的特点是依据其煤与矸石密度差异，在动筛筛体上下往复运动过程中，使煤矸组成的床层随之松散，在周期性松散中使物料分层。

颗粒脱离筛面后，在水介质中沉降，颗粒的运动微分方程（假定颗粒向下运动方向为正）为：
Application of Coal-gangue Separation Technology in Coal Mine
YANG Xiao-Cheng 1,YANG Qing-Hua 2，LV Lin-Ya 3,ZHAO Xue-Yi 2
（1.China University of Mining and Technology （Beijing ）,Beijing 100083，China ；
2.Beijing CUMT Energy and Security Science Co.,Ltd.,Beijing 100083，China ；
3.Hebei United University,Tangshan Hebei 063000，China ）
Abstract:According to the problems of lifting and transportation system of energy waste caused by large amount of coal gangue and envi -ronment pollution caused by gangue ground discharge,the paper based on the coal gangue separation system from the theory and the princi -ple of work study designs the process system and assesses the successful implementation of coal gangue separation technology.Key words:jig coal preparation ；coal-gangue separation ；green mining
井下煤矸分离技术在矿山开采中的应用研究
杨晓成1，杨庆华2，吕琳亚3，赵学义2
（1.中国矿业大学（北京），北京100083；2.北京矿大能源安全科技有限公司，北京100083；
3.河北联合大学，河北唐山063000）
摘
要：针对原煤含矸量大，造成提升与运输系统能源浪费、矸石在地面排放污染环境等问题，论文对井下
煤矸分离系统从理论和工作原理上进行了研究，对系统工艺进行了设计，并对实施井下煤矸分离技术所取得的效果进行了评估。

关键词：跳汰选煤；煤矸分离；绿色开采中图分类号：TH-39
文献标识码：A
doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2013.01.017
文章编号：1002－6673（2013）01－042－03
机电产品开发与创新
Development ＆Innovation of M achinery ＆E lectrical P roducts
Vol．26,No．1
Jan ．,2013
第26卷第1期2013年1月
·产品与市场·
m dv dt
=G 0-P ac +R ac -R （1）
式中：m —颗粒质量（g ）；G 0—颗粒在水介质中的重力（N ）；P ac —加速运动的水流对颗粒产生的附加推力（N ）；
R ac —水介质的加速度惯性阻力（N ）；R —颗粒与水介质因
相对运动而引起的介质阻力（N ）。

假设动筛驱动机构偏心轮的偏心距或曲柄长度为r ，则驱动机构运动速度和加速度分别为：
v=r ωsin ωt a=r ω2
cos ωωt
（2）
式中：ω=2πn/60；t —运动时间（s ）；n —曲柄机构或凸轮机构转动速度（r/min ）。

机械筛体在入料端的位移可表示为：
h=
乙vdt=乙r ωsin ωt=-rcos ω+k
（3）
当t=0时，动筛机构处于最低位置，h=0，则k=r ，代入上式得：
h=r （1-cos ωt ）（4）
由此可知，筛体入料端主要取决于时间t 和曲柄长度r 。

运动速度v 与曲柄长度r 和转动角速度ω成正比，加速度与曲柄长度r 和转动角速度ω的平方成正比，最大振幅是偏心距的2倍，且随着曲柄长度r 增大，振幅、速度、加速度随之增大；随着角速度ω增大，速度和加速度随之增大。

动筛跳汰分选中，物料的松散主要由两个因素决定，一是入料粒度较大，二是床层振幅大。

因此，动筛跳汰分选中，动筛体上升过程中在最高点是否静止对煤炭的分层基本无影响，尤其是到达最高点的休止期内物料与动筛体依然是静止的，对于物料的松散没有影响。

而上升与下降的速比及频率、振幅对分层效果起决定作用。

动筛跳汰机的处理量取决于动筛筛面宽度和物料通过筛面的速度。

由于动筛的运动是绕固定轴摆动，动筛每一次上下运动，既将物料垂直托起，又使物料水平前移。

如果忽略洗水的横向波动，可由下式计算此速度：
v=t ·tsin θt
（5）
式中：v —物料通过筛面的速度；t —物料处动筛的
振幅；θ—动筛的摆角；T —跳汰周期。

从上式可见，动筛的处理量与动筛的运动曲线无关，主要取决于动筛的振幅、摆角、跳汰周期及筛面宽度。

而在每一周期内，动筛上、下运动的速比是使动筛能否在下降期迅速脱离床层，给床层在水介质中松散、沉降、分层的足够时间和空间的关健。

3井下煤矸分离系统及工艺
井下煤矸分离的核心技术是采用动筛跳汰机分选原煤和分离块矸，井下煤矸分离入洗范围为0～350mm 。

主
要设备由动筛体、分级筛、机械驱动机构、脱水设备和自动排矸装置等组成。

井下动筛跳汰机工作原理：动筛体在驱动设备的带动下，绕固定销轴作上下往复运动。

物料在筛板上经过跳汰分选后，按密度大小分层，处于上层的轻物料（精煤），从溢流堰的上面经溜槽流到块煤刮板机中，然后由块煤刮板机送出动筛进入后续设备；处于下层的重物料（矸石），从溢流堰的下面通过排矸轮排出经溜槽流到矸石刮板机中，然后由矸石刮板机送出动筛进入后续设备；同时，透筛细物料，由槽体下面排料口经溜槽流到块煤刮板机中与块煤一同排出。

井下动筛机保留了地面机械动筛跳汰机的核心技术，即动筛体、机械驱动机构和自动排矸装置，而其余结构根据井下峒室的需要，改进为一个长条形的机体和刮板式提升脱水机构，见图1所示。

井下煤矸分离系统工艺流程设计：井下原煤通过分级筛，筛上物（+50mm 以上）进入入料皮带机，筛下物进入末煤皮带机（或煤仓），进入入料皮带机的筛上物经过机械动筛跳汰机分选后，矸石入矸石仓，经仓底给料机、运矸皮带至工作面实施矸石充填，块煤通过配煤皮带入末煤皮带机；机械动筛跳汰机的煤泥水通过渣浆泵传输送至高频筛，对煤泥水进行脱水处理，筛上物再进入末煤皮带机，剩余水进入沉淀池沉淀后，最后经过渣浆泵输送至煤泥压滤机压滤后，压滤形成的煤泥饼进入末煤皮带机，压滤后的水再进入清水池输送至机械动筛跳汰机循环使用。

具体工艺流程如图2所示。

4井下煤矸分离效果
根据设计要求和现场应用相对比，该煤矸分离设备各项技术性能指标均满足设计要求，并达到以下效果：
（1）分选后矸石中含煤率小于1%，
（下转第41页
）
·产品与市场·
（上接第43页）煤中含矸率小于3%。

（2）提高立井提升能力，每年可多提升煤炭12万t，增加煤炭销售利润3000万元以上。

（3）井下煤矸分离效果良好，完全达到地面动筛洗选效果，提高原煤质量，节省地面洗煤成本。

（4）分选矸石不升井，可进行采空区充填或抛掷于废弃巷道，实现地面矸石零排放，减少矸石山占地，防止污染。

5结束语
井下煤矸分离技术在理论和工艺上可行。

通过该技术的成功应用，切实提高了立井提升煤炭能力，提高了原煤质量，并从根本上消除了煤矸石在地面排放所带来的环境污染问题。

该技术作为目前国内井下较为理想的一种煤矸分离技术，是实现煤矿“绿色开采”的有效途径，具有广阔的发展应用前景。

参考文献：
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中国矿业大学（北京），2010.
2.2系统基本功能
特殊工种人员信息管理系统由人员信息浏览、添加、修改、导出四个部分组成。

其系统界面图（略）。

系统的设
计方便管理人
员在登陆系统
时对符合各种条件的人员信息进行分类，并且可以勾选查看人员的信息内容，对需要的导出的人员信息也可通过excel的形式导出。

在人员信息表上方有对操作证即将失效或者操作证已失效的人员数量的提示，点击提示栏即可查看具体的人员信息。

2.3数据库设计
数据库中我们需要建立特殊工种人员信息表、用户权限表、系统登录日志表等表。

其中特殊工种人员信息表起到存放企业特殊工种人员信息的作用。

用户权限表起到存放特殊工种人员管理系统使用用户的信息的作用。

而系统登录日志存放着用户每次登录的时间和IP 地址，这样方便以后调查用户的使用情况。

这里主要介绍了特殊工种人员信息表。

它的设计如图4所示[7]。

表中具备了如下字段：工号（WorkID）、姓名（Name）、性别（Sex）、身份证号（IDNumber），公司名称（Company-Name）、部门名称（DepartmentName）、手机号（Cellphone）、邮箱（Email）、备注（Remark）、照片1（Photo1）、照片2（Photo2）。

在设计数据库人员信息表时我们将工号（WorkID）设置为主键，这样可以防止录入人员出现重复录入同一个人员信息的情况，从数据库后台把关，提高了录入信息的准确率。

3总结
本文提出的特殊工种人员信息管理系统，对大型制造企业的特殊工种人员信息进行统一管理，使企业的人员信息管理更加高效、方便、准确。

数据库后台的短信自动提醒功能，提高了管理人员在日常人员管理工作的效率和准确率。

另外系统还支持管理人员对人员信息导出成excel形式，这样方便公司按照自己的形式对人员信息表进行二次处理，对公司人员文档资料的管理也起到了良好的改进作用。

参考文献：
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[6]Kulhavy R.A developer's perspective of a decision support system
[J].IEEE Control System Magazine，2003，6.
[7]Chen Yaofei,Chen Huantong.A Method of General Query Based on
Database System Tables,Computer Engineering and applications，2001，24.
图4人员信息表
Fig.4Personnel information
table。