煤炭“采选一体化”工程实践进展如何？
工作就像开了挂……
煤炭“采选一体化”是煤炭绿色生产新模式，它的工程实践进展如何？且看本文分解↓↓↓
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必要性
发展煤炭采选一体化绿色生产模式的必要性
煤炭是我国的基础能源和重要原料，在国民经济中具有重要的战略地位。随着我国国民经济的快速增长，未来一个时期能源需求还会增加，现有以煤炭为主的能源结构在未来较长时期内不会有大的变化。
推动能源生产和消费方式变革，提高能源绿色、低碳、智能发展水平，实施向能源雾霾等污染宣战、加强生态环保的节能减排措施的实施，使煤炭工业面临着严峻的挑战。
传统的煤炭生产模式，采煤和选煤各为独立的系统，矸石和污染物地面排放，占用土地资源、造成地面采动破坏及粉尘噪音与水污染。环境、资源与经济使煤炭工业面临新的挑战，亟需寻求一种环境友好、资源高效利用、经济效益显著的新模式。
采选一体化煤炭绿色生产新模式，就是将采煤技术、选煤技术、充填技术进行有机结合，达到实现煤炭生产高效、绿色、零排放的目的。采选一体化煤炭绿色生产新模式，将选煤厂整体建设在井下硐室中，只有精煤产品升井，将采煤、选煤、矸石回填一体化结合，实现高效率、绿色、零排放，节能降耗、提高煤炭资源回收率。
1、采选一体化绿色生产模式可解决传统的煤炭生产造成的问题
（1）有效解决矿山环境问题：地面采动破坏；矸石山污染；粉尘与噪音污染；煤泥水污染。
（2）实现矿山生产的节能降耗：平均吨煤电耗约为25kW·h，吨煤电耗可降低4.26kW·h，提高矿井的实际产能。
（3）提高煤炭资源利用效率：置换保护煤柱，以矸换煤。
2、“地面选煤”与“井下选煤”主要技术指标比较
开发采选一体化关键技术是一个全新的课题，国内外目前对井下选煤工艺与设备的研究开发较少。国内外尚无采选一体化和完整的井下选煤工程实践。目前，在井下排矸设备和工艺方面已有技术研究，积累了一定的经验，也为井下选煤技术的研究打下了良好的基础。
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研究现状
煤炭采选一体化绿色生产关键技术研究现状
1、国外：英国利兹大学L.Wade教授研制“井下煤矸分选机”
包括弹性负载破碎机、原煤输送机、筛篦刮板机三部分，并且已在“HayRoydsColliery”进行工业性试验。（1）煤和矸石块度不同，所需的破碎力也不同，弹性负载破碎机的弹簧参数设计非常困难；（2）会出现块体重叠现象，导致矸石被破碎，无法成功分离；（3）不能实现恒压运行，对分选效果影响较大。
2、国内：选择性破碎工艺
国内以往的井下煤、矸分离也基本上是采用选择性破碎工艺。根据煤炭与矸石在其物理性质（硬度、脆度）上的差异，先利用破碎设备将煤击碎，而矸石保持原有粒度，再用筛分设备将煤与矸石分离。
机械动筛跳汰排矸：山东新汶矿业集团协庄矿；山东新汶矿业集团翟镇煤矿；开滦集团唐山矿。
柔式空气室跳汰排矸：冀中能源邢东矿。
重介浅槽排矸：新汶矿业集团济阳煤矿。
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关键技术
煤炭采选一体化绿色生产关键技术
1、井下选煤系统及装备
针对实现采选一体化的目标，深入研究开采、运输、支护工艺与选煤工艺、产品储装、矸石充填的结合技术；
结合井下原煤性质及产品的要求，制定相应的选煤工艺流程；
根据井下空间环境、巷道地质、支护条件，提出符合井下特殊条件的布置方案；
考虑井下设备的运输、安装以及检修维护，选用满足工艺和布置要求的设备；
设备工艺布置要求做到生产流程顺畅、设备布置紧凑，便于安装、操作和检修，便于生产管理，切实考虑井下巷道（硐室）的特点。
2、发明专利
一种实现原煤井下分选的方法（专利号：ZL201010256639.8）
3、井下选煤关键设备
大直径重介质旋流器、新型链式静态脱介脱水筛、井下用高效浓缩分级机、井下用高效筛分脱水筛。
▲大直径重介质旋流器
▲新型链式静态脱介脱水筛
4、井下选煤巷道布置及支护技术
针对井下选煤设备的空间占用情况，解决井下选煤大宽度、大高度（断面小于5000*4000）、震动荷载条件下基础变形小于10mm/m的硐室围岩处理及支护问题。
5、井下选煤无人值守自动化系统
对井下选煤自动化系统，增加设备工况、巷道及基础变形、工艺指标等监测监控内容、提高监控水平，实现全厂自动化，无人值守。
6、采空区充填或充填开采关键技术与装备
根据矸石产率，确定合理的条带宽度和充填方法，采用实用的充填装备，实现采空区的矸石条带充填或条带式开采，达到地面无塌陷和采动破坏的目的。
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工程实例
1、目前生产情况
内蒙建元矿井现在年产量约240万吨，立井提升。本矿井主采5、9、16号煤层，其中5号煤层采用刨煤机综合机械化采煤工艺；9号煤层采用综合机械化一次采全高采煤工艺；16号煤层二采区南翼采用综合机械化一次采全高采煤工艺（大采高）；二采区北翼采用综合机械化放顶煤采煤工艺。
地面有两座300万吨/年选煤厂，都已经调试达产。采用无压三产品重介旋流器+煤泥重介+浮选+煤泥压滤的选煤工艺。
2、井下选煤厂提出理由
（1）主井目前提升能力有限，达不到5.0Mt/a，新建矿井投资大工期长。
（2）在井下建选煤厂，把矸石排在井下，充填工作面，主井只提升粗精煤。
（3）矸石约20%，煤泥约10%，达到设计生产能力时，粗精煤提升约350万吨/年，矸石充填100万吨/年，通过泵排煤泥50万吨/年
（4）对现有矿井简单改造，满足350万吨/年提升能力，则不用再建新井。矸石井下充填，地面无矸石、环境好、地面无塌陷、置换村庄及工业场地下压煤。
3、井下选煤厂方案
选煤厂规模500万吨/年，设计一套大直径两产品重介旋流器排矸系统。选煤厂选址在主井口的北侧，标高1044m左右。原煤入洗粒度150-0mm,采用ø2000mm无压两产品重介旋流器，脱泥分选。精煤脱介采用B=2500mm静态链式脱介脱水筛，筛孔1.0mm，脱介段长度50m，脱介脱水后的精煤入精煤缓冲仓，利用主井提升运出。矸石采用B=2000mm静态链式脱介脱水筛，筛孔1.0mm，脱介段长度50m，脱水后的矸石去充填。合介和磁选精矿回合介桶，磁选尾矿作为脱泥刮板喷水，煤泥水由泵打到地面选煤厂处理。粗精煤再进入地面选煤厂分选，出精煤和中煤。
4、主井提升能力核实及改造
（1）按照330d/a，16h/d的工作制度，建元煤矿现有主井提升系统能力为262万吨/年。按照330d/a，20h/d的工作制度，建元煤矿现有主井提升系统能力为327万吨/年。
（2）提升改造：推荐方案将现有的12吨箕斗更换为13吨箕斗，同时更换相对应的设备。更换箕斗后，按照《煤矿设计规范》规定的330d/a，16h/d的工作制度，改造后主井提升系统能力为293.7万吨/年，对应原煤年产能为452万吨~420万吨。按照330d/a，20h/d的工作制度，改造后主井提升系统能力为367万吨/年，对应原煤年产能为564万吨~524万吨。改造方案能够满足矿井扩能的需求。
5、充填式开采
一采区9号煤层平均厚度为2.54m，煤层倾角1～3°，地质构造简单，采用综采一次采全高工艺，有利于矸石充填。工作面年生产能力为1.8Mt/a，9煤容重1.51t/m³，回填矸石的松散容重按1.7t/m3计算，则当充填率达到50％时，即能消耗掉井下选煤厂洗选矸石。
井下共有两个原煤仓，一号原煤仓直径6m，容积约480t，二号原煤仓直径8m，容积约854t，改造后将这2个仓做精煤仓。另外新施工两个煤仓，9煤仓净直径7m，高度40m，容积1100t；16煤仓净直径10m，高度40m，容积2200t，都做原煤仓。
洗选产生的矸石通过矸石巷，充填胶带巷，9煤充填胶带下山，工作面充填回风顺槽至回采工作面。
6、生产组织计划
井下选煤厂工程与矿井改扩建工程同时施工，作为矿井改造工程的一部分统一组织施工。
根据矿井原初步设计并结合矿井实际施工情况，井下选煤厂及回填巷道工程掘进速度，煤巷取300m/月，岩巷取80m/月，硐室取800m³/月。按两个掘进头施工，则工期时间为16个月（含设备订货安装工期），其中井下选煤厂巷道及硐室6.5个月，回填巷道及硐室9.5个月。
矿井主提升系统及井下装载系统改造，可在矿井改造期间，9煤工作面搬家时一并考虑，对矿井正常生产影响甚微。
矿井改造完成后，9煤原煤生产能力按原设计180万吨/年，年推进度2020m，16煤原煤生产能力按原设计320万吨/年，年推进度1900m考虑，矿井改造完成后9煤工作面已回采完毕5个工作面，且9煤的年推进度大于16煤工作面的年推进度，可见9煤正常回采可以解决16煤的压茬关系，对矿井正常生产接替无影响。
选煤厂的服务年限15年以上。选煤厂的主要设备如刮板、皮带、泵都是井下常见设备，日常检修维护同井下。旋流器及磁选机检修维护同地面选煤厂。
7、投资估算
井下选煤系统总造价14468.90万元，吨煤投资28.94元/t，其中：矿建工程4629.82万元，设备及工器具购置8036.33万元，安装工程1402.75万元，设计费400.00万元。
其中：井下洗选系统总造价5583.90万元，吨煤投资11.170元/t，其中：矿建工程2045.21万元，设备及工器具购置2351.18万元，安装工程887.51万元，设计费300.00万元。
矸石充填运输系统总造价4450.50万元，吨煤投资8.90元/t，其中：矿建工程2584.62万元，设备及工器具购置1577.89万元，安装工程188.00万元，设计费100.00万元。
充填开采系统总造价4434.50万元，吨煤投资8.87元/t，其中：设备及工器具购置4107.27万元，安装工程327.23万元。
由此，在建设井下洗选系统的方案中，采用老矿井改造比新建矿井减少投资27233.52万元。
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结论与展望
新矿井建设初期，将采、选、充填一次性投资，同时建设，既节省投资，又能够优化布局；
一次采全高采煤工艺时，采用充填支架进行进行连续化的采煤和矸石充填作业；在放顶煤开采工艺时，可采用膏式充填方式；对地面采动破坏要求较高的，可采用条带充填开采技术；
研究高效小型化的压滤机、浮选机、浓缩机、开发轻型组装振动筛分设备和无振动脱水脱介设备；
需进一步研究放顶煤采煤及采高大于6米的一次采全高时矸石充填工艺；
创立煤炭采选一体化的绿色生产新模式，解放煤炭资源，节省土地资源，节能减排，保护生态环境。