一種煤巖同采工作面的煤巖分選與利用方法與流程

本發明涉及一種煤巖同采工作面煤巖分選與利用方法，尤其適用于多煤層聯合開采極薄煤層作為保護層時煤巖同采工作面所采出煤巖的分選與利用。

背景技術：

對于煤層群而言，最有效的卸壓增透，抽采瓦斯方法首選開采保護層，這也是《防治煤與瓦斯突出規定》中優先采用的煤層卸壓抽采瓦斯方法。但是對于很多煤層群而言，由于煤層間隔距離大或煤層薄厚分布不均、極化嚴重而不具備良好的保護層開采條件，因此不得不把一些厚度小于1.3m極薄煤層作為保護層進行開采，以實現待采被保護層的充分卸壓。薄保護層開采時由于煤層較薄，煤巖同采時產生大量矸石，大量的矸石如升井排放堆積，其提升費用增長，同時將面臨占用大面積土地和環境污染的問題；同時采出煤巖煤質較差，如不進行有效的洗選利用難以獲得較好的經濟效益，加之由于多煤層聯合開采，引發地表沉陷問題日趨嚴重。現有的分、洗選工藝步驟多在井上完成，且充填材料則多為井上配置運送到井下進行充填，矸石提升和充填材料的下送大大增加了提升費用。專利一種井下矸石分選充填系統及方法(ZL201010506018.0)提出一種井下矸石分選充填系統及方法，該方法只涉及井下矸石分選設備系統的介紹，并未提出一套科學高效的分選標準和方法；專利槽選工藝煤礦井下排矸系統(ZL201310444002.5)僅提出一種井下槽選工藝系統，并未對矸石分選標準、綠色利用方法提出創新；專利一種高硫動力原煤分選工藝(ZL201110430489.2)針對高硫煤的特點進行分選，其分選標準和流程僅適用于含矸量較少的高硫原煤，對于薄煤層開采煤巖同采工作面采出的大量煤巖混合物的分選并不適用。因此如何實現多煤層聯合開采條件下煤巖同采工作面煤巖的科學高效的分、洗選，并使分選出的煤和巖石綠色高效利用，在保證實施保護層安全開采的同時，實現矸石不升井、煤炭高效利用和采動低損害成為迫切需要解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種方法簡單、成本低、能有效解決多煤層聯合開采及極薄保護層開采帶來的矸石提升及地面堆積、煤質降低和地表沉陷等問題的煤巖同采工作面煤巖分選和利用方法；通過在井下建立分、洗選系統，實現煤巖的科學分離，并經過礦井相應的運輸系統，分別實現煤和巖石的綠色高效利用。

為實現上述目的，本發明的煤巖同采工作面煤巖分選和利用方法，包括如下步驟：

a.薄保護層開采時，被保護層作為待采煤層等待被開采，薄保護層煤巖同采工作面采出的矸石經運矸巷運送至分、洗選硐室；

b.將矸石經設在分、洗選硐室內的多級齒錕式滾軸篩進行多級分選，分選后粒徑大于等 于100mm的大顆粒為篩上物，粒徑小于等于13mm的小顆粒為篩下物，粒徑大于13mm小于100mm的中等顆粒為篩中物；

c.將主要成分為煤及小顆粒矸石的篩下物用膠帶運輸機運送至井下中煤倉儲存；

d.將主要成分為大塊度巖石的篩上物用膠帶運輸機運送至設在井下的破碎系統進行集中破碎；

e.將煤和巖石混合的篩中物用膠帶運輸機運送至井下洗選系統，井下洗選系統選出密度較大的巖石和密度較小的煤塊，較小密度的煤塊直接經膠帶運輸機運送至井下中煤倉，較大密度的巖石送入井下破碎系統進行集中破碎；

f.經分選出的篩上物巖石和篩中物洗選出的巖石進入破碎系統后，集中破碎至粒度小于等于25mm的小顆粒巖石，經膠帶運輸機全部運輸至井下矸石倉備用；

g.當被保護層進行回采時，將井下矸石倉內的矸石經充填運輸巷及排矸巷運送至被保護層采空區進行矸石回填，實現井下被保護層的充填開采；

h.經分選出的篩下物煤和篩中物洗選出的煤進入井下中煤倉后，經礦井提升運輸系統與運輸機運送至地面的矸石發電廠，實現矸石電廠高效發電。

煤和巖石混合的篩中物洗選密度分界值由電廠要求煤質需要設定，按洗選出煤塊灰分不超過60％計算，確定洗選密度分界值大小的分界值為1.9g/cm³。

有益效果：本發明針對多煤層開采背景下極薄煤層煤巖同采工作面采出煤巖分選和利用難題，在煤巖工作面采出大量煤矸后，將煤矸運送至井下分、洗選硐室進行煤矸的高效分離，根據薄保護層煤巖同采工作面采出大量煤巖混合物的特點和粒徑分布范圍，提出一套科學、系統的煤巖分選標準，結合多煤層聯合開采的特點，分選出的巖石經破碎后用于對相應被保護層采空區的充填，將分選出的矸石進行破碎后直接充填至相應被保護層采空區，在矸石不升井的同時實現被保護層充填開采，有效防止了多煤層聯合開采引發的地表沉降，同時分選出的煤經主運輸系統運輸至地面矸石電廠進行發電，經分、洗選后的煤，其純度有了較大的提高，實現了電廠的高效發電，提高了煤礦的經濟效益。矸石不升井解決了地面矸石山堆積問題，降低了礦井提升成本；被保護層采空區充填降低了采動損害，有效防止了地表沉降；分、洗選后高純度的煤進行高效發電，實現了煤的高效利用。本發明在實現煤矸高效分離的同時，分別實現了煤和巖石的綠色高效利用，可產生顯著的經濟效益和社會效益，具有極好的推廣價值。

附圖說明

圖1是本發明的方法流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖中的實施例對本發明作進一步的描述：

本發明的煤巖同采工作面煤巖分選和利用方法，包括如下步驟：

a.薄保護層開采時，被保護層作為待采煤層等待被開采，薄保護層煤巖同采工作面采出的矸石經運矸巷運送至分、洗選硐室；

b.將矸石經設在分、洗選硐室內的多級齒錕式滾軸篩進行多級分選，分選后粒徑大于等于100mm的大顆粒為篩上物，粒徑小于等于13mm的小顆粒為篩下物，粒徑大于13mm小于100mm的中等顆粒為篩中物；

c.將主要成分為煤及小顆粒矸石的篩下物用膠帶運輸機運送至井下中煤倉儲存；

d.將主要成分為大塊度巖石的篩上物用膠帶運輸機運送至設在井下的破碎系統進行集中破碎；

e.將煤和巖石混合的篩中物用膠帶運輸機運送至井下洗選系統，井下洗選系統選出密度較大的巖石和密度較小的煤塊，較小密度的煤塊直接經膠帶運輸機運送至井下中煤倉，較大密度的巖石送入井下破碎系統進行集中破碎；所述煤和巖石混合的篩中物的洗選密度分界值由電廠要求煤質需要設定，按洗選出煤塊灰分不超過60％計算，確定洗選密度分界值大小的分界值為1.9g/cm³。

f.經分選出的篩上物巖石和篩中物洗選出的巖石進入破碎系統后，集中破碎至粒度小于等于25mm的小顆粒巖石，經膠帶運輸機全部運輸至井下矸石倉備用；

g.當被保護層進行回采時，將井下矸石倉內的矸石經充填運輸巷及排矸巷運送至被保護層采空區進行矸石回填，實現井下被保護層的充填開采；

h.經分選出的篩下物煤和篩中物洗選出的煤進入井下中煤倉后，經礦井提升運輸系統與運輸機運送至地面的矸石發電廠，實現矸石電廠高效發電。

實施例一、

煤巖同采工作面煤巖分選和利用方法：首先針對一煤層群，主采煤層上部有一薄煤層，將該薄煤層作為主采煤層的保護層進行開采，由于薄煤層平均厚度僅為0.5m，計劃采高1.8m，因此，保護層開采帶來的問題是產生大量的矸石，據估算采面采出矸石量占煤矸總量的72.2％，按保護層回采工作面正常生產，需“兩頭一面”(兩個保護層掘進工作面和一個回采工作面)，經計算日排矸量可達1600m3(含煤量)，大量矸石的產生使得礦井煤質下降。對采出矸石可選性和煤質進行調研分析，從表1中可以看出>50mm粒級占36.17％，考慮掘進機切割的因素，預計保護層工作面>50mm粒級占40％以上，具有可選性。通過計算保護層采掘面開采后，商品煤灰分將升高14個百分點，達到39％。售價級差按10～15元/噸計算，再加上超灰罰款。每噸售價減少139～250元，每年產量按130萬噸計算，每年將損失1800～3250萬元。因此需要一種科學的煤巖分選和利用方法，進行煤巖的高效分選和綠色利用，在實現 礦井安全綠色開采的同時，使得煤礦的經濟效益也獲得提高。

表1

因此需在井下建立了矸石轉運、儲存與充填系統，對采出矸石進行科學高效的處理和利用。薄保護層開采時，采出煤的同時也會采出大量巖石，煤巖同采工作面采出的矸石經專用運輸巷運送至分、洗選硐室；矸石經過分、洗選硐室內的多級齒錕式滾軸篩進行多級分選，根據表1的煤矸粒度分布，將分選的上下尺度分別定為100mm和13mm，以實現煤矸的高效分選和全部利用。分選后粒徑大于等于100mm的為篩上物，粒徑小于等于13mm的為篩下物，粒徑大于13mm小于100mm的為篩中物；篩下物(主要成分為煤及小顆粒矸石)經膠帶運至中煤倉儲存；篩上物(主要為大塊度巖石)隨即運至破碎系統進行集中破碎；篩中物(煤和巖石混合物)輸送至洗選系統，洗選系統采用重介淺槽洗選工藝，為了滿足電廠煤質要求，按洗選出煤塊灰分不超過60％計算，確定分選分界密度為1.9g/cm3，選出大密度的巖石和小密度的煤，煤粉直接經膠帶運輸至中煤倉，巖石進入破碎系統進行集中破碎；經分選出的篩上物巖石和篩中物洗選出的巖石進入破碎系統后，進行集中破碎成粒度小于等于25mm的小顆粒巖石，經膠帶全部運輸至矸石倉，根據研究可知，在實際充填時越小粒徑能更快達到沉降的穩定值，根據試驗研究，確定了小于等于25mm作為目標粒徑范圍作為充填材料加以儲備；薄保護層開采的同時被保護層得到了有效卸壓，通過預抽被保護層瓦斯使得被保護層瓦斯含量降低，危險性減小，被保護層得以安全開采，當被保護層具備回采條件時，矸石倉內的矸石經充填運輸巷及排矸巷運送至被保護層采空區進行矸石回填，實現被保護層的充填開采，這樣薄保護層開采后為被保護層創造了安全回采條件，同時采出的煤矸經分運、洗選破碎后直接充填至被保護層采空區，實現了矸石不升井，節約了提成成本，解決了矸石山占用大面積土地和環境污染的問題，降低了采動損害，實現了多煤層協同綠色安全開采。經分選出的篩下物煤和篩中物洗選出的煤進入中煤倉后，經礦井主要運輸系統運輸至地面的矸石發電廠，實現矸石電廠高效發電。通過實驗，薄保護層毛煤經過篩分后，粒度小于20mm產率占58.89％，灰分62.96％，發熱量2000～2500kcal/kg，再摻入部分洗選后的中煤將滿足矸石 電廠發熱量(矸石電廠2700～3000kcal/kg，粒度小于20mm)的用煤要求。矸石電廠如果直接用三水平保護層篩分后的中煤作為原料，每年節約大量購煤成本。矸石電廠每年消耗大量中煤，將減緩煤質壓力，能使商品煤平均灰分下降3～4個百分點。售價將上升30～40元/噸，全年增效45元×130萬＝5850萬元，薄保護層中煤供應電廠后，創造了巨大的經濟價值。