一种煤岩同采工作面的煤岩分选与利用方法与流程

本发明涉及一种煤岩同采工作面煤岩分选与利用方法，尤其适用于多煤层联合开采极薄煤层作为保护层时煤岩同采工作面所采出煤岩的分选与利用。

背景技术：

对于煤层群而言，最有效的卸压增透，抽采瓦斯方法首选开采保护层，这也是《防治煤与瓦斯突出规定》中优先采用的煤层卸压抽采瓦斯方法。但是对于很多煤层群而言，由于煤层间隔距离大或煤层薄厚分布不均、极化严重而不具备良好的保护层开采条件，因此不得不把一些厚度小于1.3m极薄煤层作为保护层进行开采，以实现待采被保护层的充分卸压。薄保护层开采时由于煤层较薄，煤岩同采时产生大量矸石，大量的矸石如升井排放堆积，其提升费用增长，同时将面临占用大面积土地和环境污染的问题；同时采出煤岩煤质较差，如不进行有效的洗选利用难以获得较好的经济效益，加之由于多煤层联合开采，引发地表沉陷问题日趋严重。现有的分、洗选工艺步骤多在井上完成，且充填材料则多为井上配置运送到井下进行充填，矸石提升和充填材料的下送大大增加了提升费用。专利一种井下矸石分选充填系统及方法(ZL201010506018.0)提出一种井下矸石分选充填系统及方法，该方法只涉及井下矸石分选设备系统的介绍，并未提出一套科学高效的分选标准和方法；专利槽选工艺煤矿井下排矸系统(ZL201310444002.5)仅提出一种井下槽选工艺系统，并未对矸石分选标准、绿色利用方法提出创新；专利一种高硫动力原煤分选工艺(ZL201110430489.2)针对高硫煤的特点进行分选，其分选标准和流程仅适用于含矸量较少的高硫原煤，对于薄煤层开采煤岩同采工作面采出的大量煤岩混合物的分选并不适用。因此如何实现多煤层联合开采条件下煤岩同采工作面煤岩的科学高效的分、洗选，并使分选出的煤和岩石绿色高效利用，在保证实施保护层安全开采的同时，实现矸石不升井、煤炭高效利用和采动低损害成为迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种方法简单、成本低、能有效解决多煤层联合开采及极薄保护层开采带来的矸石提升及地面堆积、煤质降低和地表沉陷等问题的煤岩同采工作面煤岩分选和利用方法；通过在井下建立分、洗选系统，实现煤岩的科学分离，并经过矿井相应的运输系统，分别实现煤和岩石的绿色高效利用。

为实现上述目的，本发明的煤岩同采工作面煤岩分选和利用方法，包括如下步骤：

a.薄保护层开采时，被保护层作为待采煤层等待被开采，薄保护层煤岩同采工作面采出的矸石经运矸巷运送至分、洗选硐室；

b.将矸石经设在分、洗选硐室内的多级齿锟式滚轴筛进行多级分选，分选后粒径大于等 于100mm的大颗粒为筛上物，粒径小于等于13mm的小颗粒为筛下物，粒径大于13mm小于100mm的中等颗粒为筛中物；

c.将主要成分为煤及小颗粒矸石的筛下物用胶带运输机运送至井下中煤仓储存；

d.将主要成分为大块度岩石的筛上物用胶带运输机运送至设在井下的破碎系统进行集中破碎；

e.将煤和岩石混合的筛中物用胶带运输机运送至井下洗选系统，井下洗选系统选出密度较大的岩石和密度较小的煤块，较小密度的煤块直接经胶带运输机运送至井下中煤仓，较大密度的岩石送入井下破碎系统进行集中破碎；

f.经分选出的筛上物岩石和筛中物洗选出的岩石进入破碎系统后，集中破碎至粒度小于等于25mm的小颗粒岩石，经胶带运输机全部运输至井下矸石仓备用；

g.当被保护层进行回采时，将井下矸石仓内的矸石经充填运输巷及排矸巷运送至被保护层采空区进行矸石回填，实现井下被保护层的充填开采；

h.经分选出的筛下物煤和筛中物洗选出的煤进入井下中煤仓后，经矿井提升运输系统与运输机运送至地面的矸石发电厂，实现矸石电厂高效发电。

煤和岩石混合的筛中物洗选密度分界值由电厂要求煤质需要设定，按洗选出煤块灰分不超过60％计算，确定洗选密度分界值大小的分界值为1.9g/cm³。

有益效果：本发明针对多煤层开采背景下极薄煤层煤岩同采工作面采出煤岩分选和利用难题，在煤岩工作面采出大量煤矸后，将煤矸运送至井下分、洗选硐室进行煤矸的高效分离，根据薄保护层煤岩同采工作面采出大量煤岩混合物的特点和粒径分布范围，提出一套科学、系统的煤岩分选标准，结合多煤层联合开采的特点，分选出的岩石经破碎后用于对相应被保护层采空区的充填，将分选出的矸石进行破碎后直接充填至相应被保护层采空区，在矸石不升井的同时实现被保护层充填开采，有效防止了多煤层联合开采引发的地表沉降，同时分选出的煤经主运输系统运输至地面矸石电厂进行发电，经分、洗选后的煤，其纯度有了较大的提高，实现了电厂的高效发电，提高了煤矿的经济效益。矸石不升井解决了地面矸石山堆积问题，降低了矿井提升成本；被保护层采空区充填降低了采动损害，有效防止了地表沉降；分、洗选后高纯度的煤进行高效发电，实现了煤的高效利用。本发明在实现煤矸高效分离的同时，分别实现了煤和岩石的绿色高效利用，可产生显著的经济效益和社会效益，具有极好的推广价值。

附图说明

图1是本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

本发明的煤岩同采工作面煤岩分选和利用方法，包括如下步骤：

a.薄保护层开采时，被保护层作为待采煤层等待被开采，薄保护层煤岩同采工作面采出的矸石经运矸巷运送至分、洗选硐室；

b.将矸石经设在分、洗选硐室内的多级齿锟式滚轴筛进行多级分选，分选后粒径大于等于100mm的大颗粒为筛上物，粒径小于等于13mm的小颗粒为筛下物，粒径大于13mm小于100mm的中等颗粒为筛中物；

c.将主要成分为煤及小颗粒矸石的筛下物用胶带运输机运送至井下中煤仓储存；

d.将主要成分为大块度岩石的筛上物用胶带运输机运送至设在井下的破碎系统进行集中破碎；

e.将煤和岩石混合的筛中物用胶带运输机运送至井下洗选系统，井下洗选系统选出密度较大的岩石和密度较小的煤块，较小密度的煤块直接经胶带运输机运送至井下中煤仓，较大密度的岩石送入井下破碎系统进行集中破碎；所述煤和岩石混合的筛中物的洗选密度分界值由电厂要求煤质需要设定，按洗选出煤块灰分不超过60％计算，确定洗选密度分界值大小的分界值为1.9g/cm³。

f.经分选出的筛上物岩石和筛中物洗选出的岩石进入破碎系统后，集中破碎至粒度小于等于25mm的小颗粒岩石，经胶带运输机全部运输至井下矸石仓备用；

g.当被保护层进行回采时，将井下矸石仓内的矸石经充填运输巷及排矸巷运送至被保护层采空区进行矸石回填，实现井下被保护层的充填开采；

h.经分选出的筛下物煤和筛中物洗选出的煤进入井下中煤仓后，经矿井提升运输系统与运输机运送至地面的矸石发电厂，实现矸石电厂高效发电。

实施例一、

煤岩同采工作面煤岩分选和利用方法：首先针对一煤层群，主采煤层上部有一薄煤层，将该薄煤层作为主采煤层的保护层进行开采，由于薄煤层平均厚度仅为0.5m，计划采高1.8m，因此，保护层开采带来的问题是产生大量的矸石，据估算采面采出矸石量占煤矸总量的72.2％，按保护层回采工作面正常生产，需“两头一面”(两个保护层掘进工作面和一个回采工作面)，经计算日排矸量可达1600m3(含煤量)，大量矸石的产生使得矿井煤质下降。对采出矸石可选性和煤质进行调研分析，从表1中可以看出>50mm粒级占36.17％，考虑掘进机切割的因素，预计保护层工作面>50mm粒级占40％以上，具有可选性。通过计算保护层采掘面开采后，商品煤灰分将升高14个百分点，达到39％。售价级差按10～15元/吨计算，再加上超灰罚款。每吨售价减少139～250元，每年产量按130万吨计算，每年将损失1800～3250万元。因此需要一种科学的煤岩分选和利用方法，进行煤岩的高效分选和绿色利用，在实现 矿井安全绿色开采的同时，使得煤矿的经济效益也获得提高。

表1

因此需在井下建立了矸石转运、储存与充填系统，对采出矸石进行科学高效的处理和利用。薄保护层开采时，采出煤的同时也会采出大量岩石，煤岩同采工作面采出的矸石经专用运输巷运送至分、洗选硐室；矸石经过分、洗选硐室内的多级齿锟式滚轴筛进行多级分选，根据表1的煤矸粒度分布，将分选的上下尺度分别定为100mm和13mm，以实现煤矸的高效分选和全部利用。分选后粒径大于等于100mm的为筛上物，粒径小于等于13mm的为筛下物，粒径大于13mm小于100mm的为筛中物；筛下物(主要成分为煤及小颗粒矸石)经胶带运至中煤仓储存；筛上物(主要为大块度岩石)随即运至破碎系统进行集中破碎；筛中物(煤和岩石混合物)输送至洗选系统，洗选系统采用重介浅槽洗选工艺，为了满足电厂煤质要求，按洗选出煤块灰分不超过60％计算，确定分选分界密度为1.9g/cm3，选出大密度的岩石和小密度的煤，煤粉直接经胶带运输至中煤仓，岩石进入破碎系统进行集中破碎；经分选出的筛上物岩石和筛中物洗选出的岩石进入破碎系统后，进行集中破碎成粒度小于等于25mm的小颗粒岩石，经胶带全部运输至矸石仓，根据研究可知，在实际充填时越小粒径能更快达到沉降的稳定值，根据试验研究，确定了小于等于25mm作为目标粒径范围作为充填材料加以储备；薄保护层开采的同时被保护层得到了有效卸压，通过预抽被保护层瓦斯使得被保护层瓦斯含量降低，危险性减小，被保护层得以安全开采，当被保护层具备回采条件时，矸石仓内的矸石经充填运输巷及排矸巷运送至被保护层采空区进行矸石回填，实现被保护层的充填开采，这样薄保护层开采后为被保护层创造了安全回采条件，同时采出的煤矸经分运、洗选破碎后直接充填至被保护层采空区，实现了矸石不升井，节约了提成成本，解决了矸石山占用大面积土地和环境污染的问题，降低了采动损害，实现了多煤层协同绿色安全开采。经分选出的筛下物煤和筛中物洗选出的煤进入中煤仓后，经矿井主要运输系统运输至地面的矸石发电厂，实现矸石电厂高效发电。通过实验，薄保护层毛煤经过筛分后，粒度小于20mm产率占58.89％，灰分62.96％，发热量2000～2500kcal/kg，再掺入部分洗选后的中煤将满足矸石 电厂发热量(矸石电厂2700～3000kcal/kg，粒度小于20mm)的用煤要求。矸石电厂如果直接用三水平保护层筛分后的中煤作为原料，每年节约大量购煤成本。矸石电厂每年消耗大量中煤，将减缓煤质压力，能使商品煤平均灰分下降3～4个百分点。售价将上升30～40元/吨，全年增效45元×130万＝5850万元，薄保护层中煤供应电厂后，创造了巨大的经济价值。