纵观选煤技术的发展历程，任何设备的应用都不是一蹴而就的，经历了漫长的“研发－应用－再研发－再应用”的循环再提高的过程；并且大多数设备因存在于特定的历史时期，具有一定的历史局限性和适用性，但不能否定它在一定时期内也发挥了积极的作用。随着科学技术的发展，一部分设备的局限性和适用性发生着变化，一部分设备却因不适应技术发展而被淘汰。另外，从选煤技术的核心分选设备来看，只有实现大量国产化，设备才能得到广泛应用。一方面是因为通过国产化更能适应国内煤质，另一方面国产设备具有质优价廉的优势。

选煤预排矸的目的是排出大块矸石，以减少后续作业的负荷、功耗、磨损和运营成本。矸石预先排出，能够减少矸石的无效运输。由于矸石和煤的硬度差别较大，矸石和煤混合破碎时，为保证后续洗选粒度的要求，导致煤过粉碎，煤泥产率增高，综合选煤效率降低，洗选成本升高。原煤预排矸可以减少矸石进入洗选系统，提高洗选系统处理能力，降低矸石破碎功耗和次生煤泥的产生，降低设备、管路、溜槽的磨损，有利于煤泥分选和降低浮选药耗、絮凝剂耗量等。近年来，原煤井下预排矸技术得到广泛的推广及应用，排出的矸石直接回填，避免了矸石升井后造成的无效运输、环境污染和地表塌陷等问题。

1 原煤预排矸方法和工作原理

原煤预排矸方法分为手选和机械选矸。最早采用手选对原煤进行预排矸，随着排矸设备的不断发展完善，手选作业逐渐从正式手选到检查性手选，最终完全取消。选矸机械有选择性破碎机、动筛跳汰机、重介质分选机、X射线分选机(如TDS智能干选机)、斜槽分选机、风力干选机等设备。

1.1 选择性破碎排矸法

选择性破碎机又称为滚筒碎选机，是通过煤和矸石硬度的不同进行选择性破碎的设备。当原煤中＞50mm粒级的含矸率超过30%以上，且煤质较脆，矸石较硬时，可考虑采用选择性破碎机选矸。选择性破碎机集筛分、选矸和破碎三个作业为一体，实现一机多用，在20世纪80、90年代得到部分应用。但由于其能耗高、精度偏低、占地空间大，对煤和矸石的性质差别要求高，所以目前国内已经很少将选择性破碎机用于排矸，只是作为破碎机使用。

1.2 动筛跳汰排矸法

动筛跳汰机是利用外力驱动筛板在水介质中上下运动，造成物料周期性的松散，进而实现按密度分层，物料的松散是靠动筛机构的运动特性实现的。动筛跳汰机中的水流不脉动，动筛机构上升时，颗粒相对于筛板总体上是没有相对运动，而水介质相对于颗粒是向下运动的；动筛机构下降时，由于介质的阻力作用，水介质形成相对于动筛机构的上升流，颗粒在水介质中产生干涉沉降；经过动筛机构多次上下往复的运动，物料实现按密度分层。

动筛跳汰机选矸具有工艺系统简单、辅助设备少、操作容易、处理量大、耗水量小、煤泥水处理系统简单、占地面积小、生产成本低等优点；缺点是分选下限偏高，一般分选粒度范围为150～25mm或300～50mm，对于中等可选和难选煤分选效率偏低，对煤质适应性差，设备维修量大。

1.3 重介质分选机排矸法

重介质分选机是根据浮沉原理，将被分选原煤在一定密度的悬浮液中按密度差异进行分层和分离的设备。在分选过程中，低密度的煤由于低于悬浮液密度而上浮，高密度的矸石等则在重力的作用下沉至槽体底部。最终，煤在上升流和水平流作用下从溢流堰排出，矸石通过槽体底部的斜轮提升机、立轮提升或刮板输送机排出。

与其他排矸工艺相比，重介排矸工艺具有分选效率高、精度高(可能偏差Ep在0.02～0.03g/cm³之间)，对煤质变化的适应性强，分选下限低等优点，对于难选和极难选煤具有很好的分选效果，分选粒度范围宽，可以作为精选设备；主要缺点是悬浮液密度高，配置困难，工艺系统复杂，设备磨损较严重，基本建设投资大，生产成本高。相比深槽重介质分选机(立轮/斜轮重介质分选机)，浅槽重介分选机虽然入料上限偏低，但其结构简单、占地面积小、设备高度低，维修量和基建投资均大幅降低。

1.4 射线分选机排矸法

不同于传统选煤方法，射线分选法与按密度分选原理不同，该设备是通过不同性质物料对射线的吸收、反射、散射等程度的不同而进行识别、计算、分离的设备，利用人工智能、大数据分析建立不同煤质特征的分析模型，对煤与矸石进行数字化识别，最终通过高灵敏、高可靠的执行机构将矸石排出。常用于分选的射线有X射线和γ射线，目前这两种射线分选技术在煤矸分离技术方面均有应用。以TDS智能干选机为例，工作原理如图1所示。X射线分选机在粮食分选、废料处理、选矿等领域应用广泛，近几年随着图像识别技术和数据算法的迅速发展，适用于选煤的X射线工业分选机得到成功研发和广泛应用。

1.5 其他选矸方法

风力分选机主要针对80～6mm的原煤进行分选，但分选精度偏低，煤中带矸量偏高，但由于其投资和运行成本低，此种干法分选尤其在低阶煤分选上具有一定优势，可以提高电煤的热值。

斜槽分选机是一个安装在地上的大倾斜洗槽，倾角在48°～52°之间，上口为精煤排料口，下口为矸石排料口，中间上面位置为原煤入料口。该设备在20世纪80年代进行了研发和应用，但由于其耗水量大，矸石含煤率高(＞5%)，分选精度低等原因，逐步被淘汰。

另外，还有少量跳汰机用于预排矸，跳汰机排矸多用单段，分选上限低是制约其作为排矸应用的主要因素。

2 典型预排矸设备发展历程

2.1 动筛跳汰机发展历程

德国KHD公司最早研制成功动筛跳汰机，于1983年在西德的埃赛勒尔矿投入试用。1986年在艾米尔美里施煤矿的试验结果中，3.6m²的动筛跳汰机处理能力达到390t/h，可以排出矸石量达90%以上。瓦尔夫煤矿将矸石提升装置由立式改为斜式，将动筛跳汰机应用于井下预排矸。20世纪90年代开始德国KHD公司开始在中国、印度和南非等推广动筛跳汰机，中国使用的进口动筛跳汰机多为KHD公司生产，1995年抚顺矿务局老虎台矿选煤厂从德国购进第一台液压动筛跳汰机，于1995年12月正式投产应用，取得了较好的效果。随之，德国公司与泰安煤矿机械厂合作生产ROMJIG液压动筛跳汰机，并开始在中国推广应用。

中国从1986年开始研究动筛跳汰机，借鉴国外液压驱动动筛跳汰机技术，先后研制成功了TD14/2.5、TD14/2.8、TD16/3.2动筛跳汰机，矸石带煤率＜3%，数量效率＞95%，I值＜0.08。虽然其具有良好的工艺效果，但是由于国产液压部件可靠性差、维修难度大，设备处理能力小，国产动筛跳汰机没有得到大面积的推广应用。为此，煤炭工业部于1991年下达了重点课题“大型动筛跳汰机的研制”，于1995年完成了工业样机的制造，并在义马矿务局跃进煤矿选煤厂投入使用。20世纪90年代，针对液压动筛跳汰机维修要求高、成本高的问题，沈阳煤炭科学研究所研制了GDT系列机械动筛跳汰机，解决这些问题，并得到了广泛应用。2000年以后动筛跳汰机的研发主要在解决设备可靠性、提高自动化程度和扩大分选粒级范围等方面进行了大量改进。

2.2 浅槽重介分选机发展历程

浅槽重介分选机早在20世纪40年代就开始使用，通过欧美各国的推广和完善，形式在不断地改进。从开始时的DSM型分选机、麦克纳利－特朗普分选机、巴沃依分选机、利巴分选机，到比较流行的丹尼尔分选机、彼德斯分选机。中国在20世纪50年代开始研究浅槽重介分选机，但进展较为缓慢。一直到20世纪80年代，浅槽重介分选机在国内才开始得到应用，在很长一个时期内，国内采用的浅槽重介分选机都是以进口为主。平朔安太堡选煤厂1988年从美国引进了丹尼尔重介质分选机，用于分选150～13mm块煤，处理能力达1500×104t/a。而浅槽重介分选机真正开始大规模应用实际上是从21世纪初开始，随着国内设备厂商对其仿制、研发，目前国产浅槽重介分选机的应用已经超过进口设备数量，而且经过较短时间的发展，已经成为一种应用十分广泛的高效重介分选设备，其主要应用于块煤的分选。但在悬浮液的稳定性、设备的耐磨性和分选粒级范围等方面还需进行深入的研究和攻关。由于该设备具有操作维护简单、投资低、效率高等优势，已成为目前中国新建选煤厂中块煤分选工艺的主选设备。

2.3 射线选矿法发展历程

1898年ProfessorHenryLouis在《商品煤洗选》一书中提到对矿物质拍摄X射线照片进行识别，20世纪50年代GendreX射线灰分仪用于选煤工程。从20世纪60年代初期第一次出现利用X射线衰减现象进行分选煤和页岩的研究后，英国国家煤业局和冈生索特克斯公司即曾合作创制了一套工业生产型拣选设备以供采煤场使用。同时期英国的JENKINSONDE研制了根据X射线波长进行选别的处理能力为20t/h的X射线分选机用于Newmillerdam煤矿。该时期提出的X射线分选机与现有分选机原理相同。同一时期，前苏联研制了APC－3和APC－4两种型号X射线分选机对100～50mm粒级的原煤进行主再选。最初主要受识别传感技术和算法能力的制约，X射线分选技术发展缓慢。

中国矿业大学在20世纪90年代研制了NH型煤矸石自动分选机，其是利用煤(矸石)对γ射线吸收量的不同而进行在线判别进而分选的设备。同一时期，华中理工大学研制了双能γ射线透射法煤矸石在线识别与分选系统；1993年，中国原子能科学研究院联合武汉煤炭设计研究院、武汉自动化仪表厂采用双光子吸收法对150～50mm粒级煤矸分离进行了试验研究。2010年在科技部支持下东北大学引进俄罗斯产SRF3－150X射线分选机，并进行研发、推广和应用。

随着图像识别技术、高速算法技术的发展，特别是2010年以来，国内高校等研究机构重新对射线分选机进行了优化研究。南京航空航天大学开展了基于双能X射线投射技术进行废金属的选别。东北大学、安徽理工大学等开展了X射线选矿法用于煤矸分离的新研究，优化检测、识别和分选系统，在识别算法上进行改进。河南大学、华北理工大学、太原理工大学开展了煤矸分离的图像识别技术研究。近年来，射线选取得到了长足发展，出现了譬如天津美腾科技的TDS智能干选机、奥地利宾德科MINEXX矿物分选系统、波兰COMEX的KRS智能干选分选系统等X射线分选设备。这些设备主要由供料、识别、执行三大主要系统构成，核心识别系统采用X射线单源双能发生器，通过高低能照射同一物体，分析物体在高低能照射下的质量吸收系数比值。随着X射线分选机不断地完善成熟，其单位处理能力也迅速提高，图2为2002—2014年X射线分选设备单位处理能力的增长示意图。

图2  2002—2014年X射线分选技术单位排矸能力的变化

3 典型的预排矸设备特点对比

几种典型的预排矸设备特点对比见表1。

表1  典型的预排矸设备特点对比

4 结论

(1) 动筛跳汰机和浅槽重介分选机是当前应用最为广泛的两种原煤预排矸设备，其发展历程表明任何技术的发展都有一个不断成熟的过程，设备的可靠性逐步提升，当该项技术逐渐成熟后，应用才能更加广泛。

(2) 射线单体识别技术应用于选煤领域实际上是把固有的“群选理论”推向了“个选理论”，把精细化选煤提高了一个更高的层次，对选煤技术的发展是革命性的。尤其随着大数据和云计算等技术迅速发展，X射线分选机(如TDS智能分选机)用于原煤排矸逐渐成熟，由于其运行成本低、工艺简单、不用水、用人少、精度高等特点，成为当前原煤预排矸设备关注的热点，被认为是原煤预排矸系统历史发展中革命性的工艺设备。

(3) 每种设备的研发应用不是一蹴而就的，都要经历漫长的研发过程，科学技术、行业的发展会导致设备在某个阶段出现跃升，从而大规模应用。对待新技术、新设备，应以包容的态度客观评价，不能因一时的不足而全盘否定，只有实践才是检验设备好坏的标准。

◎作者简介:王学民(1966—)，男，山东泰安人，教授级高工，博士，从事选煤厂生产管理及煤炭产品研发方面的工作。

◎引用格式:王学民，许光前，杨硕.原煤预排矸技术与装备发展历程综述［J］.选煤技术，2019(1):62－66，71.