1 生产现状及存在问题

桑树坪矿二号井2015年上半年完成了生产系统的扩能改造工作，矿井主运输系统全面实现皮带化运输，南北采区的煤炭首先进入井底煤仓，然后通过斜井主运皮带及上仓皮带进入筛分车间进行筛分，分为+60mm筛上物块煤、矸石及60mm的筛下物混煤。由于筛上物矸石含量达60%，矸石粒度范围30-300mm，块煤粒度范围25-100mm，为提升产品质量，现有生产系统设置了三次人工拣矸。系统存在以下问题：

一是选矸员工配置较多，人工成本较高；

二是工况复杂，安全管理压力大；

三是工作环境差、粉尘大，噪音大，容易使员工患上职业病；

四是员工劳动强度大，工作时间长，易疲劳，造成漏选或错选，分选效率低下；

五是员工的熟练程度和职业技能影响分选效果；

六是经过三次人工拣矸环节，部分块煤在转载、转运、推土机盘煤过程中成为末煤(损失高达65%)，总体经济效益降低。

2 智能干选方案的提出

2.1 煤质分析

矿井开采方式为综采放顶煤，该方式往往导致原煤中的矸石偏多，特别是块矸石。根据矿井现在生产方式，项目对桑树坪二号井原煤矸石含量及储煤场原料煤组成进行了统计分析(见表1～2)。

表1  二号井原煤矸石量统计表

表2  一、二次拣矸后储煤场原料煤组成表

根据表1可知，二号井矸石产率为7.62%，根据相关规定应判定为高含矸煤。

由表2可知：在待选物料中(除去-30mm末煤)，矸石占比高达80.29%，含量极大。经过转载、转运以及推土机盘煤作业，块煤(+30mm)损失高达65%。

2.2 分选方法选择

拟在桑树坪二号井应用的高含矸煤一体化智能干法选煤技术同传统的跳汰、重介等技术相比较，不但技术更先进，工艺流程大为简化，分选精度好，分选效率高，投资省，而且不用水，省去了脱水干燥这一生产环节，能够完全替代人工，能耗也随之大为降低，同时因为省去了其他介质的加入，既节省了水资源又不会造成环境破坏和其他污染，在解决现有问题、提升选煤精度和实现机械自动化方面具有广阔的推广应用前景，市场潜力巨大。

2.3 一体化智能干选技术原理

一体化智能干法选煤技术是利用煤炭和矸石物理属性的本质不同，通过双能X射线进行识别后进而通过快速执行机构进行精确分选。在双能X射线照射下，煤炭和矸石由于对射线的吸收不同从而形成成像差异，系统根据成像差异对煤炭和矸石进行识别后将信号发送给执行系统，执行系统的卧式气动喷射阵列喷射出高压空气，击打煤或矸石，使其脱离原运动轨迹分离至远端溜槽中，而未受击打的矸石或煤则沿原运动轨迹落入近端溜槽中，从而实现煤炭和矸石的高效精确分选。实际现场应用时，可根据待分选混合物中煤和矸石的比例，自由确定击打对象是煤还是矸石。

双能X射线煤矸黑白灰度值及煤矸成像采集见图1～2。识别-击打一体化模式智能干选系统示意见图3。

图1  双能X射线煤矸黑白灰度图

图2  双能X射线煤矸成像采集图

图3  识别-击打一体化模式智能干选系统示意图

3 分选效果

煤中含矸＜5%，最低时达到1.4%，矸中带煤＜5%，最低时达到1.1%，煤的分选效率＞90%，指标良好，达到并超过了预期目标。

4 效益分析

4.1 当前效益

主要是智能干选代替人工拣选，分选人工费降低。一体化智能干法选煤及人工拣选吨煤加工费用明细见表3、表4。

表3  一体化智能干法选煤吨煤加工费用明细

表4  人工拣选吨煤加工费用明细

由两表看出：采用一体化智能干法选煤技术，吨煤加工费用较人工拣选少7.15元，按矿井实际生产能力3.0Mt/a计算，每年约产生30万吨混杂煤，计算加工费每年可节约214.5万元。

4.2 预期效益(主井系统)

主井系统应用智能干选系统后，预期的经济效益为两部分：分选人工费降低以及块煤率提升。

(1) 人工费

根据矿方提供资料，桑树坪三次拣矸配备工人96人，应用一体化智能干法选煤系统后，仅需要配备8人进行产品检查分选即可，即可节省拣矸工88人，全年可节省人工费528万元(按人均年收入6万元计算)。

(2) 块煤产率提高增加效益

现有生产中块煤倒运三次，年损失6.3万t，按照块煤与末煤保守差价185元/t计算，年损失销售额约为1165.5万元，损失较大。

系统上线后，综合预期效益为528+1165.5=1693.5万元，综合经济效益非常显著。

(3) 干法选煤应用于井下排矸，矸石不升井，直接充填采空区

根据表1可知，二号井矸石产率为7.62%，如果在井下设置干法选煤系统将矸石提前排除，每年约19万t矸石不出井，节省的运力、人工、场地费用相当可观。反之，每年可多生产原煤10万t(置换率按50%计算)，按综合售价315元考虑，每年可增加销售收入3150万元。

5 结语

一体化智能干选技术在桑树坪二号井的成功应用，是一次干法分选新革命，为企业解决了现实问题，给企业带来巨大的经济效益和社会效益。30～100mm块煤分选成功后，将进一步探索煤炭全粒级智能干法分选技术，彻底颠覆现有跳汰、重介质分选存在用水、投资大、运营费用高的问题，为实现煤炭环保、高效、节能探索新出路。