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[摘要]文章介绍了某矿业公司在 -350m 水平十五层二采区开采过程中，利用井下煤矸分离设备成功分离煤与夹石技术研究及使用效果，提出了井下实施煤矸分离的技术要点和技术措施，为含夹石煤层开采中采用煤与矸石分离的开采技术应用提供了宝贵的经验。
[关键词]井下煤矸分离 设备 创新点 效益
[中图分类号] P618.11 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-374-1
煤炭开采时，若煤中矸石含量较大，应采用机械的方式，在井下预先清除矸石，这对于解放劳动力，提高产品的质量、减少环境污染等具有重要意义。
1煤层开采的地质、技术条件
某矿煤层顶 板为 泥灰 岩，厚度 0. 24 ～0. 75m，平均 0. 53m，自然状态下抗压强度 72. 91 ～94. 96MPa，平均 83. 99MPa，与间接顶板泥岩、粉砂岩可构成稳定至坚硬顶板； 底板为深灰色粉砂岩、个别为粘土岩、细砂岩，自然状态下抗压强度平均 71. 83MPa； 煤层厚度 1. 55m，煤层硬度 f = 1. 2，容重 1. 40t/m3，煤层中间含有一层 0. 40m 的煤矸石，硬度 f = 3，倾角 12°。
采区内各工作面采用综合机械化采煤，各采煤工作面均采用走向长壁后退式采煤法开采。采煤机割煤，装煤，刮板输送机运煤，液压支架支护顶板； 双滚筒采煤机自开缺口，煤机采用端头斜切进刀方式。吃刀距离不小于 20m，采煤机上（ 下） 行割煤，往返一次进两刀，双向割煤； 工作面月产 3. 5 ～5. 0 万 t。
2煤矸分离常用方法
（1）人工手选：是用人眼看，用手从带式输送机上混合煤中捡出大块矸石。其工作条件十分艰苦、效率低，易造成误选、漏选，安全隐患大。
（2）水选：是用一种设备，利用煤与矸石的密度不同，靠水的浮力分离煤与矸石。其设备昂贵，工艺复杂，水资源浪费和污染环境，所需场地大，煤泥水处理困难。
（3）风选：也是用一种设备，利用煤与矸石的密度不同，靠风的浮力分离出煤与矸石。其投资大、占地面积大外，灰尘污染环境，处理效果不理想。
（4）伽马射线煤矸分选机：采用伽马射线识别煤和矸石，根据伽马射线在煤和矸石中的衰减量不同产生不同的电信号，通过电信号的反馈控制执行机构，执行机构改变矸石的运动轨迹，从而达到煤矸分离的目的。其系统复杂，分选能力小，放射源存有辐射隐患，可靠性差，现场的原煤中经常存有水或煤泥，使煤块、矸石表面被煤泥遮住，造成识别上的困难。
（5）液压式自动分选技术：采用液压分选回转油缸，以液压力为破碎力，利用煤和矸石的破碎力不同，将煤破碎而矸石不破碎的原理将煤和矸石分选出来。其系统复杂，分选能力小。
（6）选择性破碎机：是利用煤与矸石的破碎力不同，通过直径较大的圆筒带起煤与矸石做自由落体运动，靠冲击力破碎煤而矸石不碎。其体积大，功率大，破碎力不可调。
通过以上分析，上面几种设备都不适用井下煤矸分离，因此必须重新开发一种新的设备以满足生产需要。
根据该矿井下煤质及巷道实际情况，矿课题组与中国矿大联合设计研发了一种新型井下煤矸分离设备： MGF 井下煤矸分离设备。
3 MGF井下煤矸分离设备工作原理
混合煤通过带式输送机运送到筛分设备，用筛分设备把小于 50mm 的混合煤分离到筛下进入带式输送机，大于 50mm 混合煤，则进入 MGF 井下煤矸分离设备中。在分离设备作用下，冲击锤以事先设定好的速度，对煤矸打击，使煤被打碎，而矸石不被打碎。被打碎的小于 50mm 的煤掉入筛下进入带式输送机，大于50mm 的煤以及矸石则进入第二级煤矸分离设备，按同样原理，进行第二次分离，最后筛上矸石进入横向带式输送机。
4主要技术参数及工艺流程
（1）系统型号： MGF -200。（2）处理粒度范围： 0 ～200mm。（3）处理量： 200t/h。（4）电压： 380/660V。（5）设备最大高度 2. 3m、宽度 3. 6m、长度 5. 3m。（6）工艺流程（ 图 1） 。（7）设备组成： 斜式带式输送机 1 台，筛分设备 1台，煤矸分离设备 2 台，横向带式输送机 1 台，纵向带式输送机 1 台。
5创新点及关键点
（1）井下煤矸分离： 能满足井下空间小，维修不方便的条件，具有防爆功能。
（2）干式分离： 用干式分离，不用水，不用风。
（3）抗磨擦、抗冲击： 由于煤矸分离是通过煤矸分离设备的冲击锤打击煤矸，根据粒度大小分离煤矸的。因此，此设备应具有抗摩擦、抗冲击。
（4）击碎力分析： 通过理论分析计算及试验，找出煤与矸石的破碎力及其规律。
（5）降低能耗，减少运送量，有操作简单，维护方便，抗恶劣环境等一系列优点。
6煤矸破碎力分析
试验组人员在 - 350m 水平二采区做了煤矸破碎力分析试验，结果如下：1. 7m 距离以下的煤块自由坠落所受到破碎力较小，破碎效果不理想，即无法利用硬度不同而实现煤矸分离。
2m 及 2m 以上距离煤块自由坠落，对煤块进行了17 次试验，一次破碎率达到 82% ，二次破碎率达到100% 。对矸石进行了 10 次试验，一次破碎率达到10% ，二次破碎率达到 20% ，三次破碎率达到 20% ，四次破碎率达到 40%。
从概率分布角度考虑，由于试验样本较少加之人为误差，不能确定实际的煤矸破碎率。但从现场考察的情况分析，十五层煤工作面上的煤矸具有相当的分选可能性，通过调整设备达到了满意的分选效果。
7经济效益分析
（1）矸石运到地面费用具统计资料显示，矸石运送到地面运费为 33 ～ 36元/t，占地费用为 26万元/亩。
（2）矸石井下分离费用设备总功率 100kW，电费 0. 5 元/kWh，设备处理量200t/h，人工费用按100 元/8h 计算，则总计费用为：100 （ kW） × 0. 5 （ 元 / kWh） /200 （ t / h） + 2 （ 人） ×100（ 元 /8h） /8（ h） /200（ t / h） = 0. 375 元 / t。
通过以上计算可知，仅直接费用可节省：35 - 0. 375 = 34. 625 元 / t。
8结论
在井下分离矸石，向采空区充填，可减少运输费用、地面堆积土地占费用、地表塌陷、环境治理等费用，减少环境的污染，经济效益显著。
[关键词]井下煤矸分离 设备 创新点 效益
[中图分类号] P618.11 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-374-1
煤炭开采时，若煤中矸石含量较大，应采用机械的方式，在井下预先清除矸石，这对于解放劳动力，提高产品的质量、减少环境污染等具有重要意义。
1煤层开采的地质、技术条件
某矿煤层顶 板为 泥灰 岩，厚度 0. 24 ～0. 75m，平均 0. 53m，自然状态下抗压强度 72. 91 ～94. 96MPa，平均 83. 99MPa，与间接顶板泥岩、粉砂岩可构成稳定至坚硬顶板； 底板为深灰色粉砂岩、个别为粘土岩、细砂岩，自然状态下抗压强度平均 71. 83MPa； 煤层厚度 1. 55m，煤层硬度 f = 1. 2，容重 1. 40t/m3，煤层中间含有一层 0. 40m 的煤矸石，硬度 f = 3，倾角 12°。
采区内各工作面采用综合机械化采煤，各采煤工作面均采用走向长壁后退式采煤法开采。采煤机割煤，装煤，刮板输送机运煤，液压支架支护顶板； 双滚筒采煤机自开缺口，煤机采用端头斜切进刀方式。吃刀距离不小于 20m，采煤机上（ 下） 行割煤，往返一次进两刀，双向割煤； 工作面月产 3. 5 ～5. 0 万 t。
2煤矸分离常用方法
（1）人工手选：是用人眼看，用手从带式输送机上混合煤中捡出大块矸石。其工作条件十分艰苦、效率低，易造成误选、漏选，安全隐患大。
（2）水选：是用一种设备，利用煤与矸石的密度不同，靠水的浮力分离煤与矸石。其设备昂贵，工艺复杂，水资源浪费和污染环境，所需场地大，煤泥水处理困难。
（3）风选：也是用一种设备，利用煤与矸石的密度不同，靠风的浮力分离出煤与矸石。其投资大、占地面积大外，灰尘污染环境，处理效果不理想。
（4）伽马射线煤矸分选机：采用伽马射线识别煤和矸石，根据伽马射线在煤和矸石中的衰减量不同产生不同的电信号，通过电信号的反馈控制执行机构，执行机构改变矸石的运动轨迹，从而达到煤矸分离的目的。其系统复杂，分选能力小，放射源存有辐射隐患，可靠性差，现场的原煤中经常存有水或煤泥，使煤块、矸石表面被煤泥遮住，造成识别上的困难。
（5）液压式自动分选技术：采用液压分选回转油缸，以液压力为破碎力，利用煤和矸石的破碎力不同，将煤破碎而矸石不破碎的原理将煤和矸石分选出来。其系统复杂，分选能力小。
（6）选择性破碎机：是利用煤与矸石的破碎力不同，通过直径较大的圆筒带起煤与矸石做自由落体运动，靠冲击力破碎煤而矸石不碎。其体积大，功率大，破碎力不可调。
通过以上分析，上面几种设备都不适用井下煤矸分离，因此必须重新开发一种新的设备以满足生产需要。
根据该矿井下煤质及巷道实际情况，矿课题组与中国矿大联合设计研发了一种新型井下煤矸分离设备： MGF 井下煤矸分离设备。
3 MGF井下煤矸分离设备工作原理
混合煤通过带式输送机运送到筛分设备，用筛分设备把小于 50mm 的混合煤分离到筛下进入带式输送机，大于 50mm 混合煤，则进入 MGF 井下煤矸分离设备中。在分离设备作用下，冲击锤以事先设定好的速度，对煤矸打击，使煤被打碎，而矸石不被打碎。被打碎的小于 50mm 的煤掉入筛下进入带式输送机，大于50mm 的煤以及矸石则进入第二级煤矸分离设备，按同样原理，进行第二次分离，最后筛上矸石进入横向带式输送机。
4主要技术参数及工艺流程
（1）系统型号： MGF -200。（2）处理粒度范围： 0 ～200mm。（3）处理量： 200t/h。（4）电压： 380/660V。（5）设备最大高度 2. 3m、宽度 3. 6m、长度 5. 3m。（6）工艺流程（ 图 1） 。（7）设备组成： 斜式带式输送机 1 台，筛分设备 1台，煤矸分离设备 2 台，横向带式输送机 1 台，纵向带式输送机 1 台。
5创新点及关键点
（1）井下煤矸分离： 能满足井下空间小，维修不方便的条件，具有防爆功能。
（2）干式分离： 用干式分离，不用水，不用风。
（3）抗磨擦、抗冲击： 由于煤矸分离是通过煤矸分离设备的冲击锤打击煤矸，根据粒度大小分离煤矸的。因此，此设备应具有抗摩擦、抗冲击。
（4）击碎力分析： 通过理论分析计算及试验，找出煤与矸石的破碎力及其规律。
（5）降低能耗，减少运送量，有操作简单，维护方便，抗恶劣环境等一系列优点。
6煤矸破碎力分析
试验组人员在 - 350m 水平二采区做了煤矸破碎力分析试验，结果如下：1. 7m 距离以下的煤块自由坠落所受到破碎力较小，破碎效果不理想，即无法利用硬度不同而实现煤矸分离。
2m 及 2m 以上距离煤块自由坠落，对煤块进行了17 次试验，一次破碎率达到 82% ，二次破碎率达到100% 。对矸石进行了 10 次试验，一次破碎率达到10% ，二次破碎率达到 20% ，三次破碎率达到 20% ，四次破碎率达到 40%。
从概率分布角度考虑，由于试验样本较少加之人为误差，不能确定实际的煤矸破碎率。但从现场考察的情况分析，十五层煤工作面上的煤矸具有相当的分选可能性，通过调整设备达到了满意的分选效果。
7经济效益分析
（1）矸石运到地面费用具统计资料显示，矸石运送到地面运费为 33 ～ 36元/t，占地费用为 26万元/亩。
（2）矸石井下分离费用设备总功率 100kW，电费 0. 5 元/kWh，设备处理量200t/h，人工费用按100 元/8h 计算，则总计费用为：100 （ kW） × 0. 5 （ 元 / kWh） /200 （ t / h） + 2 （ 人） ×100（ 元 /8h） /8（ h） /200（ t / h） = 0. 375 元 / t。
通过以上计算可知，仅直接费用可节省：35 - 0. 375 = 34. 625 元 / t。
8结论
在井下分离矸石，向采空区充填，可减少运输费用、地面堆积土地占费用、地表塌陷、环境治理等费用，减少环境的污染，经济效益显著。