專利名稱：矸石井下分離方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種矸石井下分離方法與裝置，特別是在煤礦井下直接分離煤與矸石 的矸石井下分離方法與裝置。
背景技術(shù)：
隨著采煤機械化程度的不斷提高，特別是放頂煤開采技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使采煤過 程中由工作面斷層、頂?shù)装寮皧A矸等產(chǎn)生的大量矸石混入煤流。據(jù)不完全統(tǒng)計，從井下提升 進入地面選煤廠的毛煤(采出后未經(jīng)任何處理的煤，主要是煤與矸石)中含矸率平均在16%
左右ο在煤炭行業(yè)傳統(tǒng)作業(yè)中，均將采煤與選煤分成兩個獨立的系統(tǒng)。煤礦在井下對混 入煤中的矸石不作處理，而是一起直接運輸、提升至地面，再由選煤廠通過洗選排除。其不 足之處有矸石的運輸和提升浪費大量能源；增加地面選煤廠的機電設(shè)備損耗和能耗；選 煤廠分離出的矸石占用大量土地；矸石污染周邊地區(qū)的土壤和水源；礦區(qū)沉陷等。因此，研制煤礦井下選煤技術(shù)與裝備，在井下就地排除矸石，尤其是排除大塊矸 石，可以產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，具體表現(xiàn)為
(1)可避免大量的無效運輸，提高礦井的實際產(chǎn)能，實現(xiàn)“節(jié)能減排”。將混入毛煤中的 矸石由井下運輸、提升至地面選煤廠再做處理，屬無效運輸；若能在井下就地排除，則可將 原來用于運輸、提升矸石的運能轉(zhuǎn)化為運煤，不僅可提高礦井運輸?shù)膶嶋H能力，同時還起到 了“節(jié)能減排”的作用。(2)降低地面選煤廠的機電設(shè)備損耗和能耗。大量矸石的分離操作，尤其是大塊 矸石的處理，會對選煤廠的機電設(shè)備造成較大的機械損耗，同時也增加了機電設(shè)備的能耗。 井下矸石的就地分離，可顯著降低地面選煤廠的機電設(shè)備損耗和能耗。(3)節(jié)約用地，保護生態(tài)環(huán)境。地面選煤廠排除的矸石需占用大量場地進行堆積 存放，矸石風(fēng)化后，遇風(fēng)則塵土飛揚，遇雨則污水橫流，而且矸石中的硫分和可燃物極易形 成自燃，更加重了對生態(tài)環(huán)境的損害。在井下通過分選就地排除矸石，則可消除這些弊端。(4)井下分離的矸石可以就地回填。將井下就地排除的矸石(尤其是大塊矸石)作 為采空的回填材料，可有效避免礦區(qū)地面的塌陷；經(jīng)技術(shù)處理后，可置換傳統(tǒng)技術(shù)不能回收 的保安煤柱中的煤炭，實現(xiàn)提高煤炭采收率、延長礦井服務(wù)年限的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首先所要解決的技術(shù)問題是提供一種矸石井下分離的方法，其簡單實用并 易于井下實施。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案使毛煤從高處落下，在毛煤下落路徑上，通 過撞擊的方式向毛煤提供側(cè)向沖擊力，根據(jù)落下物受所述沖擊力而彈出的距離不同，區(qū)分 毛煤中的煤與矸石。在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可同時采用以下進一步的技術(shù)方案 它提供毛煤輸送裝置，使毛煤從所述毛煤輸送裝置的物料出口落下；在毛煤中的矸石受所述撞擊后落下的位置提供有矸石收集裝置；在毛煤中的煤受所述撞擊后落下的位置提 供有煤輸送裝置。在所述矸石收集裝置的上方提供有可轉(zhuǎn)動的擋煤板，使矸石能夠依靠自身動能撞 開所述擋煤板而落入所述矸石收集裝置，使依靠自身動能不能撞開所述擋煤板的落下物被 導(dǎo)入所述煤輸送裝置。本發(fā)明所提供的方法利用煤與矸石在硬度等物理性質(zhì)方面的差異進行區(qū)分，使大 部分矸石(尤其是大塊矸石)在井下即被分離出去。由于煤(尤其是塊狀煤)質(zhì)地疏松，易于破碎，所以彈性較小，煤在受到撞擊后容易 在撞擊點出現(xiàn)粉末狀破壞或整體破碎成多個小塊。在此破壞過程中，撞擊產(chǎn)生的大部分能 量被吸收，所以受到撞擊后的煤通常不具有太大的動能，表現(xiàn)為運動速度較小。而矸石則不同。矸石(尤其是塊狀矸石)質(zhì)地致密堅硬，難以破碎，所以在受到撞擊 時產(chǎn)生的能量不能及時釋放，受到撞擊后的矸石通常具有較大的動能，從而使矸石往往具 有比煤更大的運動速度。本發(fā)明基于上述原理提出了矸石井下分離方法通過撞擊從上方落下的毛煤，使 煤與矸石在接近水平的方向上產(chǎn)生不同的速度，進而根據(jù)彈出的距離不同進行有效分離。本發(fā)明另一個所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用上述方法的矸石井下分離裝 置。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案它包括第一輸送裝置與第二輸送裝置，兩套輸送裝置 優(yōu)選帶式輸送機；第一帶式輸送機輸送毛煤，第二帶式輸送機輸送從毛煤中排除大部分矸 石后的煤；所述第一帶式輸送機的物料出口在垂直方向上高于所述第二帶式輸送機的輸送 帶；在所述第一帶式輸送機的物料出口與所述第二帶式輸送機的輸送帶之間還設(shè)有旋轉(zhuǎn)的 毛煤撞擊體，所述毛煤撞擊體的旋轉(zhuǎn)軸水平且垂直于第一帶式輸送機的輸送方向。在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可同時采用以下進一步的技術(shù)方案
在矸石被毛煤撞擊體撞擊的彈出方向的斜下方設(shè)有矸石收集容器；在煤被毛煤撞擊體 撞擊而落下的方向設(shè)有將物料導(dǎo)入第二帶式輸送機的輸送帶的導(dǎo)煤板。所述矸石收集容器的上方設(shè)有面向毛煤撞擊體的、可轉(zhuǎn)動的擋煤板，所述擋煤板 由多條可圍繞轉(zhuǎn)動軸獨立轉(zhuǎn)動的擋板條構(gòu)成；所述擋煤板的上方設(shè)有噴淋水管；所述擋煤 板處于所述導(dǎo)煤板的上方，所述擋煤板與所述導(dǎo)煤板有物料導(dǎo)入配合關(guān)系。所述擋板條面向毛煤撞擊體的一面，具有含鉻或含鈹或同時含有鉻與鈹?shù)谋砻?層。所述毛煤撞擊體的主體為圓柱體，其表面具有軸向的撞擊條，所述毛煤撞擊體的 上方設(shè)有噴淋水管。所述撞擊條的表面具有含鉻或含鈹或同時含有鉻與鈹?shù)谋砻鎸?。由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠利用上述方法與裝置，通過旋轉(zhuǎn)的毛煤撞擊體 撞擊從上方落下的毛煤，使得煤與矸石獲得不同的水平速度分量，進而根據(jù)落點的不同將 煤與大部分矸石加以分離；進一步地，還能在分離過程中直接將煤轉(zhuǎn)運輸送，將矸石在分離 過程中自動收集。更進一步地，矸石收集容器配有的擋煤板只有在所受外力大于臨界值時 才能開啟；當矸石以較大的動能和速度撞擊擋煤板時，擋煤板因所受外力大于臨界值而開 啟，矸石掉入矸石收集容器；對于少量彈至矸石收集容器上方的煤，由于其動能和速度偏 小，對擋煤板的撞擊力小于臨界值，不足以將擋煤板撞開，從而使其沿著導(dǎo)煤板滑落至第二輸送機的輸送帶上，進一步提高分離效果，減少煤炭資源的流失。


圖1為本發(fā)明的矸石井下分離裝置實施例的示意圖。圖2為擋煤板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標號分別表示如下1、毛煤撞擊體，2、毛煤撞擊體表面的撞擊條，3、毛煤撞擊 體的旋轉(zhuǎn)軸，4、擋煤板，5、矸石收集容器，6、導(dǎo)煤板，7、毛煤撞擊體上方的噴淋水管，8、擋煤 板上方的噴淋水管，9、第一帶式輸送機的輸送帶，10、第一帶式輸送機的物料出口，11、第二 帶式輸送機的輸送帶，12、擋板條，13、彈簧，14、配備回彈阻尼器的轉(zhuǎn)動軸，100、毛煤，101、 煤，102、矸石。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括第一輸送裝置與第二輸送裝置，兩套輸送裝置優(yōu)選帶式 輸送機；第一帶式輸送機的輸送帶9輸送毛煤100，第二帶式輸送機的輸送帶11輸送從毛 煤中排除大部分矸石后的煤101，第一帶式輸送機的物料出口 10在垂直方向上高于第二帶 式輸送機的輸送帶11，在第一帶式輸送機的物料出口 10與第二帶式輸送機的輸送帶11之 間還設(shè)有旋轉(zhuǎn)的毛煤撞擊體1，所述毛煤撞擊體的旋轉(zhuǎn)軸3水平且垂直于第一帶式輸送機 的輸送帶9的輸送方向。在矸石102被毛煤撞擊體1撞擊的彈出方向的斜下方設(shè)有矸石收集容器5 ；在煤 101被毛煤撞擊體1撞擊而落下的方向，設(shè)有將物料導(dǎo)入第二帶式輸送機的輸送帶9的導(dǎo)煤 板6。矸石收集容器5的上方設(shè)有面向毛煤撞擊體1的、傾斜的、有彈簧支撐的擋煤板4; 擋煤板4處于導(dǎo)煤板6的斜上方，擋煤板4與導(dǎo)煤板6有物料導(dǎo)入配合關(guān)系。如圖2所示，擋煤板4由可圍繞配備回彈阻尼器的轉(zhuǎn)動軸14獨立轉(zhuǎn)動的多條擋板 條12構(gòu)成；每條擋板條12分別由各自的彈簧13給予支撐。主要由煤101與矸石102組成的毛煤100，經(jīng)第一帶式輸送機的輸送帶9的輸送， 到達第一帶式輸送機的物料出口 10處，在毛煤撞擊體1的上方落下，并受到毛煤撞擊體1 的撞擊，毛煤中的煤101與矸石102獲得不同的水平速度分量，如前所述，矸石102往往比 煤101飛得更遠。矸石收集容器5設(shè)置在比大多數(shù)煤101的落點更遠的位置；矸石收集容器 5配有擋煤板4，擋煤板4在所受外力大于由彈簧13決定的臨界值時才能開啟；當矸石102 以較大的動能和速度撞擊擋煤板4時，擋煤板4因所受外力大于臨界值而開啟，矸石102掉 入矸石收集容器5 ；對于少量彈至矸石收集容器5上方的煤101，由于其動能和速度偏小，對 擋煤板4的撞擊力小于臨界值，不足以將擋煤板4撞開，從而使上述煤101沿著擋煤板4滑 落。上述煤101與其他大多數(shù)沒有彈至矸石收集容器5上方的煤101 —起，經(jīng)導(dǎo)煤板6滑 落到第二帶式輸送機的輸送帶11上。為了更充分地闡釋上述實施方式，下面就矸石井下分離裝置的兩個主要設(shè)備毛 煤撞擊體1與擋煤板4，作進一步說明。1、毛煤撞擊體
如圖1所示，毛煤撞擊體1的主體結(jié)構(gòu)可以采用實心圓柱體型鋼結(jié)構(gòu)，使毛煤撞擊體1
5具有較大的質(zhì)量，進而增大毛煤撞擊體1旋轉(zhuǎn)時的動能和慣性。由于煤101和矸石102連 續(xù)落下，為盡可能使所有的煤101或矸石102都能與毛煤撞擊體1發(fā)生有效撞擊，在毛煤撞 擊體1的外表面具有軸向的撞擊條2。上述撞擊條2可以用實心鋼材或強度更大的合金鋼 材(如錳鋼)制作，在毛煤撞擊體1的外表面固定時，與毛煤撞擊體1的旋轉(zhuǎn)軸3保持平行。 上述外表面固定有撞擊條2、截面類似蓮花形的毛煤撞擊體1，以適當轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，可使絕大 多數(shù)的煤101或矸石102與毛煤撞擊體1發(fā)生有效撞擊，并在接近水平的方向上獲得不同 的運動速度。毛煤撞擊體1的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，針對不同工況可以通過試驗確定最佳轉(zhuǎn)速，使 煤101、矸石102與毛煤撞擊體1有效撞擊后彈射距離的差異最大化。為避免毛煤100與毛煤撞擊體1撞擊時產(chǎn)生火花引發(fā)事故，本發(fā)明中采取了如下 措施(1)在毛煤撞擊體上方設(shè)置噴淋水管7，毛煤撞擊體1及其附近的毛煤均在噴淋范圍 之內(nèi)，這樣既可抑制并熄滅火花，又可有效降低撞擊后產(chǎn)生的粉塵，在消除事故隱患的同時 改善井下生產(chǎn)環(huán)境。(2)對毛煤撞擊體表面的撞擊條2進行表面處理，使其具有含鉻或含鈹 或同時含有鉻與鈹?shù)谋砻鎸?；鉻與鈹屬于活性較小的金屬，可以有效減少火花的產(chǎn)生并降 低火花的點燃性；上述措施不影響所述撞擊條2的強度，同時可確保矸石井下分離過程的 生產(chǎn)安全。2、擋煤板
擋煤板4的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。擋煤板4由多條擋板條12構(gòu)成，擋板條12可以 用鋼板制作，每個擋板條12可圍繞配備回彈阻尼器的轉(zhuǎn)動軸14獨立轉(zhuǎn)動，并各自配有支撐 彈簧13。在不受其他外力作用時，在彈簧13的彈力作用下，每塊擋板條都靜止在如圖1中 的位置。選擇彈簧13的合適強度，使得彈射至矸石收集容器5上方的矸石102能夠撞開相 應(yīng)的擋板條12而進入矸石收集容器5，同時通過轉(zhuǎn)動軸14所配備的回彈阻尼器，使該擋板 條12以合適速度返回初始的靜止位置，避免由于彈簧13的快速反彈而又將矸石102彈回 到矸石收集容器5的外側(cè)。在矸石102撞開某條擋板條12的同一時刻，可能也會有少量煤 101撞擊其他相鄰擋板條，由于動能和速度偏小而不能撞開擋板條，上述煤101沿著擋板條 滑落至導(dǎo)煤板6，并最終落到第二帶式輸送機的輸送帶11上。上述結(jié)構(gòu)的擋煤板4雖然可 能導(dǎo)致部分動能偏小的小塊矸石不能進入矸石收集容器5，但可確保大部分矸石102 (尤其 是大塊矸石)順利進入矸石收集容器5，并有效阻擋煤101誤入矸石收集容器5，從而在排除 矸石102的過程中最大限度地減少煤炭資源的流失。同時為確保矸石分離過程的生產(chǎn)安全，避免矸石102或煤101在撞擊擋煤板4時 產(chǎn)生火花的危險，本發(fā)明采取了與毛煤撞擊體1相似的安全措施(1)在擋煤板4的上方設(shè) 置噴淋水管8，對所有擋板條12進行噴射，抑制并及時熄滅火花，降低撞擊后產(chǎn)生的粉塵； (2)對所有擋板條12進行表面處理，使各擋板條12面向毛煤撞擊體1的一面，具有含鉻或 含鈹或同時含有鉻與鈹?shù)谋砻鎸?。上述擋煤?的設(shè)計方案僅為優(yōu)選實施例，具體實施時也可采取如下方案擋煤 板4無需配備彈簧13或回彈阻尼器等，在初始的靜止狀態(tài)時處于豎直方向，通過增加擋板 條12的質(zhì)量到一個合適的臨界值，使擋板條12能被飛來的矸石102撞開而不能被煤101 撞開，被撞開的擋板條12隨后依賴其自身重力圍繞轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動并回到初始的豎直狀態(tài)。此外，本發(fā)明上述具體實施方式
中所涉及的第一輸送裝置與第二輸送裝置均為帶 式輸送機，僅為優(yōu)選實施例，具體實施時也可采用車斗、煤倉漏斗等非連續(xù)式的、批次的輸送裝置。同時，本發(fā)明上述具體實施方式
中所涉及的矸石收集裝置采用矸石收集容器，也 僅為優(yōu)選實施例，具體實施時也可采用帶式輸送機等連續(xù)式輸送裝置對分離出來的矸石進 行連續(xù)收集并直接轉(zhuǎn)運輸送。上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，而不是 對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改、 等同替換、改進等，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
矸石井下分離方法，其特征在于使毛煤從高處落下，在毛煤下落路徑上，通過撞擊的方式向毛煤提供側(cè)向沖擊力，根據(jù)落下物受所述沖擊力而彈出的距離不同，區(qū)分毛煤中的煤與矸石。
2.如權(quán)利要求1所述的矸石井下分離方法，其特征在于它提供毛煤輸送裝置，使毛煤 從所述毛煤輸送裝置的物料出口落下；在毛煤中的矸石受所述撞擊后落下的位置提供有矸 石收集裝置；在毛煤中的煤受所述撞擊后落下的位置提供有煤輸送裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的矸石井下分離方法，其特征在于在所述矸石收集裝置的上方 提供有可轉(zhuǎn)動的擋煤板，使矸石能夠依靠自身動能撞開所述擋煤板而落入所述矸石收集裝 置，使依靠自身動能不能撞開所述擋煤板的落下物被導(dǎo)入所述煤輸送裝置。
4.利用權(quán)利要求1所述方法的矸石井下分離裝置，其特征在于它包括第一帶式輸送機 與第二帶式輸送機，所述第一帶式輸送機輸送毛煤，所述第二帶式輸送機輸送從毛煤中排 除大部分矸石后的煤，所述第一帶式輸送機的物料出口在垂直方向上高于所述第二帶式輸 送機的輸送帶，在所述第一帶式輸送機的物料出口與所述第二帶式輸送機的輸送帶之間還 設(shè)有旋轉(zhuǎn)的毛煤撞擊體，所述毛煤撞擊體的旋轉(zhuǎn)軸水平且垂直于第一帶式輸送機的輸送方 向。
5.如權(quán)利要求4所述的矸石井下分離裝置，其特征在于在矸石被毛煤撞擊體撞擊的彈 出方向的斜下方設(shè)有矸石收集容器；在煤被毛煤撞擊體撞擊而落下的方向設(shè)有將物料導(dǎo)入 第二帶式輸送機的輸送帶的導(dǎo)煤板。
6.如權(quán)利要求4或5所述的矸石井下分離裝置，其特征在于所述矸石收集容器的上方 設(shè)有面向毛煤撞擊體的、可轉(zhuǎn)動的擋煤板，所述擋煤板由多條可圍繞轉(zhuǎn)動軸獨立轉(zhuǎn)動的擋 板條構(gòu)成；所述擋煤板的上方設(shè)有噴淋水管；所述擋煤板處于所述導(dǎo)煤板的上方，所述擋 煤板與所述導(dǎo)煤板有物料導(dǎo)入配合關(guān)系。
7.如權(quán)利要求6所述的矸石井下分離裝置，其特征在于所述擋板條面向毛煤撞擊體的 一面，具有含鉻或含鈹或同時含有鉻與鈹?shù)谋砻鎸印?br> 8.如權(quán)利要求4所述的矸石井下分離裝置，其特征在于所述毛煤撞擊體的主體為圓柱 體，其表面具有軸向的撞擊條，所述毛煤撞擊體的上方設(shè)有噴淋水管。
9.如權(quán)利要求8所述的矸石井下分離裝置，其特征在于所述撞擊條的表面具有含鉻或 含鈹或同時含有鉻與鈹?shù)谋砻鎸印?br> 全文摘要
煤礦井下采掘出的毛煤通?；煊写罅宽肥?，將矸石與煤炭一起提升至地面再作處理，會造成能源浪費、土地占用、環(huán)境污染、礦區(qū)沉陷等諸多問題。本發(fā)明提供了一種矸石井下分離方法與裝置，利用煤與矸石在硬度等物理性質(zhì)方面的差異，通過撞擊的方式，使煤和矸石在接近水平的方向上產(chǎn)生不同的速度，進而根據(jù)彈出的距離不同加以分離。此方法可顯著減少礦井無效運輸并可實現(xiàn)矸石井下就地回填。本發(fā)明提出的矸石井下分離裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、運行安全可靠、占用空間小、易于井下實施等優(yōu)點。
文檔編號E21C41/18GK101979832SQ201010518120
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者盧建剛, 孫優(yōu)賢, 鄭劍鋒 申請人:浙江大學(xué)