煤和矸石井下破碎分選理論及實驗研究.pdf

1、煤矸石作為一種固體廢棄物，是礦山企業(yè)環(huán)境污染的主要危害源。隨著煤炭行業(yè)機械化程度的提高和生產(chǎn)能力的增加，矸石的地面排放量將越來越多，屆時會造成更大的環(huán)境污染和更嚴重的地表塌陷，煤炭企業(yè)也將為之付出更多的治理費用和補償費用。煤和矸石井下破碎分選回填系統(tǒng)，其主要技術(shù)功能是將矸石破碎分選后充填到采空區(qū)，既解決了矸石的地面排放問題，又適當緩解了地表塌陷的隱患，是一舉兩得的“綠色開采”技術(shù)。因此，研究開發(fā)煤矸破碎分選潔凈煤生產(chǎn)技術(shù)將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)

2、濟效益和社會效益。 本文以杜兒坪礦、鳳凰山礦及五陽礦工作面原煤中的不規(guī)則煤和矸石樣品為實驗對象，進行了煤和矸石的破碎差別比較實驗和破碎分選模擬實驗，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計及經(jīng)濟效益分析等對煤矸破碎分選的判別準則等進行了理論研究，為煤矸破碎分選技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了有價值的實驗結(jié)論和理論基礎(chǔ)。 主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： (1)煤和矸石主要物理力學(xué)性質(zhì)的實驗研究。煤由于其變質(zhì)程度不同而具有不同的力學(xué)指標，矸石由于其來源的不同而

3、巖性各異，因而也具有不同的力學(xué)指標。本文進行了杜兒坪礦、鳳凰山礦及五陽礦工作面原煤中的煤和矸石的力學(xué)特性實驗研究。結(jié)果表明，各礦煤和矸石的抗壓強度、抗拉強度及內(nèi)聚力等抗破壞性能指標是有差別的，這種差別為煤和矸石的破碎分選提供了可能性。 (2)煤和矸石破碎差別的實驗研究。進行了杜兒坪礦、鳳凰山礦及五陽礦工作面原煤中的煤和矸石樣品的破碎差別實驗研究，通過數(shù)理統(tǒng)計分析，建立符合煤和矸石破碎外載的正態(tài)分布統(tǒng)計規(guī)律，并檢驗其相關(guān)性，分析比

4、較煤和矸石的破碎差別，得出煤和矸石破碎時外加載荷的數(shù)學(xué)模型，比較了不同粒徑、不同加載方式下的破碎外載差別情況，對于不同粒徑的煤或矸石，其破碎載荷平均值基本服從巖石的強度尺寸效應(yīng)規(guī)律，點狀壓輪和齒狀壓輪加載方式下的統(tǒng)計破碎載荷差別不大，約為平面壓輪加載方式下統(tǒng)計破碎載荷的75-90％。 (3)丟煤率和混矸率的定義及其相關(guān)理論研究。根據(jù)分析煤矸破碎分選效果的需求，定義了兩個評價分選效果的工藝指標——丟煤率和混矸率，從不同的分析角度出

5、發(fā)，給出了丟煤率和混矸率的理論值和實際值的計算公式。基于井下應(yīng)用煤矸破碎分選技術(shù)的經(jīng)濟效益分析，理論推導(dǎo)得出破碎分選過程中極限丟煤率和極限混矸率的計算公式。 (4)煤和矸石破碎分選準則的建立。根據(jù)設(shè)定的丟煤率和混矸率，結(jié)合煤和矸石破碎外加載荷的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)建立了符合煤礦實際的煤矸破碎分選判別準則，此判別準則是一個受多因素決定的動態(tài)標準，可以用于對特定煤種和特定巖性的矸石組成的原煤進行可否破碎分選的判斷。并給出了煤矸破碎分選機的

6、設(shè)計允許最大混矸率。根據(jù)煤和矸石破碎載荷特性方程式的分布情況，分析比較了破碎臨界載荷可能存在的情況，并給出了破碎分選機臨界載荷的確定方法。 (5)煤和矸石破碎分選的模擬實驗研究。在煤和矸石破碎差別實驗研究的基礎(chǔ)上，利用自行研制的破碎分選實驗機，對杜兒坪礦、鳳凰山礦及五陽礦的煤和矸石樣品進行了破碎分選模擬實驗，實驗前利用建立的破碎分選準則進行了是否適宜采用破碎分選的判別，給出破碎分選實驗機的破碎臨界載荷，并計算理論丟煤率和理論混矸