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(jī)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(shí)會(huì)造成更大的環(huán)境污染和更嚴(yán)重的地表塌陷，煤炭企業(yè)也將為之付出更多的治理費(fèi)用和補(bǔ)償費(fèi)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(dāng)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(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)

2、濟(jì)效益和社會(huì)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(shí)驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行了煤和矸石的破碎差別比較實(shí)驗(yàn)和破碎分選模擬實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)及經(jīng)濟(jì)效益分析等對(duì)煤矸破碎分選的判別準(zhǔn)則等進(jìn)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(jià)值的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)研究。煤由于其變質(zhì)程度不同而具有不同的力學(xué)指標(biāo)，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(biāo)。本文進(jìn)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(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，各礦煤和矸石的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及內(nèi)聚力等抗破壞性能指標(biāo)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(shí)驗(yàn)研究。進(jìn)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(shí)驗(yàn)研究，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，建立符合煤和矸石破碎外載的正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)規(guī)律，并檢驗(yàn)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(shí)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(duì)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(qiáng)度尺寸效應(yīng)規(guī)律，點(diǎn)狀壓輪和齒狀壓輪加載方式下的統(tǒng)計(jì)破碎載荷差別不大，約為平面壓輪加載方式下統(tǒng)計(jì)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(gè)評(píng)價(jià)分選效果的工藝指標(biāo)——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(shí)際值的計(jì)算公式?；诰聭?yīng)用煤矸破碎分選技術(shù)的經(jīng)濟(jì)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(jì)算公式。 (4)煤和矸石破碎分選準(zhǔn)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(shí)際的煤矸破碎分選判別準(zhǔn)則，此判別準(zhǔn)則是一個(gè)受多因素決定的動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，可以用于對(duì)特定煤種和特定巖性的矸石組成的原煤進(jìn)行可否破碎分選的判斷。并給出了煤矸破碎分選機(jī)的

6、設(shè)計(jì)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(jī)臨界載荷的確定方法。 (5)煤和矸石破碎分選的模擬實(shí)驗(yàn)研究。在煤和矸石破碎差別實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，利用自行研制的破碎分選實(shí)驗(yàn)機(jī)，對(duì)杜兒坪礦、鳳凰山礦及五陽礦的煤和矸石樣品進(jìn)行了破碎分選模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前利用建立的破碎分選準(zhǔn)則進(jìn)行了是否適宜采用破碎分選的判別，給出破碎分選實(shí)驗(yàn)機(jī)的破碎臨界載荷，并計(jì)算理論丟煤率和理論混矸