一、现有技术
1、技术背景：
煤矿开采过程中，由于煤层中含有夹矸或采煤机采煤机割入了少量的顶底板矸石，导致采出的原煤中含有矸石，对煤质造成较大的影响，为减少商品煤中矸石量，提高商品煤质，从而提高企业经济效益，在煤矿主运输井口附近，一般都有配套洗煤厂。
在煤矿与洗煤厂之间一般都建有原煤仓，煤矿生产的原煤先进入原煤仓，然后再进入洗煤厂入洗，从而形成了煤矿与洗煤厂之间由同一产品生产的工序流程关系转变为两个相对独立的生产系统格局。
2、现有技术：
（1）煤炭开采。现代化大型矿井大都为综合机械化采煤，煤矿生产工序一般为采掘工作面采出的煤炭经工作面破碎机、转载机、顺槽胶带输送机输送到大巷胶带运输机上，然后由主斜井胶带运输机输送到地面。由于现代化矿井一般都为一井一面，煤矿主运胶带机系统与采面生产能力匹配，这样井下一般都取消传统的煤仓或溜眼设计，且单部胶带机最长达8千米，综采工作面回采出来的煤炭由胶带输送机直接送到地面，转载过程中对煤炭的破碎作用非常小，基本上可忽略不计。
（2）煤炭洗选。煤炭洗选工艺一般为原煤仓、选煤车间、产品仓、装车站。主斜井胶带输送机将矿井采出煤输送到洗煤厂的上仓胶带输送机上，由上仓胶带输送机将煤炭输送到洗煤厂原煤仓中，然后由原煤仓底部的给煤机，将原煤经洗煤厂输送系统送入选煤车间进行洗选加工。
（3）将煤矿原煤先输入原煤仓的主要原因为洗煤厂与煤矿这样可彼此相对独立，防止煤炭生产和洗选加工互相干扰。
（4）对于煤炭洗选加工而言，块煤一般容易洗选，且成本低。洗煤厂将原煤先进行筛分，分成块煤和末煤，块煤一般为重介浅槽工艺，末煤为旋流分离工艺。块煤洗选工艺简便，处理量大，吨洗选电耗低，洗精煤产率高且发热量高，煤泥量小，易于回收重介和处理煤泥水；末煤洗选耗能高，煤泥量大且回收重介难度大。由于末煤洗选煤泥水量太大，水处理循环利用系统处理负荷很高，限制了末煤处理能力的发挥，所以洗煤厂一般为块煤洗选为主，末煤系统视煤质需要适量入洗。由此可见，对于块煤入洗，洗煤厂的生产容易与煤矿保持一致，末煤入洗主要受煤泥水处理能力的限制，入洗率一般不高。
二、现有技术存在的缺点
输送过程中的原煤破碎作用主要发生在原煤仓，将原煤装入原煤仓后再入洗，有以下不利因素：
1、由于原煤仓一般都很大，每个仓装原煤可达1万吨左右，仓顶到仓底的落差约在60米以上，在原煤自仓中落下时由于重力作用距离长，煤炭冲击很大，造成煤炭破碎严重，块煤比例下降。
注:现代化矿井大都采用煤巷布置[S1] （注：是首尾搭接，因为全部是煤巷布置，煤层处于同一平面，这样巷道也处于同一平面，只能首尾搭接），以适应快速机械化掘进的特点，这样就取消了传统设计中井下各采区的缓冲仓设计，原煤工作面到地面由多条胶带机首尾直接搭接来完成，原煤在井下输送过程中受到破碎作用很小。
2、原煤仓中原煤储存为罐装状态，受重力作用彼此挤压严重，在仓底给料机放煤时，煤块在缓慢下降过程中相互碰撞破碎，块煤占比进一步减少，增加洗选电耗及洗选难度。
3、由于原煤仓很高，上仓胶带输送机将煤炭提升需要耗费大量电能，在仓底放煤时，煤炭提升的势能白白浪费掉了，所起的主要作用是势能将煤破碎了，能源浪费严重。
4、增加了洗选难度与成本，原煤入洗率低。煤矿井下从主斜井输送出来的原煤其块煤比例一般在70%左右，在经过原煤仓后，块煤比例下降到40%左右，所以洗煤厂原煤入洗率一般在40%左右。为提高商品煤发热量，洗煤厂需增设末煤洗选系统，由于末煤的洗选成本及吨原煤洗选电耗远高于块煤洗选，且煤泥水处理量太大，洗煤厂末煤实际处理量较低，末煤入洗后产生的大量煤泥也难以处理。
所以设计一种矿井原煤不经原煤仓而直接入选工艺就显得尤为重要。
三、新技术方案
1、缓冲仓方案
（1）在煤矿主斜井胶带机出口处下方安装一小段斜溜道，溜道倾斜方向与主井胶带头煤流出口下落方向一致，以减少煤流下落冲击对块煤造成破碎作用，胶带输送机溜道另一头安设一台自动给煤机，将主斜井输送出来经给煤机供给与洗选车间相连的胶带输送机上，送到洗煤车间进行洗选。给煤机与输送到洗选车间的胶带输送机闭锁，即胶带输送机启动并正常运转后，给煤机启动，给煤机关闭后，胶带输送机方可停机。异常情况下，胶带输送机停机时，给煤机立即关闭。
（2）在溜道的下方施工一个小煤仓，起应急缓冲作用。在溜道中部两侧加宽，并在两侧加宽部分的底部留有溢煤口，小煤仓顶部为喇叭形状，与溜道溢煤口相连。溜道在加宽段改为U型溜槽，即U形溜槽顶部为在溜道内为开口形式。U形溜槽通过能力要保证矿井生产的所有煤炭顺利通过；在溜道末端给煤机关闭时，其顶部及两侧还要有足够空间保证全部煤流能够顺利溢出。小煤仓的大小根据上仓胶带机启动所需时间内矿井瞬时最大产量确定。如上仓胶带机最长启动时间为2min，矿井最大产量为2000t/h，则应急仓大小为Q=2000/60*2=67t。
（3）小煤仓底部安装一台自动给煤机。此给煤机与上仓胶带机为自动顺序启动及关闭控制方式，当上仓胶带机启动后，给煤机开启，将煤放入上仓胶带机中；当上仓胶带机停机，给煤机立即关闭。
（4）小煤仓中应设置料位计，以监测仓中煤量。在正常情况下，上仓胶带机应在仓中有煤时及时开启，以保证足够的应急仓容量。
（5）上仓胶带机、输送到洗选车间的胶带机及主斜井胶带机自动控制关系。由于矿井主运输系统一般有多部胶带机串联组成，这样主斜井胶带输送机一般启动后要空转一个小时以上方可有煤流从主斜井胶带机输送机头送出。这样，当主斜井胶带机启动后，洗煤厂所有设备应处于待启机状态。当主斜井胶带机头开始出煤时，煤流经U形溜槽上部溢流入小煤仓中，上仓胶带机及对应的给煤机立即顺序启动，将煤炭临时输送到原煤仓中；同时洗煤厂洗选设备启动，输送到洗选车间的胶带输送机及对应的给煤机顺序启动，煤流由溢流状态变为全部输送到洗煤厂。上仓胶带机及对应的给煤机在输送完小煤仓中的临时存煤后关闭和停止运转。
（6）由于洗煤厂设备启动时间较长，一般在10~15min左右，如果在主斜井胶带机输送机将煤流送入溜道中才开始启动洗选设备，仍会有相当一部煤炭需上仓胶带机送到原煤仓中。可在煤矿大巷胶带机中部适当位置设置视频监控点，如此地点煤流输送到井口需20min时间，当监测到煤流时，洗煤厂洗煤设备启动，并将输送到洗煤厂胶带机及对应的给煤机打开，此时矿井煤流刚好到达井口，实现了洗煤厂开始洗煤与矿井开始出煤无间隙对接。
附图2：原煤直接入洗示意图
图中：1为矿井主斜井胶带输送机，2为溜道，3为U形槽溢煤区，4为给煤机，5输送到洗选车间的胶带输送机，6为小煤仓，7为给煤机，8为上仓胶带输送机。
2、分叉溜道方案
（1）在矿井主斜井胶带机头卸煤口下方溜道改为分叉溜道，溜道中设置分煤器，将煤流一分为二。
（2）煤流经过分煤器后，经两条溜道分别进入两条不同的胶带机。一条溜道中的原煤仍进入原上仓胶带机。
（3）增加一条直选胶带机，将另一条溜道中的原煤直接送入选煤厂筛分车间。
（4）分煤器为可调式分煤器，可调节两条溜道中煤流量的大小。
（5）在直选胶带机搭接的溜槽底部出口设置闸门，闸门的启闭与洗选加工生产同步。上仓胶带机搭接的溜槽底部不设闸门，以保证在选煤厂停产检修关闭闸门时，矿井生产的原煤全部由上仓胶带机进入原煤仓。
（6）在矿井和选煤厂都同时生产情况下，当矿井当前产量小于洗选处理能力时，通过对分煤器的调节，将矿井生产的原煤全部送入直选胶带机。由于此时洗选加工能力有余量，将原煤仓中的原煤通过仓底给煤机进入入选胶带机补足欠量。原煤仓放煤速度可通过仓底的给煤机运行台数来进行控制。
（7）当矿井当前产量大于洗选处理能力时，通过调节分煤器来分配两条溜道中的煤流量，即通过直选胶带机上的煤流量等于洗选能力，多余的煤量由上仓胶带机送入原煤仓。
（8）分煤器一般采用导流挡板式设计。可从溜道上方设置下插挡板将煤流刮入直选胶带机所对应的溜道，通过下插距离调节两条溜道中煤流量；也可在溜道中间沿煤流方向将煤左右分开，并通过左右摆动的角度来调节两条溜道内煤流量大小。由于采用溜道底部闸门调节时，闸门上部溜道中堆满了煤且溜道高度有限，易发生卡阻等问题，通过缩小闸门开口大小调节易出现流量忽大忽小，难以精准调节，采用分煤器调节可避免发生此类问题。
（9）挡板设计为溢流式，即无论挡板如何调节，也必须保证矿井在最大产量时煤流能全部通过溢流的方式进入上仓胶带机搭接的溜道。在故障等情况下，挡板不能调节且闸门关闭时，矿井煤流也能全部通过挡板上沿溢流进入上仓胶带机。
（10）直选胶带机上应安装电子式皮带秤，通过测得煤流量大小来控制分煤器，保证矿井原煤优先经过直选胶带机且不超出洗选加工能力。
（11）为节省商品煤装车电耗，可考虑再外加一部直接装车胶带机，将从洗选车间出来的洗精块煤直接送入装车站。可在原装车胶带机起始段安设分煤器，分煤器分流出来的煤流进入直接装车胶带机。由于大部分选煤厂洗选出来的商品煤在选煤厂出口位置要高于装车站入煤口，增加的直接装车胶带机机头卸料口要低于机尾受料口，这样胶带机正常运行时基本不耗电甚至充当发电机的作用向电网反向供电。
（12）为防止商品煤在装车时被破碎，可在直接装车胶带机卸料口再搭接一部可伸缩胶带机，装车列车采用集装箱，将可伸缩胶带机伸入集装箱内进行装车。
附图2：原煤直接入选工艺示意图
图中：1为矿井主斜井胶带机，2为带分煤器的分叉溜道，3为分煤器挡板，4为原煤上仓胶带机，5为原煤仓，6为入选胶带机，7为直接入选胶带机，8为洗选加工车间，9为商品煤上仓胶带机，10为商品煤仓，11装车胶带机，12为直接装车胶带机，13为装车站，14为分煤器挡板调节装置，15为皮带秤，16为原煤仓位计，17为商品煤仓位计，18为集控计算机，19为启闭闸板。
3、分煤器方案
在主井上仓皮带上用分煤器搭接直选皮带，根据选煤厂洗选量调整分煤器分煤量，将原煤直接入洗。该方案缺点主要为分煤器可能刮擦皮带，也易造成洒煤，导致选煤厂不愿意使用该方案。
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