我国选煤厂整体设计水平已处国际领先，正从选煤大国向选煤强国迈进，创新在设计水平的提升上起到了重要作用，本文结合设计、生产实践，介绍了设计、生产单位通过技术创新、装备创新和手段创新取得的成就。
1 选煤工艺创新
1.1 以干扰床分选机为核心的高效炼焦煤洗选工艺
中煤邯郸设计工程有限责任公司提出并应用了“脱泥有压(或无压)三产品重介旋流+干扰床分选+煤泥浮选”的选煤工艺，有效解决了重介分选介耗高、成本大、大直径旋流器对粗煤泥分选精度低的问题。受到选煤同行的普遍关注，并在国内众多炼焦煤选煤厂中得到广泛应用，引领了选煤工艺的发展。
2005年5月，在徐州矿务集团张双楼选煤厂率先采用了“脱泥有压三产品重介旋流分选+TBS分选+浮选”三段式炼焦煤洗选工艺，打破了传统思维，开创了炼焦煤选煤厂设计的新局面。以TBS分选机为核心的煤泥分选设备有效解决了困扰选煤工艺环节中的粗煤泥分选问题。
2006-2012年，中煤邯郸设计工程有限责任公司陆续设计的邯郸矿业集团金地煤焦选煤厂(300万t/a)、徐矿集团三河尖选煤厂(180万t/a)、冀中能源西庞选煤厂(150万t/a)、山西临汾台头煤焦选煤厂(150万t/a)，徐矿集团义安选煤厂(150万t/a)等，均采用了“脱泥有压三产品重介旋流分选+TBS分选+浮选”三段式炼焦煤洗选工艺。由于该工艺介耗低、管理方便，同一时期，其他设计公司建成类似工艺选煤厂总数在全国超过了80座。
以采用该项工艺的徐矿集团三河尖选煤厂为例，技改当年即达到了设计指标，吨煤介耗小于1.3kg，选煤厂精煤灰分8.99%,精煤产率比技改前提高3.5%,吨煤电耗由9.31kW·h降为7.8kW·h,年销售收人增加9000万元。
与此同时，TBS使用的再创新得到了积极的推进。针对如何使TBS与工艺系统的密切结合，保证TBS的入料稳定，保证TBS的顶水稳定，以及如何对TBS精煤预脱泥脱水，设计生产单位做了大量的研究工作。2009年在徐矿集团张小楼选煤厂设计中，针对煤泥量大、煤易碎、矸石泥化的特殊情况，推出了“脱泥无压三产品重介旋流分选+TBS分选+浮选”三段式炼焦煤洗选艺，减少了煤泥水系统负荷。
1.2 四粒级选煤工艺的研究与应用
2011年，在峰峰集团邯郸洗选厂设计项目中，为最大限度的稳定炼焦精煤质量、提高产率，中煤邯郸设计工程有限责任公司突破常规，提出了“四粒级分选”工艺。即脱泥无压三产品重介旋流+TBS分选+粗、细煤泥分级浮工艺。
主要技术指标：精煤灰分9.75%，中煤带煤量(-1.40kg/L)1.71%，矸石带煤量(-1.80kg/L)0.95%，精煤产率提高6.5%，吨煤介耗由1.47kg降为0.72kg，吨煤电耗由11.31kW·h降为9.84kW·h，年销售收人增加12503.74万元。
“四粒级选煤工艺的应用与研究”有效发挥了四种不同选煤方法及设备的优势，项目投产后通过了中国煤炭工业协会鉴定委员会的鉴定，结论为“该工艺实现了煤炭分选过程的精细化，对邯郸洗选厂煤质波动大、煤泥含量高的特点有非常强的针对性和适应性。填补了国内外空白，工艺技术指标达到国际先进水平”，该工艺在中煤邯郸(天津)设计公司承揽的神华宁煤集团大武口选煤厂改造工程等项目中得以应用。
1.3 动力煤脱粉工艺的应用
2013年以来，冀中能源段王矿商品煤硫分急剧上升、发热量不稳定，只进行+13mm粒级的洗选，已不能满足市场的需求，由于缺少-13mm质量控制手段，在全国煤炭市场低迷的情况下，导致产品竞争力急剧下降、价格下滑、效益降低，为增强段王矿产品质量控制能力、提高产品竞争力、提高企业经济效益，非常有必要对段王矿的末煤进行加工。
为了降低进入末煤分选系统的煤泥量及生产成本，简化选煤工艺系统，设计考虑-3mm粒级不入洗，有效降低了煤泥水系统的负荷，与末煤入洗相比，该脱粉工艺由于水分未增加，反而提高了末煤产品的发热量，省去了脱水干燥环节。通过对段王矿末煤洗选加工的可行性进行研究，最终确定了3mm干法筛分、13-3mm入洗方案，分选系统的入洗粒度下限为3mm，筛分效率因水分影响较大时可考虑将入洗粒度下限提高至6mm;极大简化生产工艺、降低能耗、节约成本。
生产结果表明：当原煤外水在6.8%左右时，3mm干筛分筛分效率可达到75%上。
1.4 井下排矸工艺技术的研究
2012年在中煤集团的大力支持下，开展了井下排矸设备的选择、井下排矸工艺的研究，对井下排矸与矿井井下运输系统的协调及井下巷道峒室的布置等方面进行了系统研究，对井下排矸关键设备进行了大量调研，对井下洗矸的排放、填充与采煤的关系进行了动态仿真模拟。
2014年2月中国中煤能源集团有限公司组织有关专家对《井下毛煤机械排矸及矸石回填工艺关键技术研究与应用》进行了验收，形成验收意见如下：“首次系统地提出了井下毛煤机械排矸与充填工艺，对实现煤矿绿色开采提出了新理念、新思路、新方法。研究了大中型煤矿井下机械排矸、矸石充填工艺系统与配套装备，适用于不同规模、不同煤质条件的井下机械排矸系统。研究了适用于井下机械排矸及矸石充填工艺的巷道硐室布置系统。研究成果符合国家绿色开采的发展方向，具有较好的应用前景”。
2 选煤装备创新
2.1 块煤降噪、防破碎装置
中煤邯郸设计工程有限责任公司研发的大运量螺旋溜槽，采用空间螺旋曲线，可使块煤入仓速度恒定，入仓角度合理，在防止块煤破碎的同时，还具备防堵仓功能。大运量螺旋溜槽过煤面采用耐磨材料构成(耐磨陶瓷、专用耐磨复合板和耐磨钢)，确保该设备使用寿命长，运行安全可靠。与其他块煤防碎技术相比，螺旋溜槽靠煤的重力下滑，不会受操作因素影响，无机械故障，运营费用低，降低块煤损失效果恒定，效益显著。该产品已获国家专利，具有国际先进水平。已在国内河南、河北、山西、内蒙、宁夏等众多矿区推广使用。近期又承担了神华块煤防破碎系统的研究。
2.2 矿井块原煤的高效预排矸
为实现矿井块原煤的高效预排矸，中煤邯郸设计工程有限责任公司结合冀中能源邢矿集团章村矿选煤厂项目，在自生介质螺旋滚筒分选设备的基础上，提出了重介螺旋滚筒洗选工艺。结合工艺要求，同时研发了重介螺旋滚筒设备。
该工艺的特点是采用低密度的重介悬浮液实现了高密度分选，系统简单可靠，分选精度高，处理能力大。是国内第一个提出并应用该洗选工艺的设计单位。
邢矿集团章村矿无烟煤选煤厂，大于25mm的原煤含矸量高达60%以上，设计采用一套密度1.6k//L的悬浮液，实现矸石的2.0k//L高密度分选排矸，有效提升了入选原煤的质量。国内首创的重介螺旋滚筒排矸工艺及设备，实现了低密度、高效率排矸，在我们承揽的章村选煤厂项目中成功应用，目前正为工艺及设备下井及系统集成做技术准备。
2.3 圆锥形斜板沉淀池
其优点为体积小，结构合理，圆锥形壳体不产生死角，沉淀效率高，结构简单，使用方便，可以减少选煤厂的投资，是一种理想的水力分级设备。
设备体积小、占地少、有效沉淀面积大、沉淀效率高、装配方便、入料灵活、投资省。可实现底流连续稳定排放，实现了粗颗粒煤泥水力分级、浓缩，是实现煤泥水厂内循环的重要环节，对煤泥水处理、环境保护有着重要的积极。
2.4 防窜仓电动装车闸门
煤仓一般容量较大，少则300-500t，多则上万吨，汽车装车时，需要人工在仓下操作，以前出现过装车闸门因断电无法关闭，整仓煤全部排出，淹没仓下设备，如果仓下有人，必将造成伤亡事故;我们的创新工作室通过调研，研发出“防窜仓电动装车闸门”，可保证在断电条件下装车闸门自动关闭，有效保障仓下人员安全，是一种安保型设备，已推广100台以上。该设备申报了“防窜仓电动装车闸门”专利，并获得专利授权。
2.5 薄壳球仓
在葫芦素矿井选煤厂设计中，中煤邯郸设计公司首次将薄壳球仓引入选煤厂储煤系统，开创了煤矿储煤设施的新纪元。其施工顺序为先进行地下暗道施工，再进行球仓环梁施工，环梁施工完后把主要施工设备和建筑材料运至环梁内，依次固定膜、吹膜，喷聚发泡氨酯保温层(厚50mm)，固定钢筋，逐层喷浆。较之筒仓，其施工速度提高了一倍，施工人员减少3/4。不仅储量大，而且美观，未来这种储煤设施将展现出更强的生命力。
3 设计手段创新
3.1 三维设计
近些年三维设计已被国内外设计行业公认为表达创意与理念;输出高质量成品的最佳设计手段。目前中煤邯郸设计工程有限责任公司在选煤厂方案和施工图设计阶段已全面推广应用三维设计。
选煤厂方案设计阶段，通过构建厂房三维可视化模型，直接输出三维动画和车间内部设备布置渲染图。施工图设计阶段可实现定型设备、非标结构件、管道的建模和成品的生成。可解决二维设计复杂非标件表达不直观、拆件繁琐、修改工作量大的问题，以及避免工艺管道、非标结构件、电缆桥架、土建梁柱产生交叉干涉的问题，在提高设计效率的同时，将设计成品的校审，变为事前控制，大大减少了校审工作量。三维设计的引入，不仅可有效地解决设计中经常出现的“碰撞”“漏缺”问题，而且提高了设计效率。
3.2 仿真设计
在选煤厂设计中，煤炭在设备中的流动，存在煤炭颗粒之间的接触和分离、相互运动、接触力和能量的联系，无法采用单粒子运动学方程进行求解。颗粒系统的离散元素法是求解与分析复杂离散系统的动力规律与动力学特性的一种新型非连续介质力学数值方法，运用计算机仿真技术，分析诸如煤炭颗粒等离散物质系统动力学。该技术通过建立固体颗粒系统的参数化模型，进行颗粒行为的模拟和分析，为解决煤炭颗粒运动学复杂问题提供了一个平台。离散元素法的动态仿真的重点是建立模型，而建立模型的关键点是确定各种物理参数，为此通过实验方法测得煤炭颗粒的摩擦系数、泊松比等煤炭颗粒运动的参数，并模拟了煤炭颗粒运行状态，与计算机仿真比较，矫正输人的仿真参数，保证动态仿真结果的准确性。
在煤炭运动的动态仿真中，通过设置参数、物理和材料属性、定义原型颗粒和几何体，创建粒子工厂进行仿真计算，最终得到数据分析和仿真视频，为选煤厂设计提供理论依据。该技术已应用在螺旋溜槽、曲线溜槽、地面转载等环节设计中，为减少块煤破碎、降噪防尘、合理利用空间等提供了强有力的理论支撑，从而提高了设计效率和质量。
4 结语
未来一个时期，煤炭在我国一次能源消费中仍将占主导地位，大力发展高精度煤炭洗选加工，实现煤炭深度提质和分质分级，加快推动能源消费革命，进一步提高煤炭清洁高效利用水平，有效缓解资源环境压力，作为知识、技术、人才密集型的设计研究单位，任重而道远。
