井下水倉機械清倉系統(tǒng)的研究與應用

摘要：隨著礦山機械化、自動化水平的不斷提高，實現(xiàn)礦山水倉清淤的機械化已經(jīng)是擺在礦山企業(yè)面前急需解決的問題，所以研制一種全新的、高效可靠的、符合井下工作要求的水倉清理工作裝置具有非常重要和長遠的意義。文章以平煤股份一礦井下三水平大巷主水倉為具體研究背景，從工藝設(shè)計、各配套設(shè)備基本參數(shù)的確定以及新設(shè)備應用等方面系統(tǒng)地對該礦水倉機械清倉系統(tǒng)進行了研究。

關(guān)鍵詞：井下水倉；機械清倉系統(tǒng)；工藝設(shè)計；水倉清倉技術(shù) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD744 文章編號：1009-2374（2015）21-0019-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.010

1 水倉清倉技術(shù)現(xiàn)狀

水倉在煤礦井下煤炭開采過程中起著極其重要的作用。它是井下同一水平處水的流經(jīng)通道，同時還肩負著沉淀水中的煤粉及雜質(zhì)的作用，其出口處的清水由水泵排至地面。由于煤粉及雜質(zhì)不斷沉積，水倉被淤泥裝滿后必須及時地清理，否則會影響礦井的正常排水，甚至導致淹井等重大事故。水倉的清理主要是對其內(nèi)淤積的固液流態(tài)混合物進行清理，清理的技術(shù)關(guān)鍵是對煤泥進行連續(xù)清挖、輸送及脫水處理。目前，水倉清理方式主要有直接清理及脫水處理兩種。直接清理是指用人工、水力或機械等方法，將水倉內(nèi)淤積的煤泥直接由人工裝罐（礦車）后，用絞車拉入主巷道或廢棄的巷道進行沉淀、晾干，再將晾干后的煤泥塊通過提升系統(tǒng)運送到地面。這種清挖方式工人勞動強度大、勞動效率低、清倉周期長；由于煤泥含水量較大，煤泥只能裝多半礦車，運輸煤泥占用礦車多，另外煤泥有一定的黏性，卸載后礦車內(nèi)留有較多的煤泥，運輸效率低；礦車是敞開性的運輸工具，礦車受到震動后，車內(nèi)的煤泥撒落到道軌上，污染了大巷內(nèi)現(xiàn)場環(huán)境，不利于礦井的標準化建設(shè)。煤泥運到地面上要么運到矸石山上扔掉，要么運到空地上晾曬，占用大片空地，且造成環(huán)境污染。脫水處理主要是使用水倉清倉機等設(shè)備進行脫水處理，通過專用泥漿泵將煤泥漿輸送到各種脫水

設(shè)備進行脫水。主要有以下三種方案：

1.1 使用雜污泵配合板框式壓濾機

該方案通過雜污泵將煤泥輸送到板框式壓濾機中進行壓濾，壓濾機的適用范圍廣，結(jié)構(gòu)較簡單。板與框的壓緊和拉開、卸渣和清洗濾布都可實行自動化操作，有利于壓濾機向大型化發(fā)展。

1.2 雜污泵配合振動篩

該方案使用高頻篩作為主要的篩分設(shè)備，可以有效的提高清倉效率，保證清倉質(zhì)量。設(shè)備簡單，維修方便，目前廣泛應用于井下水倉清倉。

1.3 使用雜污泵配合振動篩、壓濾機

該方案同時使用振動篩與壓濾機作為脫水設(shè)備，脫水效果明顯，將帶式壓濾機等設(shè)備結(jié)合到水倉煤泥清理系統(tǒng)中來，在井下實現(xiàn)煤泥的脫水及連續(xù)處理，脫水效率高，使用方便。采用脫水處理的清倉方式既可以減輕工人勞動強度，又能夠提高工作效率，與當前煤礦開采機械化速度的迅速提高相適應，是目前煤礦清倉系統(tǒng)首選方式。

2 應用環(huán)境介紹

2.1 水倉概況

文中水倉位于平煤股份一礦三水平，是該水平面容水及排水的主要場所，在正常生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。隨著煤炭開采所產(chǎn)生的廢水及地下涌水的不斷匯集，該水倉有效蓄水容積逐漸減少，影響礦井安全生產(chǎn)，所以需要對其進行清淤處理。由于該水倉煤泥淤積量大，井下環(huán)境復雜，如果采用以前的人力清理或水力清理方式直接將淤泥運出，勞動強度及勞動量大，清理周期長，效果不是很理想，且對環(huán)境污染嚴重，因此需要采用合理的清挖設(shè)備對其清理。

2.2 煤泥粒度分析

為研制更加合理及適用性的設(shè)備，對該水倉的煤泥粒度進行了測試分析：

從煤樣粒度分布圖可以看出，水倉煤樣中直徑小于300目（53μm）的顆粒，其體積占煤樣的80%左右，直徑300目（53μm）與200目（75μm）之間的顆粒僅占5%～10%。

3 水倉清理設(shè)備的選擇

3.1 使用雜污泵配合板框式壓濾機

由于其壓濾不連續(xù)，設(shè)備占用空間大（僅壓濾機長近6m、寬約1.5m），需要人工將濾餅從壓濾機中清理下來，影響效率。由于沒有前過濾措施，雜物及大顆粒也一同進入壓濾機中進行壓濾，對壓濾機損壞過大，設(shè)備損耗嚴重，并不推薦使用。

3.2 使用雜污泵配合振動篩

振動篩的最佳篩分范圍是300目（53μm）與200目（75μm）之間，從煤樣粒度分布圖可以看出，該水倉顆粒分布并不在振動篩最佳篩分范圍之內(nèi)，減小篩孔尺寸可以提高清倉效率和質(zhì)量，但容易糊網(wǎng)，脫水效果差；增大篩孔尺寸，雖然可以解決糊網(wǎng)問題，但容易出現(xiàn)跑粗，清倉效率低，清倉不徹底，影響清倉質(zhì)量。所以使用雜污泵配合振動篩并不適合該水倉進行煤泥清理。

3.3 使用雜污泵配合振動篩和壓濾機

此種方案符合該水倉的實際狀況，是一種有效的水倉清倉系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有機械水倉清倉方法所存在的問題。

4 機械水倉清挖系統(tǒng)

機械水倉清挖系統(tǒng)可實現(xiàn)對井下水倉煤泥的連續(xù)抽排、粗分、濃縮、脫水、裝車自動化和機械化的流水作，不僅降低了工人的勞動強度，改善了作業(yè)環(huán)境，而且效率高，對實現(xiàn)煤礦水倉清倉機械化有推動意義，具有投資少、效率高、運行成本低和運行可靠的特點，有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

4.1 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

4.2 系統(tǒng)組成及工作原理

機械水倉清挖系統(tǒng)采用雜污泵配合振動篩與壓濾機系統(tǒng)，由雜污泵、高頻振動篩、泥漿泵、壓濾機等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示：

1.雜物泵；2.礦車；3.高頻振動篩；4.泥漿泵；5.壓濾機

系統(tǒng)工作原理：水倉的煤泥經(jīng)稀釋后用雜污泵打到粗煤泥回收篩（高頻篩），首先回收粗煤泥；篩下物泵入調(diào)整槽，在調(diào)整槽內(nèi)將煤泥調(diào)整到合適的濃度，再將濃度調(diào)整好的煤泥用給料泵打到壓濾機系統(tǒng)處理。處理后接近清水的低濃度濾液返回水倉，含水量較低的煤泥餅可直接裝礦車運輸。

4.3 系統(tǒng)特點

（1）處理的最小粒度達300目（53μm），清倉徹底。（2）將帶式壓濾機等設(shè)備結(jié)合到水倉煤泥清理系統(tǒng)中，在井下現(xiàn)場實現(xiàn)煤泥的脫水及連續(xù)處理。采用的是緊湊型帶式壓濾機，占用空間為普通壓濾機的1/3。（3）將高頻篩和帶式壓濾機配合使用，分別對粗煤泥和細煤泥過濾，清理徹底。（4）脫水后的煤泥含水量少，可直接通過傳送帶或礦車運輸，分離出來的清水通過橡膠管排至另一水倉或附近水溝，改變了過去煤泥會對運輸巷道造成污染的現(xiàn)象。（5）系統(tǒng)簡單，所需設(shè)備少，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小。操作、維護容易，可自動控制。（6）考慮到井下安全性，電器設(shè)備（電機、控制箱等）做防爆處理。

5 應用效果分析

投運12個月的基本試驗數(shù)據(jù)記錄如下：（1）進料量及進料濃度：進料使用四寸泥漿泵（出口管徑100mm），進料濃度在（煤泥含量）30%～60%之間。（2）振動篩內(nèi)煤泥存量：在進料濃度為45%～50%時，振動篩篩網(wǎng)上煤泥厚度為50mm，長400～500mm。（3）壓濾時間：在進料濃度為45%～50%時，壓濾機壓滿一槽需15分鐘左右，卸料時間5分鐘左右。（4）整機處理能力：整套設(shè)備每小時出煤量在3噸左右，每班篩選出干煤3礦車左右。

試驗表明，該水倉在使用了機械水倉清挖系統(tǒng)后，與以前的人工清倉方式相比，清理效率提高了3倍左右，工人勞動強度大大降低，巷道環(huán)境得到了改善，篩選的煤可以直接裝車升井，省去了煤泥的后續(xù)處理環(huán)節(jié)。

6 結(jié)語

通過對平煤股份一礦三水平水倉做煤泥樣品粒度分析，發(fā)現(xiàn)該水倉煤泥中直徑300目（53μm）與200目（75μm）之間的顆粒僅占5%～10%，比較目前常用的三種脫水清倉方案，采用雜污泵配合振動篩與壓濾機系統(tǒng)。該系統(tǒng)處理的最小粒度達300目（53μm），適用于該水倉煤泥清理，清倉徹底，效率提高了2～3倍。該水倉清倉方案的整個系統(tǒng)自動化程度高、設(shè)備布局合理，使工人勞動強度大為降低，既節(jié)省了用工，又提高了工效；回收的煤泥含煤率很高，可回收利用，為國家節(jié)約了更多的煤炭資源?；厥盏拿耗嗪可伲淖冞^去煤泥對運輸巷道的污染現(xiàn)象，利于礦井質(zhì)量標準化建設(shè)，避免了單水倉運行的安全隱患。

參考文獻

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[2] 謝錫純，李曉豁.礦山機械與設(shè)備[M].北京：中國礦業(yè)大學出版社，2000.

作者簡介：張靜波（1979-），山西臨汾人，平煤股份一礦助理工程師，研究方向：煤礦機電技術(shù)管理。

（責任編輯：周 瓊）