清倉壓濾機(jī)在礦山主水倉的協(xié)同應(yīng)用

李志國

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)北辛窯煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036000）

礦山日常生產(chǎn)活動(dòng)中，北辛窯水患作為其常見的致災(zāi)因素，主水倉清理工作量較大，通過現(xiàn)場反復(fù)實(shí)踐，采用單一清倉機(jī)，須采取其他如人工、挖掘機(jī)械等輔助方法，對主水倉循環(huán)清理[1-3]。但是水倉內(nèi)煤泥沉積的程度、煤泥含水率等因素，易造成清倉設(shè)備工藝參數(shù)不配套，清倉效率下降，無法滿足實(shí)際需求[4-5]。北辛窯礦井采用清倉壓濾機(jī)協(xié)同作用，加裝連接裝置，設(shè)計(jì)礦井清倉壓濾裝置，達(dá)到省時(shí)省力清掏的目的。

1 礦井概況

北辛窯礦井屬于晉能控股煤業(yè)集團(tuán)，設(shè)計(jì)產(chǎn)量0.4 Mt/a，可采煤層2#、5#、6#煤，目前采掘活動(dòng)主要在2#煤層中進(jìn)行，礦井采掘過程中容易受到斷層構(gòu)造帶以及奧灰水的影響。礦井廢水主要來源于各斷層構(gòu)造帶砂巖裂隙水的涌水、采掘過程進(jìn)行的探測回水、采空區(qū)廢水等，綜合導(dǎo)致水倉內(nèi)泥沙沉積量較大，每年礦井主水倉需至少清掏一次。礦井目前主要采掘活動(dòng)停留在2#煤層，礦山日常每小時(shí)涌水量正常為520.25 m3，每小時(shí)涌水量最大為780.38 m3。礦井副斜井底井下共布置主、副3 個(gè)水倉，總長1118 m，有效總?cè)莘e8360 m3，其中：1#水倉全長265 m、容積2100 m3；2#水倉全長398 m、容積2786 m3；3#水倉全長455 m、容積3474 m3。

2 清倉壓濾機(jī)設(shè)計(jì)機(jī)理

清倉壓濾機(jī)主要組成為MQCY-30/90L 煤礦清倉機(jī)、XMY40/800-U 型液壓壓濾機(jī)及連接裝置。MQCY-30/90L 煤礦清倉機(jī)由行走裝置、挖裝裝置、泵送壓力裝置等部分組成。水倉堆積的淤泥通過集泥裝置的螺旋葉片的集聚作用，由泵送壓力裝置通過水倉煤泥專用鋼制管道運(yùn)送至清倉壓濾機(jī)連接裝置處，將煤泥送往壓濾機(jī)，進(jìn)行壓榨工序，形成“濾餅”，再轉(zhuǎn)運(yùn)至主斜井帶式輸送機(jī)出井，廢水經(jīng)管路引至水倉內(nèi)。清倉壓濾機(jī)的裝置設(shè)計(jì)原理如圖1。

圖1 清倉壓濾機(jī)設(shè)計(jì)原理示意圖

2.1 清倉機(jī)主要機(jī)構(gòu)及工作原理

MQCY-30/90L 煤礦清倉機(jī)額定壓力32 MPa（可調(diào)），清倉能力30 m3/h，電機(jī)90 kW。該清倉機(jī)體積不大，便于井下輔助運(yùn)輸，能夠?qū)崿F(xiàn)“一體化”運(yùn)輸入井；采用履帶式前進(jìn)，適應(yīng)井下復(fù)雜的條件，牽引力大，行走靈活，爬坡力強(qiáng)；借助雙壁式螺旋形式運(yùn)行方式，收集清理煤泥，雙懸臂可實(shí)現(xiàn)機(jī)載控制升降結(jié)構(gòu)，靈活可靠，取得高效清理效果；通過下方位鏈?zhǔn)焦伟遢斔蜋C(jī)，能夠?qū)ΦV山煤泥等物質(zhì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)載運(yùn)；機(jī)運(yùn)煤泥量大，可以遠(yuǎn)距離運(yùn)送，通過控制泵送裝置，便于實(shí)現(xiàn)隨機(jī)調(diào)節(jié)；液壓組成機(jī)構(gòu)采用全液壓調(diào)節(jié)方向，受到的調(diào)向阻力??；分配閥采用先進(jìn)的“盤旋式管閥”，能夠自動(dòng)補(bǔ)償間隙，不易漏液；具有反泵功能。MQCY-30/90L 清倉機(jī)行走方式借助機(jī)身兩側(cè)“左或右”液壓馬達(dá)直接行進(jìn)，操作靈活方便，僅僅通過操作手柄便可實(shí)現(xiàn)。清倉機(jī)進(jìn)行挖裝作業(yè)時(shí)，驅(qū)動(dòng)能量是由兩排環(huán)狀鏈帶動(dòng)前部螺旋葉片提供，將水倉煤泥等雜物收聚至機(jī)身中間，再通過刮板作用滑動(dòng)將雜物帶入到物料收集裝置。通常情況下，水倉煤泥等雜質(zhì)集聚厚度多變，清挖裝置上配有調(diào)節(jié)升降功能的液壓油缸，可適應(yīng)雜物沉積厚度低于1.6 m。MQCY-30/90L 清倉機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)全部采用開式液壓動(dòng)載工作過程。液壓結(jié)構(gòu)組成及功能見表1，清倉機(jī)原理示意圖如圖2 所示。

表1 液壓系統(tǒng)組成及功能

圖2 清倉機(jī)原理示意圖

2.2 液壓壓濾機(jī)主要機(jī)構(gòu)及工作機(jī)理

XMY40/800-U 型液壓壓濾機(jī)，濾板外形800 mm×800 mm，過濾面積40 m2，壓濾板配置40 塊，濾室總?cè)莘e0.62 m3，過濾壓力為0.5 MPa，最大行程800 mm。機(jī)身整機(jī)尺寸約為5260 mm×1500 mm×1400 mm，進(jìn)料口為3 寸管。液壓壓濾機(jī)原理如圖3。壓濾機(jī)進(jìn)料前緊壓濾板，把全部濾板壓向固定壓板一側(cè)至預(yù)緊力，等濾板與固定壓板壓緊后，核查各條液壓管路啟停閥門狀態(tài)，待正常狀態(tài)，出現(xiàn)濾液逐步減少后，不再輸送物料。操作進(jìn)料過程持續(xù)運(yùn)行，一次壓縮形成“濾餅”形狀，減少含水率。關(guān)閉排氣閥或壓榨水排水閥，啟動(dòng)壓榨閥，高壓水或壓縮空氣通過機(jī)內(nèi)通道，進(jìn)入壓榨腔，壓縮濾室內(nèi)的濾餅，擠出水分。壓縮過程完結(jié)后，合住壓縮閥門，另啟動(dòng)排出氣或水閥。卸料時(shí)，按下“正拉”按鈕，使兩機(jī)械手依次逐一拉開濾板，濾餅由自重從濾布剝離，落入運(yùn)料刮板機(jī)或皮帶上。清理濾渣、平整濾布完成后，重新開始下一步往復(fù)過程。液壓壓濾機(jī)組成及功能見表2。

表2 液壓壓濾機(jī)組成及功能

圖3 液壓壓濾機(jī)原理示意圖

2.3 清倉壓濾機(jī)連接裝置

連接裝置由三通、閘閥（手動(dòng)或電動(dòng)）、壓濾表和緩沖漏斗等組成。由清倉機(jī)從水倉內(nèi)將煤泥通過輸送管道送達(dá)連接裝置處，觀察連接裝置壓力表或壓濾機(jī)出水口，及時(shí)控制壓濾機(jī)進(jìn)料閘閥。連接裝置如圖4。開啟連接裝置進(jìn)料閘閥，漿液流過進(jìn)料孔，通過固定壓板施加壓力作用后，再通過過濾裝置，依據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，再調(diào)整固定的壓力載荷作用，成功完成壓力施加、濾渣過濾作用后，“煤泥濾餅”即可形成。壓濾完的濾餅通過壓濾機(jī)機(jī)身下的轉(zhuǎn)載運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至主斜井帶式輸送機(jī)，并由主皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)出井。壓濾后不含泥沙的廢水經(jīng)管路引至水倉內(nèi)。

圖4 清倉壓濾機(jī)連接裝置示意圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用

入井前，在地面查驗(yàn)清倉機(jī)、壓濾機(jī)以及連接裝置的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。將清倉機(jī)、壓濾機(jī)以及連接裝置裝運(yùn)至主水倉組裝連接，確保試運(yùn)轉(zhuǎn)成功。

1）依次啟動(dòng)設(shè)備。先啟動(dòng)MQCY-30/90L 煤礦清倉機(jī)電機(jī)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵帶動(dòng)兩個(gè)主油缸工作，進(jìn)而驅(qū)使活塞反復(fù)循環(huán)動(dòng)作；然后啟動(dòng)輔油泵，帶動(dòng)挖裝裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)內(nèi)部刮板動(dòng)作，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)收集煤泥集中管理機(jī)構(gòu)的螺旋葉片運(yùn)轉(zhuǎn)，輸送至物料倉內(nèi)；啟動(dòng)操作手柄，驅(qū)動(dòng)整個(gè)清倉機(jī)行走，將礦山主水倉內(nèi)煤泥等雜物送至連接裝置處。

2）XMY40/800-U 型液壓壓濾機(jī)被送入物料前，將壓濾機(jī)過濾板全部壓實(shí)后，擠壓固定壓板，直至設(shè)定的壓緊力。核實(shí)各液壓管路啟停閥狀態(tài)正常后，打開清倉壓濾機(jī)連接裝置送料閥，觀察連接裝置壓力表或壓濾機(jī)出水口，及時(shí)控制壓濾機(jī)進(jìn)料閘閥。

3）啟動(dòng)清倉壓濾機(jī)的連接裝置，由清倉機(jī)挖裝作業(yè)帶動(dòng)過來的煤泥進(jìn)入緩沖漏斗。此時(shí)開啟入物料功能閥組，需逐步放緩調(diào)節(jié)。含有液體的煤泥等雜物由進(jìn)料孔至各過濾裝置，在初始設(shè)定的壓力下，完成加壓過濾，形成“濾餅”。當(dāng)煤泥雜物量小時(shí)，停止入料。整個(gè)入料過程需注意連續(xù)不間斷，確保一次成“餅狀”，減少水分。關(guān)閉排氣閥或壓榨水排水閥，啟動(dòng)壓榨閥，高壓水或壓縮空氣通過機(jī)內(nèi)通道進(jìn)入壓縮板和壓榨隔膜形成的壓榨腔，使壓榨腔壓縮裝置內(nèi)的濾餅壓出部分水分。整個(gè)動(dòng)作結(jié)束后關(guān)閉液壓控制閥，再進(jìn)行排水排氣動(dòng)作。

4）壓濾動(dòng)作結(jié)束后，啟動(dòng)按鈕，松開壓力板，再將油泵開啟，帶動(dòng)壓板復(fù)位。卸料時(shí)，按下“正拉”按鈕，液壓馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，使兩機(jī)械手依次逐一拉開濾板。濾板拉開后，“濾餅”自動(dòng)從濾布上脫落，至皮帶輸送機(jī)上。卸料前及進(jìn)料前必須開啟壓榨排氣通道或壓榨水排水閥，排除高壓水或氣，以免隔膜內(nèi)積存大量高壓壓榨水、氣影響進(jìn)料及其隔膜使用壽命。壓濾完的濾餅通過壓濾機(jī)機(jī)身下的轉(zhuǎn)載運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至主斜井帶式輸送機(jī)，并由主皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)出井。壓濾后不含泥沙的廢水經(jīng)管路引至水倉內(nèi)。

4 應(yīng)用效果

1）整套裝置人工和管理費(fèi)用與傳統(tǒng)工藝對比，經(jīng)濟(jì)效益顯著，操作簡單，運(yùn)行可靠，便于管理維護(hù)，節(jié)約人工成本，適用性強(qiáng)，推廣空間大，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，“濾餅”含水率＜30%。購置清倉機(jī)及改造費(fèi)用約85 萬元，該裝置屬永久類設(shè)備，相較傳統(tǒng)清掏工藝，節(jié)約投資成本200 萬元。

2）“水倉清倉壓濾裝置”投運(yùn)后提高了礦井水倉清掏效率，大幅度提高了水倉清掏的實(shí)時(shí)性及便利性。按照20～30 m3/h 的清掏能力，每天清掏10 h，相較傳統(tǒng)清掏工藝，水倉清理用時(shí)1.5 個(gè)月，真正保障了礦井實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)動(dòng)態(tài)運(yùn)行和排水系統(tǒng)功能性正常，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

5 結(jié)論

結(jié)合礦井主水倉實(shí)際情況和礦井水成分，設(shè)計(jì)并提出的“礦井水倉清掏壓濾裝置”，使得主水倉清理實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，替代了傳統(tǒng)的人工清理。依據(jù)礦井水倉結(jié)構(gòu)和水倉泥沙含量自由組合，解決了一次選型投資永久使用的問題，有效節(jié)約生產(chǎn)成本，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，更好地服務(wù)于礦井安全生產(chǎn)。