摘要：隨著礦山機(jī)械化、自動(dòng)化水平的不斷提高，實(shí)現(xiàn)礦山水倉(cāng)清淤的機(jī)械化已經(jīng)是擺在礦山企業(yè)面前急需解決的問(wèn)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(cāng)清理工作裝置具有非常重要和長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。文章以平煤股份一礦井下三水平大巷主水倉(cāng)為具體研究背景，從工藝設(shè)計(jì)、各配套設(shè)備基本參數(shù)的確定以及新設(shè)備應(yīng)用等方面系統(tǒng)地對(duì)該礦水倉(cāng)機(jī)械清倉(cāng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：井下水倉(cāng)；機(jī)械清倉(cāng)系統(tǒng)；工藝設(shè)計(jì)；水倉(cāng)清倉(cāng)技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

1 水倉(cāng)清倉(cāng)技術(shù)現(xiàn)狀

水倉(cāng)在煤礦井下煤炭開采過(guò)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(shí)還肩負(fù)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(cāng)被淤泥裝滿后必須及時(shí)地清理，否則會(huì)影響礦井的正常排水，甚至導(dǎo)致淹井等重大事故。水倉(cāng)的清理主要是對(duì)其內(nèi)淤積的固液流態(tài)混合物進(jìn)行清理，清理的技術(shù)關(guān)鍵是對(duì)煤泥進(jìn)行連續(xù)清挖、輸送及脫水處理。目前，水倉(cāng)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(jī)械等方法，將水倉(cāng)內(nèi)淤積的煤泥直接由人工裝罐（礦車）后，用絞車?yán)胫飨锏阑驈U棄的巷道進(jìn)行沉淀、晾干，再將晾干后的煤泥塊通過(guò)提升系統(tǒng)運(yùn)送到地面。這種清挖方式工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)效率低、清倉(cāng)周期長(zhǎng)；由于煤泥含水量較大，煤泥只能裝多半礦車，運(yùn)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(yùn)輸效率低；礦車是敞開性的運(yùn)輸工具，礦車受到震動(dòng)后，車內(nèi)的煤泥撒落到道軌上，污染了大巷內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，不利于礦井的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。煤泥運(yùn)到地面上要么運(yùn)到矸石山上扔掉，要么運(yùn)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(cāng)清倉(cāng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行脫水處理，通過(guò)專用泥漿泵將煤泥漿輸送到各種脫水

設(shè)備進(jìn)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(jī)

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

1.2 雜污泵配合振動(dòng)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(cāng)效率，保證清倉(cāng)質(zhì)量。設(shè)備簡(jiǎn)單，維修方便，目前廣泛應(yīng)用于井下水倉(cāng)清倉(cāng)。

1.3 使用雜污泵配合振動(dòng)篩、壓濾機(jī)

該方案同時(shí)使用振動(dòng)篩與壓濾機(jī)作為脫水設(shè)備，脫水效果明顯，將帶式壓濾機(jī)等設(shè)備結(jié)合到水倉(cāng)煤泥清理系統(tǒng)中來(lái)，在井下實(shí)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(cāng)方式既可以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，又能夠提高工作效率，與當(dāng)前煤礦開采機(jī)械化速度的迅速提高相適應(yīng)，是目前煤礦清倉(cāng)系統(tǒng)首選方式。

2 應(yīng)用環(huán)境介紹

2.1 水倉(cāng)概況

文中水倉(cāng)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(chǎng)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(cāng)有效蓄水容積逐漸減少，影響礦井安全生產(chǎn)，所以需要對(duì)其進(jìn)行清淤處理。由于該水倉(cāng)煤泥淤積量大，井下環(huán)境復(fù)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(yùn)出，勞動(dòng)強(qiáng)度及勞動(dòng)量大，清理周期長(zhǎng)，效果不是很理想，且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，因此需要采用合理的清挖設(shè)備對(duì)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(duì)該水倉(cāng)的煤泥粒度進(jìn)行了測(cè)試分析：

從煤樣粒度分布圖可以看出，水倉(cāng)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(cāng)清理設(shè)備的選擇

3.1 使用雜污泵配合板框式壓濾機(jī)

由于其壓濾不連續(xù)，設(shè)備占用空間大（僅壓濾機(jī)長(zhǎng)近6m、寬約1.5m），需要人工將濾餅從壓濾機(jī)中清理下來(lái)，影響效率。由于沒有前過(guò)濾措施，雜物及大顆粒也一同進(jìn)入壓濾機(jī)中進(jìn)行壓濾，對(duì)壓濾機(jī)損壞過(guò)大，設(shè)備損耗嚴(yán)重，并不推薦使用。

3.2 使用雜污泵配合振動(dòng)篩

振動(dòng)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(cāng)顆粒分布并不在振動(dòng)篩最佳篩分范圍之內(nèi)，減小篩孔尺寸可以提高清倉(cāng)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(wèn)題，但容易出現(xiàn)跑粗，清倉(cāng)效率低，清倉(cāng)不徹底，影響清倉(cāng)質(zhì)量。所以使用雜污泵配合振動(dòng)篩并不適合該水倉(cāng)進(jìn)行煤泥清理。

3.3 使用雜污泵配合振動(dòng)篩和壓濾機(jī)

此種方案符合該水倉(cāng)的實(shí)際狀況，是一種有效的水倉(cāng)清倉(cāng)系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有機(jī)械水倉(cāng)清倉(cāng)方法所存在的問(wèn)題。

4 機(jī)械水倉(cāng)清挖系統(tǒng)

機(jī)械水倉(cāng)清挖系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)井下水倉(cāng)煤泥的連續(xù)抽排、粗分、濃縮、脫水、裝車自動(dòng)化和機(jī)械化的流水作，不僅降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境，而且效率高，對(duì)實(shí)現(xiàn)煤礦水倉(cāng)清倉(cāng)機(jī)械化有推動(dòng)意義，具有投資少、效率高、運(yùn)行成本低和運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(jī)械水倉(cāng)清挖系統(tǒng)采用雜污泵配合振動(dòng)篩與壓濾機(jī)系統(tǒng)，由雜污泵、高頻振動(dòng)篩、泥漿泵、壓濾機(jī)等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示：

1.雜物泵；2.礦車；3.高頻振動(dòng)篩；4.泥漿泵；5.壓濾機(jī)

系統(tǒng)工作原理：水倉(cāng)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(jī)系統(tǒng)處理。處理后接近清水的低濃度濾液返回水倉(cāng)，含水量較低的煤泥餅可直接裝礦車運(yùn)輸。

4.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）處理的最小粒度達(dá)300目（53μm），清倉(cāng)徹底。（2）將帶式壓濾機(jī)等設(shè)備結(jié)合到水倉(cāng)煤泥清理系統(tǒng)中，在井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jī)，占用空間為普通壓濾機(jī)的1/3。（3）將高頻篩和帶式壓濾機(jī)配合使用，分別對(duì)粗煤泥和細(xì)煤泥過(guò)濾，清理徹底。（4）脫水后的煤泥含水量少，可直接通過(guò)傳送帶或礦車運(yùn)輸，分離出來(lái)的清水通過(guò)橡膠管排至另一水倉(cāng)或附近水溝，改變了過(guò)去煤泥會(huì)對(duì)運(yùn)輸巷道造成污染的現(xiàn)象。（5）系統(tǒng)簡(jiǎn)單，所需設(shè)備少，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小。操作、維護(hù)容易，可自動(dòng)控制。（6）考慮到井下安全性，電器設(shè)備（電機(jī)、控制箱等）做防爆處理。

5 應(yīng)用效果分析

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

試驗(yàn)表明，該水倉(cāng)在使用了機(jī)械水倉(cāng)清挖系統(tǒng)后，與以前的人工清倉(cāng)方式相比，清理效率提高了3倍左右，工人勞動(dòng)強(qiáng)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)平煤股份一礦三水平水倉(cāng)做煤泥樣品粒度分析，發(fā)現(xiàn)該水倉(cāng)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(cāng)方案，采用雜污泵配合振動(dòng)篩與壓濾機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)處理的最小粒度達(dá)300目（53μm），適用于該水倉(cāng)煤泥清理，清倉(cāng)徹底，效率提高了2～3倍。該水倉(cāng)清倉(cāng)方案的整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、設(shè)備布局合理，使工人勞動(dòng)強(qiáng)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(guó)家節(jié)約了更多的煤炭資源?；厥盏拿耗嗪可伲淖冞^(guò)去煤泥對(duì)運(yùn)輸巷道的污染現(xiàn)象，利于礦井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，避免了單水倉(cāng)運(yùn)行的安全隱患。

參考文獻(xiàn)

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

作者簡(jiǎn)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(jī)電技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）