李志國

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

礦山日常生產(chǎn)活動中，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)實踐，采用單一清倉機，須采取其他如人工、挖掘機械等輔助方法，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，無法滿足實際需求[4-5]。北辛窯礦井采用清倉壓濾機協(xié)同作用，加裝連接裝置，設(shè)計礦井清倉壓濾裝置，達到省時省力清掏的目的。

1 礦井概況

北辛窯礦井屬于晉能控股煤業(yè)集團，設(shè)計產(chǎn)量0.4 Mt/a，可采煤層2#、5#、6#煤，目前采掘活動主要在2#煤層中進行，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停留在2#煤層，礦山日常每小時涌水量正常為520.25 m3，每小時涌水量最大為780.38 m3。礦井副斜井底井下共布置主、副3 個水倉，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 清倉壓濾機設(shè)計機理

清倉壓濾機主要組成為MQCY-30/90L 煤礦清倉機、XMY40/800-U 型液壓壓濾機及連接裝置。MQCY-30/90L 煤礦清倉機由行走裝置、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送至清倉壓濾機連接裝置處，將煤泥送往壓濾機，進行壓榨工序，形成“濾餅”，再轉(zhuǎn)運至主斜井帶式輸送機出井，廢水經(jīng)管路引至水倉內(nèi)。清倉壓濾機的裝置設(shè)計原理如圖1。

圖1 清倉壓濾機設(shè)計原理示意圖

2.1 清倉機主要機構(gòu)及工作原理

MQCY-30/90L 煤礦清倉機額定壓力32 MPa（可調(diào)），清倉能力30 m3/h，電機90 kW。該清倉機體積不大，便于井下輔助運輸，能夠?qū)崿F(xiàn)“一體化”運輸入井；采用履帶式前進，適應(yīng)井下復(fù)雜的條件，牽引力大，行走靈活，爬坡力強；借助雙壁式螺旋形式運行方式，收集清理煤泥，雙懸臂可實現(xiàn)機載控制升降結(jié)構(gòu)，靈活可靠，取得高效清理效果；通過下方位鏈式刮板輸送機，能夠?qū)ΦV山煤泥等物質(zhì)實現(xiàn)強載運；機運煤泥量大，可以遠距離運送，通過控制泵送裝置，便于實現(xiàn)隨機調(diào)節(jié)；液壓組成機構(gòu)采用全液壓調(diào)節(jié)方向，受到的調(diào)向阻力??；分配閥采用先進的“盤旋式管閥”，能夠自動補償間隙，不易漏液；具有反泵功能。MQCY-30/90L 清倉機行走方式借助機身兩側(cè)“左或右”液壓馬達直接行進，操作靈活方便，僅僅通過操作手柄便可實現(xiàn)。清倉機進行挖裝作業(yè)時，驅(qū)動能量是由兩排環(huán)狀鏈帶動前部螺旋葉片提供，將水倉煤泥等雜物收聚至機身中間，再通過刮板作用滑動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 清倉機動力系統(tǒng)全部采用開式液壓動載工作過程。液壓結(jié)構(gòu)組成及功能見表1，清倉機原理示意圖如圖2 所示。

表1 液壓系統(tǒng)組成及功能

圖2 清倉機原理示意圖

2.2 液壓壓濾機主要機構(gòu)及工作機理

XMY40/800-U 型液壓壓濾機，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。機身整機尺寸約為5260 mm×1500 mm×1400 mm，進料口為3 寸管。液壓壓濾機原理如圖3。壓濾機進料前緊壓濾板，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。操作進料過程持續(xù)運行，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，啟動壓榨閥，高壓水或壓縮空氣通過機內(nèi)通道，進入壓榨腔，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，另啟動排出氣或水閥。卸料時，按下“正拉”按鈕，使兩機械手依次逐一拉開濾板，濾餅由自重從濾布剝離，落入運料刮板機或皮帶上。清理濾渣、平整濾布完成后，重新開始下一步往復(fù)過程。液壓壓濾機組成及功能見表2。

表2 液壓壓濾機組成及功能

圖3 液壓壓濾機原理示意圖

2.3 清倉壓濾機連接裝置

連接裝置由三通、閘閥（手動或電動）、壓濾表和緩沖漏斗等組成。由清倉機從水倉內(nèi)將煤泥通過輸送管道送達連接裝置處，觀察連接裝置壓力表或壓濾機出水口，及時控制壓濾機進料閘閥。連接裝置如圖4。開啟連接裝置進料閘閥，漿液流過進料孔，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，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機身下的轉(zhuǎn)載運輸機轉(zhuǎn)運至主斜井帶式輸送機，并由主皮帶轉(zhuǎn)運出井。壓濾后不含泥沙的廢水經(jīng)管路引至水倉內(nèi)。

圖4 清倉壓濾機連接裝置示意圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用

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

1）依次啟動設(shè)備。先啟動MQCY-30/90L 煤礦清倉機電機，通過電機驅(qū)動液壓泵帶動兩個主油缸工作，進而驅(qū)使活塞反復(fù)循環(huán)動作；然后啟動輔油泵，帶動挖裝裝置運轉(zhuǎn)，再帶動內(nèi)部刮板動作，進而驅(qū)動收集煤泥集中管理機構(gòu)的螺旋葉片運轉(zhuǎn)，輸送至物料倉內(nèi)；啟動操作手柄，驅(qū)動整個清倉機行走，將礦山主水倉內(nèi)煤泥等雜物送至連接裝置處。

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

3）啟動清倉壓濾機的連接裝置，由清倉機挖裝作業(yè)帶動過來的煤泥進入緩沖漏斗。此時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”。當煤泥雜物量小時，停止入料。整個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，啟動壓榨閥，高壓水或壓縮空氣通過機內(nèi)通道進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。整個動作結(jié)束后關(guān)閉液壓控制閥，再進行排水排氣動作。

4）壓濾動作結(jié)束后，啟動按鈕，松開壓力板，再將油泵開啟，帶動壓板復(fù)位。卸料時，按下“正拉”按鈕，液壓馬達運轉(zhuǎn)，使兩機械手依次逐一拉開濾板。濾板拉開后，“濾餅”自動從濾布上脫落，至皮帶輸送機上。卸料前及進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、氣影響進料及其隔膜使用壽命。壓濾完的濾餅通過壓濾機機身下的轉(zhuǎn)載運輸機轉(zhuǎn)運至主斜井帶式輸送機，并由主皮帶轉(zhuǎn)運出井。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用與傳統(tǒng)工藝對比，經(jīng)濟效益顯著，操作簡單，運行可靠，便于管理維護，節(jié)約人工成本，適用性強，推廣空間大，降低勞動強度，“濾餅”含水率＜30%。購置清倉機及改造費用約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”投運后提高了礦井水倉清掏效率，大幅度提高了水倉清掏的實時性及便利性。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1.5 個月，真正保障了礦井實現(xiàn)平穩(wěn)動態(tài)運行和排水系統(tǒng)功能性正常，取得了較好的經(jīng)濟效益及社會效益。

5 結(jié)論

結(jié)合礦井主水倉實際情況和礦井水成分，設(shè)計并提出的“礦井水倉清掏壓濾裝置”，使得主水倉清理實現(xiàn)機械化作業(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，減輕了工人勞動強度，更好地服務(wù)于礦井安全生產(chǎn)。