▊ 文/緱江波

煤礦水倉(cāng)及沉淀池是煤礦井下排水系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于儲(chǔ)存和沉淀井下污水。隨著時(shí)間的推移，水倉(cāng)和沉淀池底部會(huì)積累大量的淤泥，容易造成排水設(shè)備損壞，影響排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。冀中能源邯礦集團(tuán)山西金地赤峪煤礦為提高淤泥清理的效率和安全性，通過對(duì)現(xiàn)有的清淤技術(shù)進(jìn)行分析和比較，結(jié)合煤礦井下的特殊環(huán)境和不同區(qū)域作業(yè)需求，設(shè)計(jì)了相匹配的淤泥清理裝置，采用自動(dòng)化控制技術(shù)，取得了良好的應(yīng)用成效。

一、實(shí)施背景

赤峪煤礦中央泵房淤泥來自于下一級(jí)采區(qū)泵房水流，該處排水至+140水平輔運(yùn)下山坡頭，沿大巷排水溝陸續(xù)流至水倉(cāng)外一、二級(jí)沉淀池，匯入中央泵房的主副水倉(cāng)。受水流中裹攜的煤泥、沖填料和巖粉等流體或半流體影響，一級(jí)沉淀池約10天淤滿，二級(jí)沉淀池約7天淤滿，副水倉(cāng)約45天淤滿，主水倉(cāng)約90天淤滿。淤泥堆積會(huì)導(dǎo)致以下問題。

一是造成設(shè)備磨損。若進(jìn)入水倉(cāng)的淤泥水未及時(shí)進(jìn)入沉淀池，將經(jīng)水泵直排到地面。泥沙水對(duì)水泵的過水部件水輪、導(dǎo)翼、平衡盤等造成嚴(yán)重磨損，減少水泵使用壽命。

二是引發(fā)環(huán)保問題。當(dāng)未處理的泥水排至地面污水處理池時(shí)，會(huì)增加污水處理站壓力，若處理能力不足將導(dǎo)致污水外排，造成環(huán)境污染。

三是降低排水效率。大量雜質(zhì)淤積，不僅會(huì)導(dǎo)致排水效率降低、用電負(fù)荷增大，也會(huì)降低水倉(cāng)有效容量，影響礦井的安全生產(chǎn)。

在對(duì)水倉(cāng)及沉淀池淤泥抽排過程中，采用人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度較大、生產(chǎn)效率低，而采用機(jī)械設(shè)備往往受條件限制難以發(fā)揮其有效性能。因此，研究和應(yīng)用有效的清淤技術(shù)，對(duì)于保證井下排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要意義。

二、主要應(yīng)用技術(shù)

水倉(cāng)及沉淀池清淤工作流程圖如圖1所示。

圖1 水倉(cāng)及沉淀池清淤工作流程圖

1.一級(jí)沉淀池的清理

在中央泵房的原水倉(cāng)之外，建有一斜方體狀的沉淀池。沉淀池底板由外向里逐漸抬起，呈斜上坡狀，斜坡8°、長(zhǎng)15m、寬3m。沉淀池底板鋪有光滑橡膠皮，安裝5道擋水閘板，水閘板邊鑲有彈性密封膠墊。閘板墻呈迷宮墻狀分布，用于降低流速。閘板沿閘板槽上下可提起或放下，當(dāng)淤泥積滿至一定程度時(shí)，打開氣動(dòng)閥提起閘板，淤泥沿斜坡自然下滑并向下方堆積。若沉積時(shí)間較長(zhǎng)，使用安裝的高壓噴水槍將沉積淤泥沖下，細(xì)粉狀的泥漿被沖至下方，粗顆粒物在沉淀池的進(jìn)水口處沉淀。

（1）粗顆粒物的液壓抓斗清理。煤泥水匯入沉淀池后，粗顆粒物受自重作用于入口處沉淀，細(xì)顆粒隨水流向前進(jìn)一步沉淀。粗顆粒物沉積較多時(shí)，通過沉淀池入口處自制的液壓抓斗進(jìn)行抓撈。抓斗由行程限位開關(guān)和液壓絞車等組成，工作全程由PLC控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。工作動(dòng)力源于液壓泵站，操縱液壓閥組抓斗可執(zhí)行下放、上提、合攏、張開等動(dòng)作，完成將煤泥從沉淀池裝入礦車內(nèi)作業(yè)流程，杜絕了后續(xù)碴漿泵抽取泥漿時(shí)易堵塞泵體、管道等問題。

（2）細(xì)粒物的碴漿泵清理。一級(jí)沉淀池煤泥水向前流動(dòng)過程中細(xì)小顆粒物陸續(xù)沉淀。沉淀池上方巷道架起5道橫梁，安裝游動(dòng)小車所用導(dǎo)軌。在控制閥的操縱下，游動(dòng)小車吊動(dòng)碴漿泵行走并抽出泥漿至攪拌桶內(nèi)。經(jīng)壓濾機(jī)制餅，由下方小帶式輸送機(jī)裝入礦車升井運(yùn)至矸石山，清淤流程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。

2.二級(jí)沉淀池的清理

二級(jí)沉淀池為原有的兩個(gè)“U”型沉淀池，中央水倉(cāng)之外巷道斷面為4.8m2，長(zhǎng)13m、寬1.8m、深1.5m。在一級(jí)沉淀池沉淀后的煤泥水，流入雙“U”型沉淀池內(nèi)進(jìn)一步沉淀。

3.副水倉(cāng)的清理

水倉(cāng)寬4.5m、高2.9m，水倉(cāng)巷道平段總長(zhǎng)85m，水倉(cāng)斜下坡段長(zhǎng)23m，坡度為12°。

采用自制清倉(cāng)機(jī)械車進(jìn)行清理，其結(jié)構(gòu)及工作原理為：利用廢舊礦車的底盤，加大礦車輪對(duì)間距以增強(qiáng)其操作穩(wěn)定性。在底盤上安裝2寸圓豎向鋼管，鋼管上端頭連接可擺動(dòng)斜杠桿，用于吊裝碴漿泵。在車架上安裝兩組氣缸，用作水平擺動(dòng)和垂直升降碴漿泵。拉缸上端頭安裝防爆照明燈，與操控碴漿泵聯(lián)動(dòng)。機(jī)械車安裝有氣動(dòng)控制閥和司機(jī)座椅，司機(jī)操作氣動(dòng)閘閥組進(jìn)行清倉(cāng)作業(yè)。機(jī)械車驅(qū)動(dòng)裝置為3T氣動(dòng)馬達(dá)，通過輪軸上鏈輪帶動(dòng)底盤在巷道內(nèi)沿軌道行走。遇沉積結(jié)硬的煤泥時(shí)可通過高壓水槍沖刷、稀釋，便于用碴漿泵抽取。壓濾、運(yùn)送過程同細(xì)粒物的碴漿泵清理方式。

4.主水倉(cāng)的清理

（1）淤泥筒倉(cāng)。在主水倉(cāng)口下斜段與平段的交匯處，建造一個(gè)直徑3.5m、深2m的圓形沉淀池，用于貯存淤泥。

（2）驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。在主水倉(cāng)口外邊安裝一小型液壓站，為液壓絞車提供動(dòng)力。在主水倉(cāng)口外邊上部安裝架空液壓絞車，為鋼絲繩里外運(yùn)行提供動(dòng)力。在水倉(cāng)內(nèi)遠(yuǎn)處合適位置安裝一架空機(jī)尾輪，作為鋼絲繩的回轉(zhuǎn)輪。在主水倉(cāng)口外操縱手柄，控制液壓絞車的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。

（3）外耙淤泥。在主水倉(cāng)的巷道拱頂上方安裝30根橫梁，間距3m。橫梁下方中間段固定工字鋼導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上間隔3m安裝繩輪裝置，繩輪纏繞牽引鋼絲繩，鋼絲繩連接拖耙裝置。該裝置在鋼絲繩的牽引下，耙子執(zhí)行落地、耙泥、收起、行程運(yùn)動(dòng)等動(dòng)作，完成主水倉(cāng)的耙泥任務(wù)。

（4）淤泥外排。在筒倉(cāng)泥池的上方，吊裝兩臺(tái)潛水泵。高位潛水泵用于抽出筒倉(cāng)的上部清水，低位碴漿泵用于抽出筒倉(cāng)下部的泥漿。另固定一支引自礦防塵水管高壓槍，對(duì)筒倉(cāng)泥池內(nèi)的結(jié)硬淤泥進(jìn)行沖刷，經(jīng)碴漿泵抽至主水倉(cāng)口外攪拌桶內(nèi)。

（5）淤泥壓濾。在水倉(cāng)外安設(shè)攪拌桶，用于承裝碴漿泵泥漿。桶上方有一支引自供風(fēng)管路的高壓風(fēng)槍，對(duì)沉積淤泥翻騰攪拌經(jīng)由壓濾機(jī)制餅外運(yùn)。

三、實(shí)施效果

1.提升了工作效率

自制的氣動(dòng)式清理淤泥小車能夠?qū)崿F(xiàn)前后行走、左右擺幅和上下調(diào)高等功能，替代了人力裝罐、絞車上提等作業(yè)，初具“清倉(cāng)機(jī)器人”的功能。將原來的9人清淤作業(yè)減少為1人操控作業(yè)，原30天清倉(cāng)時(shí)間縮短至25天，不僅實(shí)現(xiàn)了減人提效的目的，也為“清倉(cāng)機(jī)器人”技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了實(shí)踐論證。

2.促進(jìn)了節(jié)能減排

此技術(shù)按照“分級(jí)處置、分級(jí)實(shí)施”的原則，根據(jù)水倉(cāng)外沉淀池、副水倉(cāng)和主水倉(cāng)等具體特點(diǎn)，采用不同形式的機(jī)械化和自動(dòng)化清淤作業(yè)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，改善了勞動(dòng)環(huán)境。處理完畢后，水、泥干濕分離，降低了地面水處理壓力，促進(jìn)了節(jié)能減排，推進(jìn)了綠色礦山建設(shè)。

3.提高了安全系數(shù)

通過實(shí)施技術(shù)改革，推進(jìn)機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人，達(dá)到了無人則安、少人則安的目的。由于清淤效率的提升，也增加了排水系統(tǒng)的有效容積，提高了安全效率。

四、結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的煤礦井下水倉(cāng)及沉淀池的清淤方法存在效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、對(duì)環(huán)境影響大等問題。赤峪煤礦針對(duì)煤礦井下水倉(cāng)及沉淀池清淤裝置進(jìn)行研究，提出一種自動(dòng)化解決方案，設(shè)計(jì)了相匹配的淤泥清理裝置，通過液壓驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)化控制等技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、快速清淤作業(yè)。同時(shí)，該裝置還具有安全可靠、操作簡(jiǎn)便、降低成本和勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)槠渌愃茍?chǎng)景的清淤作業(yè)提供參考和借鑒。