新型煤矿水仓自动清挖处理系统的研发与应用

【摘要】本文介绍了某深井煤矿为解决井下水仓煤泥的清挖处理难题，研制开发的一种新型的模块化煤泥清挖处理系统，介绍了该系统的工作原理，技术参数，设备组成，应用状况以及推广前景。

【关键词】水仓煤泥清挖；压滤脱水；模块化设计

1.前言

水仓是煤矿井下必要的设施之一。为确保矿井生产和安全度汛，根据《煤矿安全规程》的要求，在每年雨季来临之前，必须对水仓进行清挖，以保证度汛期间井下的生产安全。因此水仓至少每年清理一次，短者每月都要清挖。通常一个煤矿在几个主要水平面上会设置局部水仓或主水仓，水仓一般由两个独立的巷道系统组成，总容积为4-8小时的涌水量。

水仓沉淀通常分为自然沉降和加絮凝剂沉降，水仓沉淀物为煤炭颗粒、岩石颗粒、煤泥、钻探泥浆、岩尘和喷浆料等，当水仓沉淀物以煤炭颗粒和煤尘为主时，煤泥的回收利用价值很大。一般情况下，水仓口沉降颗粒较大，越往仓尾沉降颗粒越小，因此水仓口的煤泥比较容易清挖，越往里越不容易清捞。

通过上述分析可见煤矿水仓的清理是中国煤矿多年来的一个老大难问题。水仓的清理分为人工清挖和机械清挖，目前国内大小煤矿仍以人工清挖方法为主。人工清挖的主要缺点是使用人员多、清挖周期长、工作环境恶劣、工人劳动强度大、矿车占用量大、污染运输巷道、清挖不及时会影响矿井安全生产。国内现有的机械清挖方法如煤泥自动装车机、泥浆泵抽排装车，虽然降低了工人的劳动强度，但仍然存在矿车占用量大、污染运输巷道等问题。

2.现有水仓清挖工艺

某深井煤矿井底运输水平-990m，三个井筒均超千米，是目前国内煤矿系统中最深的矿井之一。主水仓由6个入仓口沉淀池和内外环水仓组成，内水仓长220.6m，外水仓长266.6m，水仓断面净宽4m，断面高2.8m，断面面积7.8m2，水仓建筑结构为锚喷，水仓总容积4800m3。

另有井下水处理系统沉淀池长6m，宽4m，高3.3m，容积79.2m3，建筑结构为混凝土结构。因考虑矿井井下用水需要，在煤泥水入水仓时加入絮凝剂聚氯乙烯酰铵和氯化铝，加速煤泥水中煤泥的沉淀。原设计采用的水仓清挖作业方式为人工清挖。一般2个月清理一次，每次清挖需要12人，清挖时间70天以上。

以往的清挖工艺是：工人用大锨将煤泥直接装矿车，用绞车提升至大巷，由电机车外运升井，设备投入大，使用车皮多，运输环节复杂，占用人员多，劳动效率低。同时该清挖工艺耗时长，工人劳动强度大，致使井上、下沿途淤泥积水，影响职工行走安全及环境面貌，同时矿井长时间单水仓运行，排水系统受到威胁，影响到矿井的安全生产。因此，如何改进水仓清挖工艺就成了一个摆在技术人员面前函待解决的技术难题。

3.新型自动清挖系统研发

3.1 系统组成及工作原理

为解决水仓清挖难题，技术人员经过努力开发了一种新型的水仓煤泥清挖处理系统，它由搅拌抽排系统、缓冲系统、加压系统、压滤脱水系统组成。该系统采用模块化设计，各个子系统之间相对独立，又有机联系，整套系统可分解拆卸，满足井下安装的需要。整套系统设备还可根据水仓的大小和长短进行不同的匹配组合，以适应不同的需要。

系统工作原理：该水仓清挖处理设备由搅拌抽排系统设备从煤矿井下水仓中搅拌煤泥，形成一定浓度的煤泥水，并通过排水管路排入缓冲系统装置，煤泥水在过滤、缓冲装置作用下，过滤掉大颗粒物料，形成稳定的细物料从缓冲装置底口由加压泵抽排出，进入压滤脱水系统设备，煤泥水混合物在煤水分离设备作用下，使水、煤混合物分离，水经溢流管排出后回流到另一水仓，再由井口主排水泵排出，煤水分离设备中的煤泥饼进入矿车装车。

工艺流程如图1所示。

3.2 系统主要工艺参数及与其他方法比较

（1）回收粒度 0.01～5mm

（2）工效 3～5t/h

（3）最大装车高度 1450mm

（4）最佳入料浓度 25%～45%

（5）回收煤泥水分 〈25%

（6）电压 380V/660V

（7）装机总功率 45Kw

表1所示为本自动清挖处理方法与其他常用清挖方法对比。

4.系统试运行情况

该清挖设备自3月10日开始装车下井，由维修人员进行安装，3月19日安装、调试完毕，正式投入使用。首先在井下水处理系统沉淀池清挖，水处理系统沉淀池共有6个，清挖一个沉淀池用工2人，时间为2天，脱水后的煤泥共计30车，每矿车装料约1.7m3，而过去用人工清挖，每清挖一个沉淀池用工5人，时间为5天，需用矿车90车左右。由于设备到货时内仓人工已经清挖完毕，人工清挖内仓每天用12人，共计35天。而用设备清挖外仓，煤泥堆积高度为1.4m左右，煤泥容积约1500m3，清挖期间每天用工4人，每天经清挖脱水后的煤泥30车，实际使用清挖时间为20天。

通过使用情况可知，每次清仓用工4～5人，清挖周期（连同清挖沉淀池在内）50天左右，需用矿车1500车次左右。而人工清挖每次用工12人，清挖周期（不含清挖沉淀池在内）70天左右，需用矿车4100车次。该系统优势相当明显，矿车占用量也大幅减少，无形中又增大了副井的提升能力，极大的缓解了车皮调度的困难。虽然该煤矿井下水仓清挖处理设备是新开发研制的第一套系统，但在整个运行期间，该水仓自动清挖处理设备运转正常，性能稳定，操作方便、可靠，机械传动无故障，清挖效果明显，使用情况良好，一些小的故障在技术人员的指导下也很快排除。

5.结束语

该系统的研制成功极大促进了国内水仓自动清挖安全高效技术的发展，大大提高井下水仓煤泥处理的机械化程度，并且该系统采用模块化设计，通过对子系统的不同选型设计，能够适应不同特性的煤泥清挖，具有很强的适应能力。

通过现场使用情况分析，可知该煤矿井下水仓清挖处理系统有如下特点：

（1）实现井下水仓清挖抽排的自动化，减少岗位人员，减轻了工人的劳动强度。

（2）清挖水仓效果良好，煤泥回收效率高，提高了清挖质量。

（3）设备投入少、安全可靠，具有良好环境效益。

（4）矿车用量少，与人工清挖相比节约运输环节矿车周转量2/3。

（5）可有效利用矿车的容量，又避免了在运输过程中对巷道的二次污染。

（6）可充分利用峰谷电费，降低能耗。

（7）经济效益显著，经测算每年可增收节支187万元。

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作者简介：汪栋（1967—），男，山东淄博人，硕士，山东煤炭技术学院副院长。