经坊煤矿水仓煤泥快速清淤工艺的确定和应用

平建明 王辉锋 张瑞琼 黄永志

（1.山西煤炭进出口集团有限公司技术中心，山西省太原市，030000；2.中国矿业大学 （北京）化学与环境工程学院，北京市海淀区，100083；3.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京市海淀区，100083；4.北京中矿艾可沃特科技有限公司，北京市海淀区，100083）

经坊煤矿水仓煤泥快速清淤工艺的确定和应用

平建明1王辉锋2张瑞琼3黄永志4

（1.山西煤炭进出口集团有限公司技术中心，山西省太原市，030000；2.中国矿业大学 （北京）化学与环境工程学院，北京市海淀区，100083；3.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京市海淀区，100083；4.北京中矿艾可沃特科技有限公司，北京市海淀区，100083）

介绍了经坊煤矿水仓煤泥的特性，并对其做了沉降和压滤实验，结果表明，该矿水仓煤泥大颗粒含量高，沉降性能较差，而且沉降后上清水有浮杂，常规的浓缩压滤联合工艺不适合这种煤泥，因此确定了筛分后压滤的清淤工艺。经过现场应用后，该工艺效果理想，与原有的人工清淤系统相比工效提高了3倍以上，大大减轻了工人劳动强度。

水仓煤泥 清淤 压滤 沉降

水仓淤泥属于高粘度、膏体状固液两相流体，形态介于固体和液体之间，在常温常压下不具有流动性，经扰动又呈稀糊状流体，清挖起来十分困难。矿井水仓及时清淤是保证矿井排水安全的有效方法之一。以往采取过渣浆泵向外抽排、刮板机向外刮运、扒斗机和铲斗机装罐外运等机械化清挖措施，但终因各种设备结构复杂、工作效率低下、清理效果差、车辆在水仓内行走困难等原因未能大面积推广应用。因此，如今80%以上的矿井水仓清挖仍沿用并停留在最传统、最落后的人工清挖、罐车装运的无奈之中。

针对这种现状，山煤国际联合北京中矿艾可沃特科技有限公司与中国矿业大学 （北京）合作开发了QW-Y型水仓煤泥快速清淤系统，把煤泥的清挖和煤泥的处理结合起来，经过前期大量的实验，最终确定了系统工艺及设备选型，于2012年7月正式开始在经坊煤矿现场试运行，经过近两个月的试运行，完成了经坊煤矿主水仓的清淤任务，系统运行正常，设备状态良好，达到了预期效果。

1 经坊煤矿水仓煤泥特性分析

1.1 煤泥粒度分析实验

表1 经坊煤矿水仓淤积煤泥粒度分析

由表1可知，水仓中淤积的煤泥的总灰分高于炼焦精煤，与动力精煤灰分相当，因此，这部分煤泥的脱水回收，有利于精煤回收，且能产生经济效益。此外，由于这部分煤泥中粗颗粒 （+0.5 mm）含量高，达到11.5%，而细颗粒含量 （-0.075 mm）也很高，达到33%以上，而且从沉降效果看，有沉积也有浮杂，因此，需要采用成套的固液分离设备。

1.2 煤泥组分X衍射分析实验

经坊煤矿煤泥矿物质种类为：石英、钾长石、斜长石、方解石、黄铁矿、石膏、非晶质，各矿物种类含量分别为：4.3%、0%、0%、3.5%、0.7%、0%、14.5%。

经坊煤矿煤泥中粘土矿物质种类为：蒙脱石、伊蒙混层、伊利石、高岭石、绿泥石、绿蒙混层，粘土矿物质相对含量分别为：0%、29%、8%、56%、7%、0%。

由煤泥的组分分析数据可知，粘土矿物质总量不高，但极细颗粒的高岭石相对含量较高，伊蒙混层其次，这两类粘土矿物质对煤泥沉降的效果有较大的影响。因此，在煤泥脱水处理过程中要考虑合理的药剂以利于沉降，并优选滤布以利于脱水后煤泥滤饼的脱落。

1.3 煤泥沉降实验

1.3.1 静沉降实验

静沉降试验目的是检验该煤泥在加药剂和不加药剂的情况下静沉降效果，上清水颗粒含固率能否达到要求。

由图1可知，该煤泥静沉降达到上清水含固率低于1 g／L需要25 min以上，而上清水透光率达到70%以上需要35 min以上，这表明该煤泥不加药剂静沉降效果不理想，不能达到沉降压滤工程所需沉降时间为1 min以内的指标要求。

由图2可知，该煤泥加入药剂 （1 kg干煤泥加入1.5 g阴离子型聚丙烯酰胺）后沉降效果明显增强，在1 min以内上清水含固率低于1 g／L，且上清水透光率达到70%以上，这表明该种煤泥适合采用加药沉降的方式。

1.3.2 煤泥小型压滤实验

该实验原理为以透气率为选型标准选定滤布做压滤实验，若滤液浑浊，则说明选择的透气率过大，下次实验应选择透气率较小的滤布；若滤液一直澄清，则说明选择的透气率过小，下次实验应选择透气率较大的，直至选择过滤初期刚好不发生穿滤时为止，并以此滤布所做实验取得的压滤工艺参数为标准进行设计选型。

若现场要求滤液必须澄清，不允许穿滤，则可采用逐步放大滤布透气率的方法试验，所选滤布刚刚发生穿滤时为止，此时应选择上一档透气率较小的滤布作为设计标准。

表2 煤泥小型压滤实验结果

由表2可知，AQWT-023型滤布刚好不发生穿滤，因此，以AQWT-023型滤布的实验结果作为选型计算依据，但由于实验中未考虑人工辅助时间，因此，单位产能数据不能直接用于设计计算现场实际设备，一般以此数据的50%～70%作为选型计算依据。

2 工艺方案及设备选型

根据上述对煤泥性质分析及小型实验，确定了经坊煤矿水仓煤泥脱水处理部分的工艺及装备，该系统由煤泥抽排系统、筛分搅拌系统、加药系统（备选）、压滤脱水系统、煤饼输送系统、清水输送系统和自动控制系统7个模块构成。水仓清淤系统流程见图3。

图3 水仓清淤系统流程简图

3 现场运行效果

3.1 单循环测试效果

实验中，选取测定时间为9：00～11：00，每隔20 min测试一次，测试浓度为：207 g／L、217 g／L、229 g／L、241 g／L、311 g／L、373 g／L、355 g／L，平均浓度为276.14 g／L。从实验数据可以看出，尽管水仓煤泥含固率变化很大，但抽排系统所取出的煤泥含固率能够满足压滤脱水的正常入料浓度范围。

表3 滤饼水分和单位产能测试

从表3的单循环测试数据可以看出，该系统在实际运行中，滤饼水分与实验情况基本保持一致，而单位产能是实验数据的54%，属于正常情况。

3.2 实际运行效果

经坊煤矿中央水仓分为内水仓和外水仓，外水仓长度约为220 m，宽度约为3.5 m，厚度约为1.8 m，储存煤泥量约为1386 m3；内水仓长度约为150 m，宽度约为3.5 m，煤泥厚度约为1.8 m，储存煤泥量约为945 m3，煤泥合计总量约2331 m3，实际煤泥存量约为煤泥合计总量的2／3，即1554 m3。

表4 改造前后运行效果对比

由表4对比可以看出，改造前水仓清理时间约为3个月，工时总耗为516人天，而且每天需要三班倒连续运行；改造后清理水仓为48天，工时总耗为160人天，每天只需要工作8 h，工效提高了3倍以上，大大节省了人力和物力，清仓效果明显。

［1］王睿虹 .沙曲选煤厂煤泥水系统的优化 ［J］.中国煤炭，2004 （7）

［2］霍妍妍，李爱军，刘瑜 .宝雨山煤矿井下水仓清淤系统设计 ［J］.煤矿机械，2007 （10）

［3］王培润，戴葆青，郭秀欣等 .矿井水仓淤泥清挖及处理新方法 ［J］.煤矿机电，2004（6）

［4］田浚 .井下水仓清挖工艺技术研究 ［J］.河北煤炭，2009 （4）

［5］王建民，付元平，赵学义等 .煤矿井下水仓自动化清淤系统新工艺 ［J］.煤炭工程，2010（10）

［6］史万明，朱兴民，刘传令等 .水仓煤泥清挖和处理的新工艺及设备 ［J］.煤矿机械，2009（9）

Determination and application of fast dredging process of coal slime in Jingfang coal mine

Ping Jianming1，Wang Huifeng2，Zhang Ruiqiong3，Huang Yongzhi4
（1.Science and Technology Division，Shanxi Coal Import ＆ Export Group Co.，Ltd，Taiyuan，Shanxi 030000，China；2.School of Chemical ＆Environmental Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China；3.Patent Examination Cooperation Center，Haidian，Beijing 100083，China；4.Beijing Zhongkuang Aqua-water Technology.Co.Ltd，Haidian，Beijing 100083，China）

This paper introduces the characters of coal slime in Jingfang coal mine.Experiments of settlement and pressure filtration of coal slime have been conducted.The results showed that the slime had high content of large particles and low settleability，and many impurities were floating on the clear water after settlement.Conventional process of concentration and pressure filtration could not be used for this type coal slime.Therefore the appropriate dredging process after screening pressure filtration were determined.After field application，the effects were achieved.Compared with the original manual dredging system，the efficiency of new process increased more than three times，and the labor intensity was reduced greatly.

coal slime，dredging，pressure filtration，settlement

TD946

A

平建明 （1963-），男，教授级高级工程师，1983年毕业于河南理工大学机电系，现任山西煤炭进出口集团有限公司技术中心副主任，长期从事煤矿机电、技术管理工作。

（责任编辑 孙英浩）