井下水仓机械清仓系统的研究与应用

摘要：随着矿山机械化、自动化水平的不断提高，实现矿山水仓清淤的机械化已经是摆在矿山企业面前急需解决的问题，所以研制一种全新的、高效可靠的、符合井下工作要求的水仓清理工作装置具有非常重要和长远的意义。文章以平煤股份一矿井下三水平大巷主水仓为具体研究背景，从工艺设计、各配套设备基本参数的确定以及新设备应用等方面系统地对该矿水仓机械清仓系统进行了研究。

关键词：井下水仓；机械清仓系统；工艺设计；水仓清仓技术 文献标识码：A

中图分类号：TD744 文章编号：1009-2374（2015）21-0019-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.010

1 水仓清仓技术现状

水仓在煤矿井下煤炭开采过程中起着极其重要的作用。它是井下同一水平处水的流经通道，同时还肩负着沉淀水中的煤粉及杂质的作用，其出口处的清水由水泵排至地面。由于煤粉及杂质不断沉积，水仓被淤泥装满后必须及时地清理，否则会影响矿井的正常排水，甚至导致淹井等重大事故。水仓的清理主要是对其内淤积的固液流态混合物进行清理，清理的技术关键是对煤泥进行连续清挖、输送及脱水处理。目前，水仓清理方式主要有直接清理及脱水处理两种。直接清理是指用人工、水力或机械等方法，将水仓内淤积的煤泥直接由人工装罐（矿车）后，用绞车拉入主巷道或废弃的巷道进行沉淀、晾干，再将晾干后的煤泥块通过提升系统运送到地面。这种清挖方式工人劳动强度大、劳动效率低、清仓周期长；由于煤泥含水量较大，煤泥只能装多半矿车，运输煤泥占用矿车多，另外煤泥有一定的黏性，卸载后矿车内留有较多的煤泥，运输效率低；矿车是敞开性的运输工具，矿车受到震动后，车内的煤泥撒落到道轨上，污染了大巷内现场环境，不利于矿井的标准化建设。煤泥运到地面上要么运到矸石山上扔掉，要么运到空地上晾晒，占用大片空地，且造成环境污染。脱水处理主要是使用水仓清仓机等设备进行脱水处理，通过专用泥浆泵将煤泥浆输送到各种脱水

设备进行脱水。主要有以下三种方案：

1.1 使用杂污泵配合板框式压滤机

该方案通过杂污泵将煤泥输送到板框式压滤机中进行压滤，压滤机的适用范围广，结构较简单。板与框的压紧和拉开、卸渣和清洗滤布都可实行自动化操作，有利于压滤机向大型化发展。

1.2 杂污泵配合振动筛

该方案使用高频筛作为主要的筛分设备，可以有效的提高清仓效率，保证清仓质量。设备简单，维修方便，目前广泛应用于井下水仓清仓。

1.3 使用杂污泵配合振动筛、压滤机

该方案同时使用振动筛与压滤机作为脱水设备，脱水效果明显，将带式压滤机等设备结合到水仓煤泥清理系统中来，在井下实现煤泥的脱水及连续处理，脱水效率高，使用方便。采用脱水处理的清仓方式既可以减轻工人劳动强度，又能够提高工作效率，与当前煤矿开采机械化速度的迅速提高相适应，是目前煤矿清仓系统首选方式。

2 应用环境介绍

2.1 水仓概况

文中水仓位于平煤股份一矿三水平，是该水平面容水及排水的主要场所，在正常生产中发挥着重要作用。随着煤炭开采所产生的废水及地下涌水的不断汇集，该水仓有效蓄水容积逐渐减少，影响矿井安全生产，所以需要对其进行清淤处理。由于该水仓煤泥淤积量大，井下环境复杂，如果采用以前的人力清理或水力清理方式直接将淤泥运出，劳动强度及劳动量大，清理周期长，效果不是很理想，且对环境污染严重，因此需要采用合理的清挖设备对其清理。

2.2 煤泥粒度分析

为研制更加合理及适用性的设备，对该水仓的煤泥粒度进行了测试分析：

从煤样粒度分布图可以看出，水仓煤样中直径小于300目（53μm）的颗粒，其体积占煤样的80%左右，直径300目（53μm）与200目（75μm）之间的颗粒仅占5%～10%。

3 水仓清理设备的选择

3.1 使用杂污泵配合板框式压滤机

由于其压滤不连续，设备占用空间大（仅压滤机长近6m、宽约1.5m），需要人工将滤饼从压滤机中清理下来，影响效率。由于没有前过滤措施，杂物及大颗粒也一同进入压滤机中进行压滤，对压滤机损坏过大，设备损耗严重，并不推荐使用。

3.2 使用杂污泵配合振动筛

振动筛的最佳筛分范围是300目（53μm）与200目（75μm）之间，从煤样粒度分布图可以看出，该水仓颗粒分布并不在振动筛最佳筛分范围之内，减小筛孔尺寸可以提高清仓效率和质量，但容易糊网，脱水效果差；增大筛孔尺寸，虽然可以解决糊网问题，但容易出现跑粗，清仓效率低，清仓不彻底，影响清仓质量。所以使用杂污泵配合振动筛并不适合该水仓进行煤泥清理。

3.3 使用杂污泵配合振动筛和压滤机

此种方案符合该水仓的实际状况，是一种有效的水仓清仓系统，克服了现有机械水仓清仓方法所存在的问题。

4 机械水仓清挖系统

机械水仓清挖系统可实现对井下水仓煤泥的连续抽排、粗分、浓缩、脱水、装车自动化和机械化的流水作，不仅降低了工人的劳动强度，改善了作业环境，而且效率高，对实现煤矿水仓清仓机械化有推动意义，具有投资少、效率高、运行成本低和运行可靠的特点，有良好的经济效益和社会效益。

4.1 系统主要技术参数

4.2 系统组成及工作原理

机械水仓清挖系统采用杂污泵配合振动筛与压滤机系统，由杂污泵、高频振动筛、泥浆泵、压滤机等组成，结构如图2所示：

1.杂物泵；2.矿车；3.高频振动筛；4.泥浆泵；5.压滤机

系统工作原理：水仓的煤泥经稀释后用杂污泵打到粗煤泥回收筛（高频筛），首先回收粗煤泥；筛下物泵入调整槽，在调整槽内将煤泥调整到合适的浓度，再将浓度调整好的煤泥用给料泵打到压滤机系统处理。处理后接近清水的低浓度滤液返回水仓，含水量较低的煤泥饼可直接装矿车运输。

4.3 系统特点

（1）处理的最小粒度达300目（53μm），清仓彻底。（2）将带式压滤机等设备结合到水仓煤泥清理系统中，在井下现场实现煤泥的脱水及连续处理。采用的是紧凑型带式压滤机，占用空间为普通压滤机的1/3。（3）将高频筛和带式压滤机配合使用，分别对粗煤泥和细煤泥过滤，清理彻底。（4）脱水后的煤泥含水量少，可直接通过传送带或矿车运输，分离出来的清水通过橡胶管排至另一水仓或附近水沟，改变了过去煤泥会对运输巷道造成污染的现象。（5）系统简单，所需设备少，结构紧凑，占用空间小。操作、维护容易，可自动控制。（6）考虑到井下安全性，电器设备（电机、控制箱等）做防爆处理。

5 应用效果分析

投运12个月的基本试验数据记录如下：（1）进料量及进料浓度：进料使用四寸泥浆泵（出口管径100mm），进料浓度在（煤泥含量）30%～60%之间。（2）振动筛内煤泥存量：在进料浓度为45%～50%时，振动筛筛网上煤泥厚度为50mm，长400～500mm。（3）压滤时间：在进料浓度为45%～50%时，压滤机压满一槽需15分钟左右，卸料时间5分钟左右。（4）整机处理能力：整套设备每小时出煤量在3吨左右，每班筛选出干煤3矿车左右。

试验表明，该水仓在使用了机械水仓清挖系统后，与以前的人工清仓方式相比，清理效率提高了3倍左右，工人劳动强度大大降低，巷道环境得到了改善，筛选的煤可以直接装车升井，省去了煤泥的后续处理环节。

6 结语

通过对平煤股份一矿三水平水仓做煤泥样品粒度分析，发现该水仓煤泥中直径300目（53μm）与200目（75μm）之间的颗粒仅占5%～10%，比较目前常用的三种脱水清仓方案，采用杂污泵配合振动筛与压滤机系统。该系统处理的最小粒度达300目（53μm），适用于该水仓煤泥清理，清仓彻底，效率提高了2～3倍。该水仓清仓方案的整个系统自动化程度高、设备布局合理，使工人劳动强度大为降低，既节省了用工，又提高了工效；回收的煤泥含煤率很高，可回收利用，为国家节约了更多的煤炭资源。回收的煤泥含水量少，改变过去煤泥对运输巷道的污染现象，利于矿井质量标准化建设，避免了单水仓运行的安全隐患。

参考文献

[1] 闫世春.煤泥处置[M].北京：煤炭工业出版社，2001.

[2] 谢锡纯，李晓豁.矿山机械与设备[M].北京：中国矿业大学出版社，2000.

作者简介：张静波（1979-），山西临汾人，平煤股份一矿助理工程师，研究方向：煤矿机电技术管理。

（责任编辑：周 琼）