移动式负压高效清淤装备的研发与应用

2022-07-23张相超

现代制造技术与装备 2022年6期

张伟张相超张琦

（1.兖矿能源集团股份有限公司调度信息中心，邹城 273500；2.兖矿能源集团股份有限公司南屯煤矿，邹城 273516）

项目的研制旨在利用新技术、新工艺解决制约井下水仓清理的三大因素，即抽吸淤积物、固液分离和固液运排，同时实现这三个环节的不间断连续运转和处理过程的智能化衔接，使得在新的技术工艺保障下切实提高工作效率和降低劳动强度，真正解决长期存在的清挖费力效率低、固液混合难分离、运排过程一路淋淋漓漓的问题，使目前相对各自分离的清淤工作一体化、系统化、智能化，使需要独立的运排环节能够汇入矿井的主运系统，减少运输提升环节，达到降低检修费用、提高工作效率和生产产值的目的，提高全矿井的生产效率和经济效益。

1 煤矿井下水仓煤泥浆及沉淀板结混合物的抽吸技术研究

真空负压取料装置由储料罐、吸料阀、排料阀、真空发生器、消音器及管路等组成，其中吸料、储料、排料是水仓清淤工艺的重要环节。它的工作原理：压缩空气（压强需要0.6～0.7 MPa）通过真空发生器（拉伐尔喷管，原理如图1所示）将罐内抽成真空，煤炭颗粒、煤泥浆水等通过吸料管抽到罐内；罐内物料达到设定位置后，吸料阀和排气阀关闭，排料阀打开，这时通入的压缩空气在罐内形成正压，在正压的作用下沿排料管排出物料[1]。

罐内物料排放完成后，打开吸料阀和排气阀，同时关闭排料阀，真空发生器抽取罐内真空，进行下一个吸、排料工艺循环。

在本装置中真空发生器是关键部件，其学术名称叫拉伐尔喷管[2]。它是根据空气动力学原理，将压力能变换为速度能，进而进行空气体积放大，在入口端形成真空的装置，非常适用于本项目的吸料和排料要求。

由工作原理可以看出，物料通过直径约为100 mm 的吸料管进入真空罐，再经100 mm的排料管排出，整个运行过程没有任何机械部件阻挡，真正达到了体积和容积之间的全面转换。不管物料的大小和黏度如何，只要在0.6 MPa的压强下能够移动，就不存在取料困难或堵塞、遗漏的问题[3]。

物料在进入吸料管前要做造浆和滤除两个预处理。造浆的目的是将物料稀释达到较低的浓度，以便更有利于浆料在吸料管内流动。滤除是指将直径大于80 mm的杂物由装在吸料管前端的格栅将其隔离在吸料管吸口之外，防止在吸料管内卡住造成堵塞。若物料有不定因素造成堵塞，可以由真空罐对吸料管进行反向送压，将物料由吸料管排出，然后重新造浆、滤除，再恢复正常工作。

考虑到装备需要连续工作，在本项目中需要两套上述真空取料装置联合运行，一个取料，另一个排料交替运行，实现物料的连续抽、排，达到不间断工作的目的。

机组为本质安全型，全自动运行，100%压缩空气驱动，罐体内无任何运动部件与物料接触。这种吸储料方式扩大了所处理物料的种类范围，且吸料和排料均不与任何运动部件接触，提高了输送效率，最大限度地降低了损耗。

2 混合物及煤泥浆的固液分离应用研究

固液分离装置分为两级。首先，由真空负压泵输送来的固液混合物输送至高频振动筛，将直径大于0.1 mm的大颗粒由振动筛分出，并将已脱水的物料收集转运。其次，将通过振动筛筛孔的、直径小于 0.1 mm的颗粒及水浆输入至卧式螺旋离心机，在离心机的高速离心作用下，完成小颗粒和细微颗粒与水的分离，从而完成二级固液分离。最后，分离的固体物和振动筛分出的物料汇集输出，水由高压水泵排出[4]。两级固液分离装置结构原理，如图2所示。

一级分离采用高频振动筛，主要筛分直径大于 0.1 mm的大颗粒。筛出的大颗粒经筛网上层落入固体出料口，透过筛网的小于0.1 mm的颗粒混合浆液，经煤泥浆输入管进入卧式螺旋离心机进行二级分离。经过高速旋转的离心作用，小于0.1 mm的精细煤泥经过螺旋挤压进一步脱水后从固体出口排出，分离的水液经液体出口排出，通过探索入料压力、入料量对脱水效果的影响，完善系统集成、优化组合。

高频振动筛简称高频筛，主要由激振电机、矿浆分配器、筛框、机架、悬挂弹簧、减震脚及筛网等部件组成。高频振动筛效率高，振幅小，筛分频率高。由于高频筛采用了高频率，一方面破坏了矿浆表面的张力，另一方面细粒物料在筛面上高速振荡，加速了大密度矿物的析离作用，增加了小于分离粒度物料与筛孔接触的概率，从而形成了较好的分离条件，使得小于分离粒度的物料和矿浆一起透过筛孔成为筛下产物[5]。

3 设备总成及智能化控制系统研究

本装置是风、电联动的井下水仓清淤系统，系统的吸料、二级分离、物料收集、转运实行智能化自动控制，具体结构原理如图3所示，且图3中设备的最大宽度均小于1500 mm。为了保证物料处理量的冗余，二级分离设备的处理量大于取料输送量的1.2倍，固体物料收集能力大于二级分离设备输送量的1.2倍，以确保系统的连续、安全运行。

装置采用智能化控制，取料、分离、收集转运之间的衔接尤其是输送数量的控制，完全由核心控制器自动计算并执行控制动作。

真空负压取料装置为两个真空罐交替吸排，采取连续运行的工作方式。核心控制器主要是控制两罐之间的吸排转换和吸排时间，以适应下一级固液分离的入料需求。

二级分离设备中的高频筛和卧式螺旋离心机，两者的固液处理量之和即为真空负压取料装置的取料量。根据它的处理能力随机自动控制取料装置的取料量，然后二级分离设备分离出的固体物料经过收集系统转运至卸料点。转运装置的处理量和分离设备的出料量进行自动化匹配。本装备的物料收集系统拟采用可移动式小型胶带输送机，通过控制运转速度来适应所运输物料量的变化。