經(jīng)坊煤礦水倉(cāng)煤泥快速清淤工藝的確定和應(yīng)用

平建明 王輝鋒 張瑞瓊 黃永志

（1.山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，山西省太原市，030000；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) （北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；3.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京市海淀區(qū)，100083；4.北京中礦艾可沃特科技有限公司，北京市海淀區(qū)，100083）

經(jīng)坊煤礦水倉(cāng)煤泥快速清淤工藝的確定和應(yīng)用

平建明1王輝鋒2張瑞瓊3黃永志4

（1.山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，山西省太原市，030000；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) （北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；3.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京市海淀區(qū)，100083；4.北京中礦艾可沃特科技有限公司，北京市海淀區(qū)，100083）

介紹了經(jīng)坊煤礦水倉(cāng)煤泥的特性，并對(duì)其做了沉降和壓濾實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該礦水倉(cāng)煤泥大顆粒含量高，沉降性能較差，而且沉降后上清水有浮雜，常規(guī)的濃縮壓濾聯(lián)合工藝不適合這種煤泥，因此確定了篩分后壓濾的清淤工藝。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，該工藝效果理想，與原有的人工清淤系統(tǒng)相比工效提高了3倍以上，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

水倉(cāng)煤泥 清淤 壓濾 沉降

水倉(cāng)淤泥屬于高粘度、膏體狀固液兩相流體，形態(tài)介于固體和液體之間，在常溫常壓下不具有流動(dòng)性，經(jīng)擾動(dòng)又呈稀糊狀流體，清挖起來(lái)十分困難。礦井水倉(cāng)及時(shí)清淤是保證礦井排水安全的有效方法之一。以往采取過(guò)渣漿泵向外抽排、刮板機(jī)向外刮運(yùn)、扒斗機(jī)和鏟斗機(jī)裝罐外運(yùn)等機(jī)械化清挖措施，但終因各種設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作效率低下、清理效果差、車輛在水倉(cāng)內(nèi)行走困難等原因未能大面積推廣應(yīng)用。因此，如今80%以上的礦井水倉(cāng)清挖仍沿用并停留在最傳統(tǒng)、最落后的人工清挖、罐車裝運(yùn)的無(wú)奈之中。

針對(duì)這種現(xiàn)狀，山煤國(guó)際聯(lián)合北京中礦艾可沃特科技有限公司與中國(guó)礦業(yè)大學(xué) （北京）合作開(kāi)發(fā)了QW-Y型水倉(cāng)煤泥快速清淤系統(tǒng)，把煤泥的清挖和煤泥的處理結(jié)合起來(lái)，經(jīng)過(guò)前期大量的實(shí)驗(yàn)，最終確定了系統(tǒng)工藝及設(shè)備選型，于2012年7月正式開(kāi)始在經(jīng)坊煤礦現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行，經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的試運(yùn)行，完成了經(jīng)坊煤礦主水倉(cāng)的清淤任務(wù)，系統(tǒng)運(yùn)行正常，設(shè)備狀態(tài)良好，達(dá)到了預(yù)期效果。

1 經(jīng)坊煤礦水倉(cāng)煤泥特性分析

1.1 煤泥粒度分析實(shí)驗(yàn)

表1 經(jīng)坊煤礦水倉(cāng)淤積煤泥粒度分析

由表1可知，水倉(cāng)中淤積的煤泥的總灰分高于煉焦精煤，與動(dòng)力精煤灰分相當(dāng)，因此，這部分煤泥的脫水回收，有利于精煤回收，且能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。此外，由于這部分煤泥中粗顆粒 （+0.5 mm）含量高，達(dá)到11.5%，而細(xì)顆粒含量 （-0.075 mm）也很高，達(dá)到33%以上，而且從沉降效果看，有沉積也有浮雜，因此，需要采用成套的固液分離設(shè)備。

1.2 煤泥組分X衍射分析實(shí)驗(yàn)

經(jīng)坊煤礦煤泥礦物質(zhì)種類為：石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、方解石、黃鐵礦、石膏、非晶質(zhì)，各礦物種類含量分別為：4.3%、0%、0%、3.5%、0.7%、0%、14.5%。

經(jīng)坊煤礦煤泥中粘土礦物質(zhì)種類為：蒙脫石、伊蒙混層、伊利石、高嶺石、綠泥石、綠蒙混層，粘土礦物質(zhì)相對(duì)含量分別為：0%、29%、8%、56%、7%、0%。

由煤泥的組分分析數(shù)據(jù)可知，粘土礦物質(zhì)總量不高，但極細(xì)顆粒的高嶺石相對(duì)含量較高，伊蒙混層其次，這兩類粘土礦物質(zhì)對(duì)煤泥沉降的效果有較大的影響。因此，在煤泥脫水處理過(guò)程中要考慮合理的藥劑以利于沉降，并優(yōu)選濾布以利于脫水后煤泥濾餅的脫落。

1.3 煤泥沉降實(shí)驗(yàn)

1.3.1 靜沉降實(shí)驗(yàn)

靜沉降試驗(yàn)?zāi)康氖菣z驗(yàn)該煤泥在加藥劑和不加藥劑的情況下靜沉降效果，上清水顆粒含固率能否達(dá)到要求。

由圖1可知，該煤泥靜沉降達(dá)到上清水含固率低于1 g／L需要25 min以上，而上清水透光率達(dá)到70%以上需要35 min以上，這表明該煤泥不加藥劑靜沉降效果不理想，不能達(dá)到沉降壓濾工程所需沉降時(shí)間為1 min以內(nèi)的指標(biāo)要求。

由圖2可知，該煤泥加入藥劑 （1 kg干煤泥加入1.5 g陰離子型聚丙烯酰胺）后沉降效果明顯增強(qiáng)，在1 min以內(nèi)上清水含固率低于1 g／L，且上清水透光率達(dá)到70%以上，這表明該種煤泥適合采用加藥沉降的方式。

1.3.2 煤泥小型壓濾實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)原理為以透氣率為選型標(biāo)準(zhǔn)選定濾布做壓濾實(shí)驗(yàn)，若濾液渾濁，則說(shuō)明選擇的透氣率過(guò)大，下次實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇透氣率較小的濾布；若濾液一直澄清，則說(shuō)明選擇的透氣率過(guò)小，下次實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇透氣率較大的，直至選擇過(guò)濾初期剛好不發(fā)生穿濾時(shí)為止，并以此濾布所做實(shí)驗(yàn)取得的壓濾工藝參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。

若現(xiàn)場(chǎng)要求濾液必須澄清，不允許穿濾，則可采用逐步放大濾布透氣率的方法試驗(yàn)，所選濾布剛剛發(fā)生穿濾時(shí)為止，此時(shí)應(yīng)選擇上一檔透氣率較小的濾布作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 煤泥小型壓濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，AQWT-023型濾布剛好不發(fā)生穿濾，因此，以AQWT-023型濾布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為選型計(jì)算依據(jù)，但由于實(shí)驗(yàn)中未考慮人工輔助時(shí)間，因此，單位產(chǎn)能數(shù)據(jù)不能直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備，一般以此數(shù)據(jù)的50%～70%作為選型計(jì)算依據(jù)。

2 工藝方案及設(shè)備選型

根據(jù)上述對(duì)煤泥性質(zhì)分析及小型實(shí)驗(yàn)，確定了經(jīng)坊煤礦水倉(cāng)煤泥脫水處理部分的工藝及裝備，該系統(tǒng)由煤泥抽排系統(tǒng)、篩分?jǐn)嚢柘到y(tǒng)、加藥系統(tǒng)（備選）、壓濾脫水系統(tǒng)、煤餅輸送系統(tǒng)、清水輸送系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)7個(gè)模塊構(gòu)成。水倉(cāng)清淤系統(tǒng)流程見(jiàn)圖3。

圖3 水倉(cāng)清淤系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

3 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果

3.1 單循環(huán)測(cè)試效果

實(shí)驗(yàn)中，選取測(cè)定時(shí)間為9：00～11：00，每隔20 min測(cè)試一次，測(cè)試濃度為：207 g／L、217 g／L、229 g／L、241 g／L、311 g／L、373 g／L、355 g／L，平均濃度為276.14 g／L。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，盡管水倉(cāng)煤泥含固率變化很大，但抽排系統(tǒng)所取出的煤泥含固率能夠滿足壓濾脫水的正常入料濃度范圍。

表3 濾餅水分和單位產(chǎn)能測(cè)試

從表3的單循環(huán)測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，濾餅水分與實(shí)驗(yàn)情況基本保持一致，而單位產(chǎn)能是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的54%，屬于正常情況。

3.2 實(shí)際運(yùn)行效果

經(jīng)坊煤礦中央水倉(cāng)分為內(nèi)水倉(cāng)和外水倉(cāng)，外水倉(cāng)長(zhǎng)度約為220 m，寬度約為3.5 m，厚度約為1.8 m，儲(chǔ)存煤泥量約為1386 m3；內(nèi)水倉(cāng)長(zhǎng)度約為150 m，寬度約為3.5 m，煤泥厚度約為1.8 m，儲(chǔ)存煤泥量約為945 m3，煤泥合計(jì)總量約2331 m3，實(shí)際煤泥存量約為煤泥合計(jì)總量的2／3，即1554 m3。

表4 改造前后運(yùn)行效果對(duì)比

由表4對(duì)比可以看出，改造前水倉(cāng)清理時(shí)間約為3個(gè)月，工時(shí)總耗為516人天，而且每天需要三班倒連續(xù)運(yùn)行；改造后清理水倉(cāng)為48天，工時(shí)總耗為160人天，每天只需要工作8 h，工效提高了3倍以上，大大節(jié)省了人力和物力，清倉(cāng)效果明顯。

［1］王睿虹 .沙曲選煤廠煤泥水系統(tǒng)的優(yōu)化 ［J］.中國(guó)煤炭，2004 （7）

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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，教授級(jí)高級(jí)工程師，1983年畢業(yè)于河南理工大學(xué)機(jī)電系，現(xiàn)任山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)有限公司技術(shù)中心副主任，長(zhǎng)期從事煤礦機(jī)電、技術(shù)管理工作。

（責(zé)任編輯 孫英浩）