經坊煤礦水倉煤泥快速清淤工藝的確定和應用

平建明 王輝鋒 張瑞瓊 黃永志

（1.山西煤炭進出口集團有限公司技術中心，山西省太原市，030000；2.中國礦業大學 （北京）化學與環境工程學院，北京市海淀區，100083；3.國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心，北京市海淀區，100083；4.北京中礦艾可沃特科技有限公司，北京市海淀區，100083）

經坊煤礦水倉煤泥快速清淤工藝的確定和應用

平建明1王輝鋒2張瑞瓊3黃永志4

（1.山西煤炭進出口集團有限公司技術中心，山西省太原市，030000；2.中國礦業大學 （北京）化學與環境工程學院，北京市海淀區，100083；3.國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心，北京市海淀區，100083；4.北京中礦艾可沃特科技有限公司，北京市海淀區，100083）

介紹了經坊煤礦水倉煤泥的特性，并對其做了沉降和壓濾實驗，結果表明，該礦水倉煤泥大顆粒含量高，沉降性能較差，而且沉降后上清水有浮雜，常規的濃縮壓濾聯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。經過現場應用后，該工藝效果理想，與原有的人工清淤系統相比工效提高了3倍以上，大大減輕了工人勞動強度。

水倉煤泥 清淤 壓濾 沉降

水倉淤泥屬于高粘度、膏體狀固液兩相流體，形態介于固體和液體之間，在常溫常壓下不具有流動性，經擾動又呈稀糊狀流體，清挖起來十分困難。礦井水倉及時清淤是保證礦井排水安全的有效方法之一。以往采取過渣漿泵向外抽排、刮板機向外刮運、扒斗機和鏟斗機裝罐外運等機械化清挖措施，但終因各種設備結構復雜、工作效率低下、清理效果差、車輛在水倉內行走困難等原因未能大面積推廣應用。因此，如今80%以上的礦井水倉清挖仍沿用并停留在最傳統、最落后的人工清挖、罐車裝運的無奈之中。

針對這種現狀，山煤國際聯合北京中礦艾可沃特科技有限公司與中國礦業大學 （北京）合作開發了QW-Y型水倉煤泥快速清淤系統，把煤泥的清挖和煤泥的處理結合起來，經過前期大量的實驗，最終確定了系統工藝及設備選型，于2012年7月正式開始在經坊煤礦現場試運行，經過近兩個月的試運行，完成了經坊煤礦主水倉的清淤任務，系統運行正常，設備狀態良好，達到了預期效果。

1 經坊煤礦水倉煤泥特性分析

1.1 煤泥粒度分析實驗

表1 經坊煤礦水倉淤積煤泥粒度分析

由表1可知，水倉中淤積的煤泥的總灰分高于煉焦精煤，與動力精煤灰分相當，因此，這部分煤泥的脫水回收，有利于精煤回收，且能產生經濟效益。此外，由于這部分煤泥中粗顆粒 （+0.5 mm）含量高，達到11.5%，而細顆粒含量 （-0.075 mm）也很高，達到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備。

1.2 煤泥組分X衍射分析實驗

經坊煤礦煤泥礦物質種類為：石英、鉀長石、斜長石、方解石、黃鐵礦、石膏、非晶質，各礦物種類含量分別為：4.3%、0%、0%、3.5%、0.7%、0%、14.5%。

經坊煤礦煤泥中粘土礦物質種類為：蒙脫石、伊蒙混層、伊利石、高嶺石、綠泥石、綠蒙混層，粘土礦物質相對含量分別為：0%、29%、8%、56%、7%、0%。

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

1.3 煤泥沉降實驗

1.3.1 靜沉降實驗

靜沉降試驗目的是檢驗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到要求。

由圖1可知，該煤泥靜沉降達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，不能達到沉降壓濾工程所需沉降時間為1 min以內的指標要求。

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，在1 min以內上清水含固率低于1 g／L，且上清水透光率達到70%以上，這表明該種煤泥適合采用加藥沉降的方式。

1.3.2 煤泥小型壓濾實驗

該實驗原理為以透氣率為選型標準選定濾布做壓濾實驗，若濾液渾濁，則說明選擇的透氣率過大，下次實驗應選擇透氣率較小的濾布；若濾液一直澄清，則說明選擇的透氣率過小，下次實驗應選擇透氣率較大的，直至選擇過濾初期剛好不發生穿濾時為止，并以此濾布所做實驗取得的壓濾工藝參數為標準進行設計選型。

若現場要求濾液必須澄清，不允許穿濾，則可采用逐步放大濾布透氣率的方法試驗，所選濾布剛剛發生穿濾時為止，此時應選擇上一檔透氣率較小的濾布作為設計標準。

表2 煤泥小型壓濾實驗結果

由表2可知，AQWT-023型濾布剛好不發生穿濾，因此，以AQWT-023型濾布的實驗結果作為選型計算依據，但由于實驗中未考慮人工輔助時間，因此，單位產能數據不能直接用于設計計算現場實際設備，一般以此數據的50%～70%作為選型計算依據。

2 工藝方案及設備選型

根據上述對煤泥性質分析及小型實驗，確定了經坊煤礦水倉煤泥脫水處理部分的工藝及裝備，該系統由煤泥抽排系統、篩分攪拌系統、加藥系統（備選）、壓濾脫水系統、煤餅輸送系統、清水輸送系統和自動控制系統7個模塊構成。水倉清淤系統流程見圖3。

圖3 水倉清淤系統流程簡圖

3 現場運行效果

3.1 單循環測試效果

實驗中，選取測定時間為9：00～11：00，每隔20 min測試一次，測試濃度為：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。從實驗數據可以看出，盡管水倉煤泥含固率變化很大，但抽排系統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 濾餅水分和單位產能測試

從表3的單循環測試數據可以看出，該系統在實際運行中，濾餅水分與實驗情況基本保持一致，而單位產能是實驗數據的54%，屬于正常情況。

3.2 實際運行效果

經坊煤礦中央水倉分為內水倉和外水倉，外水倉長度約為220 m，寬度約為3.5 m，厚度約為1.8 m，儲存煤泥量約為1386 m3；內水倉長度約為150 m，寬度約為3.5 m，煤泥厚度約為1.8 m，儲存煤泥量約為945 m3，煤泥合計總量約2331 m3，實際煤泥存量約為煤泥合計總量的2／3，即1554 m3。

表4 改造前后運行效果對比

由表4對比可以看出，改造前水倉清理時間約為3個月，工時總耗為516人天，而且每天需要三班倒連續運行；改造后清理水倉為48天，工時總耗為160人天，每天只需要工作8 h，工效提高了3倍以上，大大節省了人力和物力，清倉效果明顯。

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［3］王培潤，戴葆青，郭秀欣等 .礦井水倉淤泥清挖及處理新方法 ［J］.煤礦機電，2004（6）

［4］田浚 .井下水倉清挖工藝技術研究 ［J］.河北煤炭，2009 （4）

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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，教授級高級工程師，1983年畢業于河南理工大學機電系，現任山西煤炭進出口集團有限公司技術中心副主任，長期從事煤礦機電、技術管理工作。

（責任編輯 孫英浩）