煤水分離技術在桑樹坪煤礦的研究及應用

文/劉小虎 田崔海 劉 冰

韓城礦業公司桑樹坪煤礦屬雙突礦井，消突、抽采瓦斯主要采取底板巷穿層鉆孔、水力沖孔、預抽瓦斯等措施。4322底板巷、3317抽放瓦斯底板巷在打鉆過程中，產生大量煤水并流到軌道巷，不僅導致作業環境臟亂差，嚴重影響打鉆進度和生產接續，而且存在一定的安全隱患。為此，桑樹坪煤礦進行專題攻關，探索新方法新途徑，有針對性地設計了一套煤水分離系統，將鉆孔施工過程中產生的煤和水分離，有效提升了工作效率，保證了安全高效生產。

一、煤水分離系統設計方案及特點

煤水分離系統借鑒選煤廠成熟的產品脫水工藝，采用“振動篩分+濃縮沉淀+壓濾回收”的聯合脫水工藝，煤通過帶式輸送系統運出，水流入水倉通過水泵排到地面，保證了采煤工作面大量涌水時生產、運輸及倉儲的安全。該工藝方案自成系統，能較好地適應井下生產情況變化，各項技術指標先進，既能最大限度地回收煤炭資源，又避免了煤泥對下游工序的影響。

1.煤水分離系統設計方案

（1）系統設計要求。采煤工作面涌水進入煤流中形成“水煤”，不僅直接影響到原煤運輸、提升作業的連續性，還會帶來嚴重的稀煤潰倉、膠帶打滑和淤煤等安全問題。針對桑樹坪煤礦的生產實際，新設計的系統要能處理6臺鉆機同時工作時產生的煤泥水量，處理后的干煤泥能夠落入皮帶運走，清水循環再用或排入水溝，達到煤水分離效果，保證水溝暢通，降低工人勞動強度，提高工作效率，改善軌道巷環境；同時，根據礦井現有條件，滿足設備運輸安裝尺寸要求。

（2）系統組成及運行。基于上述要求，項目組開發的煤水分離系統包括煤礫泵、一級煤泥水預分離裝置、二級粗煤泥除渣裝置、三級煤泥水濾榨裝置，各裝置實現有效結合。設備啟動順序為：粗煤泥除渣裝置→專用煤礫泵（遠程輸送泵）→煤泥水濾榨裝置。系統停機順序為：停止專用煤礫泵→停止除渣裝置。

在實際運行中，首先將若干個（臺）水鉆打孔時產生的煤泥水匯集到一個沉淀池內；鉆機沖孔煤泥水經煤礫泵遠距離輸送至一級煤泥水預分離裝置處理，脫掉一部分細煤泥的煤泥水流入沉淀池；剩余的煤泥水流入二級粗煤泥除渣裝置再進行脫水處理，脫水后的干煤泥落入皮帶運走，脫除的細煤泥水流入沉淀池；沉淀池的煤泥水經專用渣漿泵打入到三級煤泥水濾榨裝置最終脫水，脫水后的干煤泥落入皮帶運走，脫下的清水經管道排到水倉。

（3）設備性能優勢。煤礫泵過流部件采用高鉻耐磨合金鋼材質，可長時間連續使用，耐磨性能好且使用壽命長；葉輪采用半封閉設計，可有效防止卡死；配備耐磨合金鉸刀，減少磨損過流部件的問題，延長葉輪和蝸殼壽命。二級粗煤泥除渣裝置采用高頻振動和負傾角運行設計，脫水效果更好，煤泥水處理量大。篦水板采用無磁不銹鋼耐磨材質，脫水效率高且不易堵塞篦水板。三級煤泥水濾榨裝置手動和自動運行模式可自由切換，可視化觸摸屏設計可實時監測運行情況，采用液壓高壓壓緊和篦布四周加襯設計，可防止噴漿，使用壽命長，煤泥水分離效果好。筒式過濾裝置體積小、方便安裝、透水性好、耐磨、使用壽命長。

2.煤水分離系統的特點

（1）系統處理量可達到120m3/h以上，工作電壓為660/1140V，系統功率≤150kW，入料粒度≤15mm。所有設備滿足井下巷道運輸安裝要求，設備可根據現場情況解體安裝。所有電氣設備符合煤礦井下要求，系統自動化程度高。

（2）特制煤礫泵流量≥80m3/h，揚程≥40m，過流面采用耐磨合金，帶耐磨攪拌頭，葉輪等過流部件為耐磨、抗腐蝕材質。

煤泥水遠距離輸送裝置，可將收集起來的鉆機鉆孔煤泥水輸送到粗煤泥及雜物除渣裝置，實現煤泥水遠距離有效輸送。系統輸送煤泥水≥150m3/h，通過最大顆粒粒度≥20mm，輸送距離≥400m，具有良好的穩定性和耐磨性，配套煤泥水防沉淀裝置效果較好。

（3）一級煤泥水預分離裝置提前脫除60%明水，提高了后續二級粗煤泥脫水效果。二級粗煤泥除渣裝置，可先將煤泥水中的大顆粒和雜物除去。煤泥水處理量≥150m3/h，除渣粒度為0.1～1mm，進料粒度≥30mm。該系統占地面積小、可靠性高、處理量大、運維方便，可連續把粗煤泥及雜物濾水后落入皮帶運走，剩下的細煤泥水流入到緩沖水池備用。三級煤泥水濾榨裝置處理量≥60m3/h，可將細煤泥水中的所有煤泥雙向進料并快速濾榨出渣，濾出的煤泥水經過處理后變成清水，基本實現全自動運行，效率高，處理量大，噪音小。

（4）智能控制系統具有過載、短路、漏電閉鎖、斷相、欠壓、過壓、堵轉保護、不平衡保護、反時限過流保護等保護措施。整機具有機械電氣閉鎖功能，隔離開關處于斷開位置時，主腔前門才能打開；解鎖開關處于解鎖位置，隔離開關不能轉動。整個系統采用PLC控制，具有手動與自動相互切換程序。

（5）煤水分離系統與常規振動篩、固液分離機不同，可靠性高，大傾角安裝，即使設備出現故障，也不影響礦井的正常生產。

二、煤水分離系統的實踐應用

1. 二級粗煤泥除渣裝置

（1）二級粗煤泥除渣裝置運轉中嚴禁觸摸帶電部位或旋轉部位，每班應檢查軸承溫度，在正常負荷和最大負荷下檢查振幅，隨時觀察運轉情況，每班對連接件的螺栓進行檢查，檢查是否松動，若松動必須擰緊。

（2）防爆激振電機必須加注專用油，不得和其他品牌潤滑油混用。5～7天注油一次，每臺振動電機加注50～100CC專用潤滑油。

（3）定期檢查設備潤滑部分，確保設備潤滑完好，轉動部分靈活。

2.三級煤泥水濾榨裝置

（1）濾榨裝置在運行時，要保證有操作工時刻看守。特別在卸料時，操作工要時刻關注卸料情況，要保證卸料后箅布周邊邊框的清潔，不能有煤泥，箅布不能有褶皺。

（2）沒有打滿物料時，嚴禁卸料，否則濾布上會粘滿稀煤泥。如果箅布上粘有煤泥，要沖洗干凈，否則會噴漿，損壞箅布，嚴重時可導致箅水板變形、壓裂。

（3）箅布破損后要及時更換濾布，否則煤泥會進入箅布內部，堵塞箅水板，如果不及時清除會造成箅水板變形、壓裂、噴漿，嚴重時會造成整機變形。

（4）煤礫泵座和取板器驅動電機減速機潤滑油每4個月更換一次，煤礫泵座加油量以可視油表為準；取板器驅動電機減速機加油量以從上油孔加油，側油口排出為止。液壓泵站液壓油每6個月更換一次，加油量一定要高于最低可視油標線。煤礫泵不能空轉，嚴禁倒轉，每三個月要檢查葉輪及前后護板磨損情況。

（5）如果取板器取拉板時不能正確觸碰到箅水板把手，可調節拉板小車上的調節螺絲，直到調至不影響取拉板為止。油缸不能正常運行時，要檢查油缸限位開關是否正常，如有損壞要立刻換新；再檢查壓力表是否正常，排除接觸不良因素。

三、煤水分離系統應用效果

桑樹坪煤礦煤水分離系統自運行以來，不僅將煤粉從煤泥水中有效分離出來，而且處理效率高，分離率達95%以上。目前3317運順底板巷可連續多天打鉆，煤粉清理時間縮短，不僅加快了災害治理進度，而且有效防止煤泥水進入采區水倉。每天分離出的50噸煤粉發熱量高達4600大卡/千克，通過對原有運輸系統進行調整，將分離出來的煤粉直接運至原煤倉，避免了資源浪費，取得了良好的經濟效益和社會效益。

該煤水分離系統使用方法簡單、成本低、穩定可靠，對環境和操作要求較低。以前一臺鉆機需專門安排兩人不間斷地清煤，現在只需安排一人即可完成工作任務，有效降低了職工的勞動強度，提高了打鉆現場的安全生產質量標準化水平，為安全高效治理瓦斯災害提供了技術保障，具有一定的示范推廣價值。