煤礦井下水倉及沉淀池清淤技術(shù)研究與應用

▊ 文/緱江波

煤礦水倉及沉淀池是煤礦井下排水系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于儲存和沉淀井下污水。隨著時間的推移，水倉和沉淀池底部會積累大量的淤泥，容易造成排水設(shè)備損壞，影響排水系統(tǒng)的正常運行。冀中能源邯礦集團山西金地赤峪煤礦為提高淤泥清理的效率和安全性，通過對現(xiàn)有的清淤技術(shù)進行分析和比較，結(jié)合煤礦井下的特殊環(huán)境和不同區(qū)域作業(yè)需求，設(shè)計了相匹配的淤泥清理裝置，采用自動化控制技術(shù)，取得了良好的應用成效。

一、實施背景

赤峪煤礦中央泵房淤泥來自于下一級采區(qū)泵房水流，該處排水至+140水平輔運下山坡頭，沿大巷排水溝陸續(xù)流至水倉外一、二級沉淀池，匯入中央泵房的主副水倉。受水流中裹攜的煤泥、沖填料和巖粉等流體或半流體影響，一級沉淀池約10天淤滿，二級沉淀池約7天淤滿，副水倉約45天淤滿，主水倉約90天淤滿。淤泥堆積會導致以下問題。

一是造成設(shè)備磨損。若進入水倉的淤泥水未及時進入沉淀池，將經(jīng)水泵直排到地面。泥沙水對水泵的過水部件水輪、導翼、平衡盤等造成嚴重磨損，減少水泵使用壽命。

二是引發(fā)環(huán)保問題。當未處理的泥水排至地面污水處理池時，會增加污水處理站壓力，若處理能力不足將導致污水外排，造成環(huán)境污染。

三是降低排水效率。大量雜質(zhì)淤積，不僅會導致排水效率降低、用電負荷增大，也會降低水倉有效容量，影響礦井的安全生產(chǎn)。

在對水倉及沉淀池淤泥抽排過程中，采用人工作業(yè)勞動強度較大、生產(chǎn)效率低，而采用機械設(shè)備往往受條件限制難以發(fā)揮其有效性能。因此，研究和應用有效的清淤技術(shù)，對于保證井下排水系統(tǒng)的正常運行具有重要意義。

二、主要應用技術(shù)

水倉及沉淀池清淤工作流程圖如圖1所示。

圖1 水倉及沉淀池清淤工作流程圖

1.一級沉淀池的清理

在中央泵房的原水倉之外，建有一斜方體狀的沉淀池。沉淀池底板由外向里逐漸抬起，呈斜上坡狀，斜坡8°、長15m、寬3m。沉淀池底板鋪有光滑橡膠皮，安裝5道擋水閘板，水閘板邊鑲有彈性密封膠墊。閘板墻呈迷宮墻狀分布，用于降低流速。閘板沿閘板槽上下可提起或放下，當淤泥積滿至一定程度時，打開氣動閥提起閘板，淤泥沿斜坡自然下滑并向下方堆積。若沉積時間較長，使用安裝的高壓噴水槍將沉積淤泥沖下，細粉狀的泥漿被沖至下方，粗顆粒物在沉淀池的進水口處沉淀。

（1）粗顆粒物的液壓抓斗清理。煤泥水匯入沉淀池后，粗顆粒物受自重作用于入口處沉淀，細顆粒隨水流向前進一步沉淀。粗顆粒物沉積較多時，通過沉淀池入口處自制的液壓抓斗進行抓撈。抓斗由行程限位開關(guān)和液壓絞車等組成，工作全程由PLC控制，實現(xiàn)自動化運行。工作動力源于液壓泵站，操縱液壓閥組抓斗可執(zhí)行下放、上提、合攏、張開等動作，完成將煤泥從沉淀池裝入礦車內(nèi)作業(yè)流程，杜絕了后續(xù)碴漿泵抽取泥漿時易堵塞泵體、管道等問題。

（2）細粒物的碴漿泵清理。一級沉淀池煤泥水向前流動過程中細小顆粒物陸續(xù)沉淀。沉淀池上方巷道架起5道橫梁，安裝游動小車所用導軌。在控制閥的操縱下，游動小車吊動碴漿泵行走并抽出泥漿至攪拌桶內(nèi)。經(jīng)壓濾機制餅，由下方小帶式輸送機裝入礦車升井運至矸石山，清淤流程實現(xiàn)了機械化。

2.二級沉淀池的清理

二級沉淀池為原有的兩個“U”型沉淀池，中央水倉之外巷道斷面為4.8m2，長13m、寬1.8m、深1.5m。在一級沉淀池沉淀后的煤泥水，流入雙“U”型沉淀池內(nèi)進一步沉淀。

3.副水倉的清理

水倉寬4.5m、高2.9m，水倉巷道平段總長85m，水倉斜下坡段長23m，坡度為12°。

采用自制清倉機械車進行清理，其結(jié)構(gòu)及工作原理為：利用廢舊礦車的底盤，加大礦車輪對間距以增強其操作穩(wěn)定性。在底盤上安裝2寸圓豎向鋼管，鋼管上端頭連接可擺動斜杠桿，用于吊裝碴漿泵。在車架上安裝兩組氣缸，用作水平擺動和垂直升降碴漿泵。拉缸上端頭安裝防爆照明燈，與操控碴漿泵聯(lián)動。機械車安裝有氣動控制閥和司機座椅，司機操作氣動閘閥組進行清倉作業(yè)。機械車驅(qū)動裝置為3T氣動馬達，通過輪軸上鏈輪帶動底盤在巷道內(nèi)沿軌道行走。遇沉積結(jié)硬的煤泥時可通過高壓水槍沖刷、稀釋，便于用碴漿泵抽取。壓濾、運送過程同細粒物的碴漿泵清理方式。

4.主水倉的清理

（1）淤泥筒倉。在主水倉口下斜段與平段的交匯處，建造一個直徑3.5m、深2m的圓形沉淀池，用于貯存淤泥。

（2）驅(qū)動動力。在主水倉口外邊安裝一小型液壓站，為液壓絞車提供動力。在主水倉口外邊上部安裝架空液壓絞車，為鋼絲繩里外運行提供動力。在水倉內(nèi)遠處合適位置安裝一架空機尾輪，作為鋼絲繩的回轉(zhuǎn)輪。在主水倉口外操縱手柄，控制液壓絞車的正反轉(zhuǎn)運行。

（3）外耙淤泥。在主水倉的巷道拱頂上方安裝30根橫梁，間距3m。橫梁下方中間段固定工字鋼導軌，導軌上間隔3m安裝繩輪裝置，繩輪纏繞牽引鋼絲繩，鋼絲繩連接拖耙裝置。該裝置在鋼絲繩的牽引下，耙子執(zhí)行落地、耙泥、收起、行程運動等動作，完成主水倉的耙泥任務(wù)。

（4）淤泥外排。在筒倉泥池的上方，吊裝兩臺潛水泵。高位潛水泵用于抽出筒倉的上部清水，低位碴漿泵用于抽出筒倉下部的泥漿。另固定一支引自礦防塵水管高壓槍，對筒倉泥池內(nèi)的結(jié)硬淤泥進行沖刷，經(jīng)碴漿泵抽至主水倉口外攪拌桶內(nèi)。

（5）淤泥壓濾。在水倉外安設(shè)攪拌桶，用于承裝碴漿泵泥漿。桶上方有一支引自供風管路的高壓風槍，對沉積淤泥翻騰攪拌經(jīng)由壓濾機制餅外運。

三、實施效果

1.提升了工作效率

自制的氣動式清理淤泥小車能夠?qū)崿F(xiàn)前后行走、左右擺幅和上下調(diào)高等功能，替代了人力裝罐、絞車上提等作業(yè)，初具“清倉機器人”的功能。將原來的9人清淤作業(yè)減少為1人操控作業(yè)，原30天清倉時間縮短至25天，不僅實現(xiàn)了減人提效的目的，也為“清倉機器人”技術(shù)的實現(xiàn)提供了實踐論證。

2.促進了節(jié)能減排

此技術(shù)按照“分級處置、分級實施”的原則，根據(jù)水倉外沉淀池、副水倉和主水倉等具體特點，采用不同形式的機械化和自動化清淤作業(yè)，具有較強的適應性，改善了勞動環(huán)境。處理完畢后，水、泥干濕分離，降低了地面水處理壓力，促進了節(jié)能減排，推進了綠色礦山建設(shè)。

3.提高了安全系數(shù)

通過實施技術(shù)改革，推進機械化換人、自動化減人，達到了無人則安、少人則安的目的。由于清淤效率的提升，也增加了排水系統(tǒng)的有效容積，提高了安全效率。

四、結(jié)語

傳統(tǒng)的煤礦井下水倉及沉淀池的清淤方法存在效率低、勞動強度大、對環(huán)境影響大等問題。赤峪煤礦針對煤礦井下水倉及沉淀池清淤裝置進行研究，提出一種自動化解決方案，設(shè)計了相匹配的淤泥清理裝置，通過液壓驅(qū)動、自動化控制等技術(shù)的應用，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、快速清淤作業(yè)。同時，該裝置還具有安全可靠、操作簡便、降低成本和勞動強度等優(yōu)點，能夠為其他類似場景的清淤作業(yè)提供參考和借鑒。