introductory

近年來(lái)，煤礦礦井水突出引起的井下煤泥水大量增加成為了影響礦井安全生產(chǎn)的新難題.焦作區(qū)九里山礦、神東礦區(qū)榆家梁礦、兗礦集團(tuán)濟(jì)寧三號(hào)煤礦等礦井采掘’r作區(qū)先后出現(xiàn)過(guò)礦井水大量涌出的現(xiàn)象 ?].礦井水大量涌出，使原煤含水量大幅度提高，煤泥水處理造驟然增大，嚴(yán)重惡化了井下原煤的運(yùn)輸提升工況.但是，目前對(duì)涌出的礦井水的處理與利用往往局限于將礦井水提升至地面進(jìn)行處理后，部分在地面利用，部分再返回到井下利用。運(yùn)行結(jié)果表明，其基建費(fèi)用和經(jīng)常費(fèi)用較大，并且不可避免地造成二次污染”。，同時(shí)也大大增加了地面選煤廠煤泥水處理環(huán)節(jié)的壓力.針對(duì)這種狀況。筆者試圖通過(guò)對(duì)礦集團(tuán)公司濟(jì)三煤礦井下煤泥水處理的成功經(jīng)驗(yàn)的論述為解決這一難題提供一種借鑒方法.兗礦集團(tuán)濟(jì)寧三號(hào)煤礦是我國(guó)第一座設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力500萬(wàn)t的現(xiàn)代化特大型礦井，也是目前全國(guó)立井開拓生產(chǎn)能力最大、裝備最先進(jìn)的礦井之一，但該礦從投產(chǎn)之日起就多次受到水煤的困擾，井下主運(yùn)輸皮帶經(jīng)常被水煤壓死，嚴(yán)重影響了礦井的安全高效生產(chǎn).為從源頭上解決水煤?jiǎn)栴}，礦方邀請(qǐng)我校礦物加工學(xué)科科研人員共同組成技術(shù)攻關(guān)組，從開始實(shí)施了井下煤水分離系統(tǒng)的開發(fā)研究.該工藝借鑒了選煤廠成熟的選后產(chǎn)品脫水工藝，結(jié)合井下實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了水煤振動(dòng)篩分脫水和壓濾脫水的聯(lián)合工藝，提出了在井下安裝隔膜壓濾機(jī)用于毛煤脫水后煤泥水處理的技術(shù)方案，并使用XSKG型隔膜壓濾機(jī)成功地進(jìn)行了井下煤泥水處理的工業(yè)性試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)此工藝處理的原煤煤泥水分大幅度降低，從而在原煤輸送、提升、倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中，基本上杜絕了由水煤水分偏高引起的壓死主運(yùn)輸皮帶等生產(chǎn)事故，有效提高了礦井的提升能力，并促進(jìn)了礦井水的合理循環(huán)使用.隔膜壓濾機(jī)在井下進(jìn)行煤泥脫水的成功實(shí)現(xiàn)，有效地解除了水煤對(duì)濟(jì)寧三號(hào)煤礦礦井安全高效生產(chǎn)的威脅。

1技術(shù)方案

1.1井下煤泥脫水的技術(shù)要求·由于井下的工作環(huán)境遠(yuǎn)比地面惡劣，煤泥水處理設(shè)備必須達(dá)到井下使用要求.因此制定井下煤泥脫水的技術(shù)方案時(shí)要綜合考慮各種影響因素，既要能適合井下的使用條件，又必須有相對(duì)獨(dú)立的操作空間；既要滿足礦井連續(xù)生產(chǎn)的需要，不能影響礦井的正常提升，又要盡可能縮短系統(tǒng)單程循環(huán)時(shí)間，提高礦井生產(chǎn)效率。

1.2井下煤泥水處理工藝煤泥水的來(lái)源主要是井下6304皮帶機(jī)機(jī)頭煤水分離脫水篩的篩下水.篩下水水量較大，根據(jù)礦方記錄，通常為179.13t/h，其中含有大量的煤泥，約為25.04t/h.若不對(duì)這部分篩下水中所含的煤泥進(jìn)行脫水回收作業(yè)，則在礦井出水煤的情況下，每天將有600t細(xì)煤泥流入水倉(cāng)，勢(shì)必導(dǎo)致水倉(cāng)有效容量急劇減小從而影響礦井安全生產(chǎn).同時(shí)由于脫水篩篩下水的液固比高達(dá)6.15，不宜直接采用脫水設(shè)備，而應(yīng)先進(jìn)行濃縮澄清作業(yè)將稀薄煤泥水中的懸浮顆粒沉下，使之成為符合脫水設(shè)備濃度要求的礦漿后再進(jìn)行脫水作業(yè).角錐沉淀池人料粒度一般為0～1mm，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)角錐沉淀池人料的固體質(zhì)量濃度為150g/L時(shí)，要求分級(jí)粒度為0.3mm對(duì)應(yīng)的處理煤泥水單位負(fù)荷不應(yīng)超過(guò)9.5m3/m2h.本方案脫水篩篩下水水量為154.09t/h，煤泥量為25.04t/h，取煤泥的密度為1.5g/cm3，換算成固體含量為146.70g/L，而沉淀池的實(shí)際單位負(fù)荷為0.9m3/m2.h,分級(jí)粒度同沉淀面積之間存在著二次方的相關(guān)關(guān)系，因此此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)的分級(jí)粒度當(dāng)在0.1mm以下(即沉淀池溢流水中最大固體顆粒的粒度為0.1mm)，添加藥劑后還可進(jìn)一步有效降低溢流水中的含固量，完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求，在充分論證的基礎(chǔ)上，確定了井下煤泥水處理的基本工藝：將篩下煤泥水引入井下煤泥沉淀池，其底流采用扒裝機(jī)收集沉淀下來(lái)的煤泥，然后用渣漿泵將其打入脫水設(shè)備進(jìn)行煤泥脫水處理，脫出的清水和沉淀池的溢流一起做為循環(huán)水重復(fù)利用，得到的脫水后的煤泥通過(guò)刮板輸送機(jī)進(jìn)人119主運(yùn)輸皮帶，然后進(jìn)入提升系統(tǒng)。

1.3隔膜壓濾機(jī)方案的優(yōu)勢(shì)

煤泥脫水有離心脫水、篩分脫水、壓濾脫水等幾種方式.經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比論證，最終選擇了采用隔膜壓濾機(jī)對(duì)篩下煤泥水進(jìn)行脫水.壓濾機(jī)被稱為選煤廠洗水閉路循環(huán)的把關(guān)設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，適應(yīng)性強(qiáng)、過(guò)濾強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，可使煤水得到較為徹底的分離，濾餅水分低(質(zhì)量分?jǐn)?shù)均20％～24％)，濾液清澈明凈(含固量一般小于o.1g/L).使用壓濾機(jī)脫水有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)在地面選煤廠的洗選加工過(guò)程中，作為商品煤水分的把關(guān)設(shè)備，壓濾機(jī)被廣泛應(yīng)用于煤泥脫水，有著成熟的解決方案.

(2)壓濾機(jī)的維修量很小，基本不用專門維護(hù)，有利于實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷作業(yè)，可以滿足礦井連續(xù)生產(chǎn)的要求.(3)隔膜壓濾機(jī)成料、卸料迅速，單程循環(huán)時(shí)間短，有利于配合礦井的快速提升的要求.

(4)和離心脫水和篩分脫水等工藝相比，隔膜壓濾機(jī)具有產(chǎn)量大，動(dòng)力消耗低的優(yōu)點(diǎn).另外，和普通箱式壓濾機(jī)相比，隔膜壓濾機(jī)還有以下特點(diǎn)：

(1)采用多端El進(jìn)料，進(jìn)料速度快，布料均勻，成餅效果好。

(2)采用主、從多缸同步壓緊和控制技術(shù)，濾板受力均勻合理，邊緣密封性好，當(dāng)高壓、大流量、快速進(jìn)漿時(shí)不噴料.

(3)采用獨(dú)特的液壓驅(qū)動(dòng)、分組開合、圓環(huán)鏈拉開濾板組及濾布錯(cuò)動(dòng)卸料機(jī)構(gòu)，一次可以拉開多塊濾板，實(shí)現(xiàn)了快速卸料.

(4)采用了濾液流量檢測(cè)裝置，濾室充盈良好，實(shí)現(xiàn)了壓濾系統(tǒng)液、氣、機(jī)運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)化.

(5)濾板采用雙面隔膜壓榨脫水工藝，強(qiáng)化壓榨脫水功能，生成的濾餅水分低。

(6)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用無(wú)中間支腿大梁，徹底解決濾餅、濾液二次污染問(wèn)題.

1.4井下使用面臨的難題

使用壓濾機(jī)進(jìn)行煤泥脫水，在地面上有著成熟的生產(chǎn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，從生產(chǎn)操作角度考慮沒(méi)有難度。但在井下的應(yīng)用還沒(méi)有公認(rèn)的成熟的技術(shù)途徑.礦方和河南理工大學(xué)的技術(shù)人員經(jīng)過(guò)多次探討，認(rèn)為壓濾機(jī)下井面臨著以下幾個(gè)難題：

(1)經(jīng)過(guò)計(jì)算，壓濾機(jī)的過(guò)濾面積多達(dá)500m2，目前國(guó)內(nèi)公開發(fā)表的出版物中，還沒(méi)有過(guò)濾面積超過(guò)500m2的壓濾機(jī)的報(bào)道.由于其機(jī)體龐大，而立井井筒和井下巷道空間相對(duì)狹窄，使得如何把壓濾機(jī)運(yùn)輸?shù)骄逻M(jìn)行安裝成為了必須克服的難題.

(2)由于井下存在瓦斯高等特殊的環(huán)境限制，對(duì)設(shè)備適用性有著比較高的要求.

(3)煤泥水的處理必須經(jīng)過(guò)煤泥沉淀池濃縮澄清，其底流達(dá)到一定的濃度才能通過(guò)渣漿泵打入隔膜壓濾機(jī)中進(jìn)行脫水處理.因此不僅隔膜壓濾機(jī)和配套系統(tǒng)要有足夠的空間，還要修建煤泥沉淀池.足夠的操作空間的要求和井下作業(yè)空間狹窄的矛盾十分突出.

1.5解決方案

1.5.1壓濾空間的布置

經(jīng)過(guò)充分的論證準(zhǔn)備，礦方調(diào)動(dòng)技術(shù)力量，在主皮帶機(jī)尾開拓了出了壓濾機(jī)的安裝空間，并選擇了一條廢棄巷道并進(jìn)行了拓寬，而后將其兩頭封住形成沉淀池.煤泥水由一端入料，另一端溢流，類似于選煤廠中的角錐沉淀池.為便于沉淀物的排放和抽取，沉淀池底部從兩側(cè)到中部以及入料端到溢流端均有一定的坡度，并采取了嚴(yán)格的支護(hù)、加固、防滲等措施，確保煤泥水沉淀池經(jīng)得起長(zhǎng)期浸泡使用.

1.5.2防爆性能設(shè)計(jì)

為了符合井下的機(jī)械設(shè)備使用條件，根據(jù)礦方的要求，進(jìn)行了專門的壓濾機(jī)的整機(jī)防爆設(shè)計(jì).經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的出廠測(cè)試，壓濾機(jī)機(jī)體和其配套設(shè)備要包括其動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的防爆性能都達(dá)到了井下設(shè)備的使用要求。

1.5.3壓濾機(jī)的運(yùn)輸安裝

隔膜壓濾機(jī)機(jī)體和配套系統(tǒng)陸續(xù)運(yùn)輸?shù)綕?jì)三礦.由于體積太大，為了順利實(shí)現(xiàn)其運(yùn)輸安裝，雙方技術(shù)人員討論決定把主梁切割開分成了2段運(yùn)輸，并將濾板、濾布、電機(jī)等配件和配套的液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)也拆分運(yùn)輸?shù)骄?運(yùn)到工作地點(diǎn)后，將主梁進(jìn)行焊接并加固，再將各配件分別安裝.這樣就徹底解決了機(jī)體運(yùn)輸安裝的難題.由于地面使用的壓濾機(jī)更換濾板、濾布非常方便，而井下受空間限制，更換濾板、濾布比較困難，所以濾板和濾布的材質(zhì)比井上要求更高，所有板、濾布材質(zhì)都是德國(guó)進(jìn)口原料，質(zhì)量非常過(guò)硬，更換頻率大大降低.2008年5月底壓濾機(jī)安裝、調(diào)試完畢，設(shè)備各部分運(yùn)行正常.

1.6設(shè)備選型

1.6.1壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)參數(shù)壓濾機(jī)的生產(chǎn)廠家選擇的是萊蕪高科礦冶機(jī)械制造有限公司，他們有著壓濾機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的成熟經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)能力.根據(jù)要求，他們?cè)O(shè)計(jì)制造了500m2的XSKG型隔膜壓濾機(jī)。

1.6.2壓濾機(jī)的工作原理壓濾機(jī)是在一定壓力下進(jìn)行工作的設(shè)備，依靠在入料泵推動(dòng)下所形成的流體靜壓力在過(guò)濾介質(zhì)兩側(cè)形成壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)物料的固液分離.壓濾機(jī)開始工作時(shí)，在油缸的作用下，活塞桿伸出將所有濾板沿主梁導(dǎo)軌面壓緊在壓緊板和止推板之間，并提供一定的密封壓力，使相鄰的濾板之間形成一個(gè)個(gè)濾室，濾室的中心有一個(gè)圓形入料通道.待過(guò)濾的料漿通過(guò)人料泵的推動(dòng)作用，從止推板中心的入料孔進(jìn)入各個(gè)濾室，并依靠物料的重力作用進(jìn)行脫水.當(dāng)料漿充滿所有濾室后，隨著人料泵的繼續(xù)給料，濾室內(nèi)的壓力逐漸增大，料漿借助此壓力在濾布(過(guò)濾介質(zhì))的兩側(cè)形成壓力差，固體顆粒由于濾布的阻擋被截留在濾室中，濾液則通過(guò)毛細(xì)作用穿過(guò)濾布并通過(guò)濾板上的出水孔排出機(jī)外，從而實(shí)現(xiàn)了待過(guò)濾料漿的固液分離.經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，濾液流出量明顯減少，甚至不再流出，說(shuō)明濾室已被固體顆粒充滿，需要卸除濾餅，有時(shí)要在卸除濾餅后對(duì)濾布進(jìn)行清洗，然后再轉(zhuǎn)入下一工作循環(huán).至此，整個(gè)過(guò)濾過(guò)程完成。

2工業(yè)性試驗(yàn)

整機(jī)投入正常使用.經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的運(yùn)行試驗(yàn)，總結(jié)出了壓濾機(jī)運(yùn)行的主要影響因素.通過(guò)檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果顯示此隔膜壓濾機(jī)的使用完全達(dá)到了設(shè)計(jì)目的.

2.1影響因素影響壓濾機(jī)使用效果的主要因素有料漿質(zhì)量濃度、物料的粒度組成、物料粘度、入料壓力、入料流量等，這些因素的變化可對(duì)過(guò)濾的循環(huán)時(shí)間、濾餅水分以及單位時(shí)間的處理量造成影響.

(1)料漿質(zhì)量濃度.提高料漿濃度，可以縮短過(guò)濾循環(huán)的時(shí)間，提高設(shè)備的處理量.正常情況下，入料質(zhì)量濃度為400～500g/L，最佳人料質(zhì)量濃度為600g/L，一般不應(yīng)低于300g/L.

(2)物料粒度.物料粒度組成是一個(gè)客觀因素，主要與上工序有關(guān).壓濾機(jī)推薦物料粒度為0～0.5mm，其中一200網(wǎng)目級(jí)別體積分?jǐn)?shù)的多少直接影響壓濾機(jī)的過(guò)濾效果.隨著一200網(wǎng)目級(jí)別體積分?jǐn)?shù)的增加，壓濾機(jī)的處理能力降低，濾餅水分升高.物料粒度增大，脫水效果好，處理量提高，濾餅水分低.但粒度過(guò)大時(shí)，物料沉降速度快，流動(dòng)性差，容易造成中心人料孔堵塞，濾餅松散，水分增高，卸料困難.

(3)物料粘度.物料的粘度和可壓縮性是影響過(guò)濾效果的直接因素.物料粘度低，所含顆粒物質(zhì)為不可壓縮時(shí)，過(guò)濾效果好.當(dāng)物料粘度增大或所含顆粒為可壓縮時(shí)，過(guò)濾阻力將增大，濾餅透水性降低，此時(shí)需增大入料壓力，延長(zhǎng)過(guò)濾時(shí)間，而且會(huì)導(dǎo)致濾餅水分升高，處理能力下降.

(4)入料壓力.入料壓力是過(guò)濾過(guò)程的主要推動(dòng)力.入料壓力越高，過(guò)濾所需時(shí)間越短，濾餅水分低，處理量大.但入料壓力越高，動(dòng)力消耗越大，同時(shí)設(shè)備磨損加快.此項(xiàng)目中壓濾機(jī)的入料壓力為0.6MPa以下.

(5)入料流量.入料流量對(duì)壓濾機(jī)的脫水時(shí)間有一定的影響.入料流量大，料漿能盡快充滿各濾室并建立起過(guò)濾壓力差，相對(duì)縮短了過(guò)濾時(shí)間.壓濾機(jī)的人料流量和壓力一般應(yīng)隨著壓力的不斷升高，流量逐漸減少，入料初期應(yīng)有較大的流量，較小的壓力.此壓濾機(jī)的入料流量為80—120m3/h.2.2工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)論經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)循環(huán)時(shí)間在質(zhì)量濃度小于400g/L，單循環(huán)處理量為為5m3，單循環(huán)時(shí)間為20min.單循環(huán)時(shí)間短，每天運(yùn)行20h，1d處理量最少可達(dá)300m3.

(2)單循環(huán)時(shí)間受入料質(zhì)量濃度影響，入料質(zhì)量濃度在小于300g/L時(shí)，循環(huán)時(shí)間不足40min，濾餅水分在20％左右.人料質(zhì)量濃度越高、壓榨風(fēng)壓越高，循環(huán)時(shí)間就越短、濾餅水分也越低.入料質(zhì)量濃度在500g/L以上時(shí)，循環(huán)時(shí)間在15rain以下，濾餅水分在19％左右.

(3)濾餅水分受壓榨風(fēng)壓影響，壓榨風(fēng)壓在4.5kg以上時(shí)，濾餅水分一般為18％～20％，壓榨風(fēng)壓在4.1kg左右時(shí)。濾餅水分一般為22％～24％.濾餅水分可通過(guò)增加壓榨時(shí)間和調(diào)整壓榨風(fēng)壓來(lái)調(diào)整，濾餅水分還有降低的空間.

(4)沉淀池的煤泥水經(jīng)過(guò)隔膜壓濾機(jī)壓濾后的煤餅全水是19.7％，壓濾機(jī)過(guò)濾水濾液濁度8.1，懸浮物17mm-g/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的礦井水中懸浮物不得超過(guò)100mg/L的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).

concluding remarks

目前國(guó)內(nèi)許多礦區(qū)如大同礦區(qū)、焦作礦區(qū)、神華礦區(qū)都不同程度地受到水煤?jiǎn)栴}的困擾，XSKG型隔膜壓濾機(jī)在濟(jì)寧三號(hào)煤礦井下煤泥水處理中的成功應(yīng)用，對(duì)于國(guó)內(nèi)受到類似問(wèn)題困擾的礦井開展井下煤泥水處理具有示范意義.

(1)XSKG型隔膜壓濾機(jī)的使用，使得脫水篩篩下煤泥水分大幅度降低，由水煤運(yùn)輸引起的主運(yùn)輸皮帶頻繁打滑、皮帶機(jī)尾被水煤壓死等影響安全生產(chǎn)的威脅基本上消除.

(2)由于煤中大量水被分離出來(lái)，礦井提升的壓力至少減輕了6％～8％，顯著提高了礦井的生產(chǎn)效率；由于毛煤經(jīng)過(guò)了井下煤水分離，后續(xù)的地面選煤廠的洗選壓力也得到了一定程度的緩解，相應(yīng)地也提高了選煤廠的洗選效率.

(3)經(jīng)過(guò)壓濾機(jī)處理的煤泥水的濾液達(dá)到了國(guó)家礦井水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可以循環(huán)使用，從而省去了大量復(fù)雜的礦井水抽提、排放、處理等工序.

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