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煤礦采區(qū)煤泥水處理技術(shù)探討

時間:2015年12月22日 信息來源:湘智離心機(jī) 字體: 打印此頁

 煤礦采區(qū)煤泥水處理技術(shù)探討
                   史萬明,張秀林,鄧守永,楊園園,王衛(wèi)波,王海
                    ( 徐州天科機(jī)械制造有限公司,江蘇徐州221008)


    摘要:介紹了煤礦工作面采區(qū)煤泥水的幾種處理技術(shù),介紹這幾種技術(shù)處理方法的使用條件、優(yōu)缺點及設(shè)計使用中的注意事項,提出煤礦可根據(jù)實際條件,選擇合適的煤泥水處理方法,對保障煤礦安全生產(chǎn)具有一定的意義。
    關(guān)鍵詞: 煤礦開采; 煤泥水處理; 連續(xù)煤泥壓濾; 多級高頻脫水篩; 沉降過濾離心機(jī)
    

    0 ·引言
    煤礦采煤工作面涌水主要來源于采區(qū)內(nèi)自然涌水和采煤工作用水后的廢水排泄。自然涌水量,指采區(qū)內(nèi)地層涌水、滲漏水; 廢水,指防塵、降塵水、動力冷卻水、管路漏水、沖洗水、其他排水等。采區(qū)內(nèi)自然涌水量較均勻,而人為排泄廢水量則隨機(jī)性較大,特別是局部定時排水等。這些水經(jīng)由工作面和回采巷道、運輸通道等,被拋灑在底板上的煤、沙粒隨水流一同排往低處,形成了采區(qū)煤泥水。煤泥水中的固體顆粒度大致在0 ~ 35 mm 之間。而0. 5 ~10 mm 之間的顆粒,流動距離遠(yuǎn),這些含顆粒的煤泥水集中在采區(qū)上下山斜巷水溝中,由于流速較高,是不沉淀的。而進(jìn)入采區(qū)下部平巷,其水流減速后,則很快就沉淀,淤塞水溝、影響排水。進(jìn)入中央水倉中的大量煤泥沉淀后,嚴(yán)重占有水倉的有效容積,造成礦井抗災(zāi)能力不足,威協(xié)安全生產(chǎn)。煤泥水在進(jìn)入中央水倉之前,在采區(qū)進(jìn)行處理,即可防止煤泥淤積排水溝,又可以提高進(jìn)入中央水倉的煤泥水的潔凈度,提高用水安全,提高防水抗災(zāi)能力。本文通過分析目前礦井生產(chǎn)中常用的幾種處理采區(qū)煤泥水的基本技術(shù),并比較其各自的優(yōu)缺點,以便為煤礦選擇適當(dāng)?shù)牟蓞^(qū)煤泥水處理方法提供參考。
    

    1 ·采區(qū)煤泥水處理的基本要求
    1) 將≥0. 5 mm 的顆粒從煤泥水中分離,確保通暢、不淤積,可有效減少對排水溝的清理次數(shù)。
    2) 防止大量煤泥涌入中央水倉,縮短中央水倉的清挖周期可確保中央水倉的蓄水容積,提高防災(zāi)抗災(zāi)能力。
    3) 確保采區(qū)的排水安全。采區(qū)煤泥水處理除必要的排水設(shè)施之外,還必須考慮突水時的排水措施。采用煤泥水直接處理技術(shù),為突水情況開通分流排水通道。
    

    2 ·采區(qū)煤泥水處理幾種基本技術(shù)
    2. 1 平流沉淀法
    水量較大的工作面,宜采用平流沉淀池( 采區(qū)水倉) 沉淀煤泥,然后再采用人工或機(jī)械化方法清理沉淀池。沉淀池數(shù)量分布,可以根據(jù)工作面長短布置一個或幾個。沉淀池( 采區(qū)水倉) 按平流沉淀理論設(shè)計,原理是利用水流中懸浮雜質(zhì)顆粒向下沉淀速度大于水流向前流動速度、或向下沉淀時間小于水流流出沉淀池的時間,利用懸浮顆粒與水流分離的原理實現(xiàn)水的凈化。平流式沉淀池表面形狀一般為長方形,水流在進(jìn)水區(qū)經(jīng)過消能和整流進(jìn)入沉淀區(qū)后,緩慢水平流動,水中可沉懸浮物逐漸沉向池底,沉淀區(qū)出水溢過堰口,通過出水槽排出池外。平流沉淀池( 采區(qū)水倉) 設(shè)計注意事項:
    1) 水倉表面積計算。水倉表面積為:
    A = Q/q ( 1)
    式中: A———水倉表面積,m2 ;
    Q———流入水倉煤泥水流量,m3 /h;
    q———水倉表面負(fù)荷,m3 /( m2·h) 。
    式中q 的取值是關(guān)鍵。最好通過實驗確定礦井煤泥的負(fù)荷值。通常取值在1. 0 ~ 3. 0 m3 /( m2·h)之間,沉淀速度快的煤泥可以取值大一些。
    2) 水倉的外形尺寸。通常水倉長度為20 m ~50 m,寬度≥2. 0 m,長、寬比應(yīng)視礦井的特殊性而定。深度2 m ~ 3 m,過深不便于清理。適當(dāng)?shù)纳疃瓤梢栽黾用耗啻媪?,延長清挖周期。水流速度應(yīng)在10 mm/s ~ 50 mm/s 之間。如水流速度過大,應(yīng)加寬水倉寬度和深度。
    3) 輔助設(shè)施。輔助設(shè)施不能少,如進(jìn)水緩沖擋板,入口水整流板,可令入水分布均勻,有利于快速沉淀。出水整流措施通常為溢流式集水槽,出水堰可用三角堰、孔眼等形式,普遍采用的是直角鋸齒形三角堰。
    平流沉淀法的優(yōu)點是處理水量大、建造投資少,省人省力; 缺點是,沉淀效果取決于煤泥性質(zhì)和沉淀池容積以及是否及時清挖,另外,沉淀池占地面積大,清挖困難。
    2. 2 連續(xù)壓濾固液分離法
    當(dāng)采區(qū)工作面煤泥水排水量較小,涌水量均勻,通?!?00 m3 /h 時,可考慮用連續(xù)煤泥壓濾機(jī)直接固液分離,獲得較清澈的分離水,而煤泥壓干后直接裝運。由于壓濾機(jī)濾布可由60 ~ 400 目選用,因此此法煤泥脫水后,處理水幾乎可以達(dá)到凈水要求,煤泥全部收集,凈水流入中央水倉。此法處理后的凈水可以確保中央水倉幾乎不需要清理煤泥,大大增加了中央水倉的蓄水量和防汛期涌水安全。其好處還可減少中央水倉抽水泵的磨損,延長維修周期,提高大型水泵壽命。
    連續(xù)煤泥壓濾機(jī)直接處理煤泥水,應(yīng)注意以下幾點。
    1) 緩沖罐容積要足以滿足調(diào)節(jié)壓濾機(jī)不均勻過流的波動量。壓濾脫水的特點是初期流量大,隨著濾餅的形成,過濾阻力增加,流量逐漸減小,直到濾餅形成,流量達(dá)最小值。因此,緩沖罐容量應(yīng)可儲存一個壓濾周期內(nèi)的入水量。
    2) 過濾濾布目數(shù)要適當(dāng),根據(jù)對排入水倉水的要求,考慮過濾流量,選擇適當(dāng)目數(shù)的濾布。實際上,過濾主要靠濾餅形成后的濾層過濾,因此,為減小過濾阻力,不宜采用大目數(shù)濾布。建議濾布目數(shù)在60 ~ 120 目之間,濾布采用單雙絲濾布,不沾泥,分離性好。
    3) 煤泥餅含水率要適當(dāng),不宜要求過低的含水率。壓濾后期,過濾效率很低,往往降低一點含水率,耗費大量的時間。因此,煤泥水直接處理,只要煤泥達(dá)到可運輸?shù)囊?,含水率可以大一些。通常以?jīng)驗判斷,手攥一把可成團(tuán)、不出水即可。
    4) 大顆粒較多的煤泥水,壓濾脫水時可能壓不成固體煤餅,此時,應(yīng)加裝粗分機(jī),先行過濾粗煤泥,然后再壓濾即可。
    5) 過濾面積計算: 可采用含固量平衡法。
    壓濾前: 每小時流量Q1( m3 /h) 、壓濾前煤泥水含水率a。
    壓濾后: 每小時干煤泥量Q2( m3 /h) 、壓濾后煤泥含水率b。
    壓濾周期: 每小時壓濾次數(shù)t。
    含固量平衡法: Q1 × ( 1 - a) = Q2 × ( 1 - b) ,得出:
    Q2 = Q1 × ( 1 - a) /( 1 - b) ( 2)
    過濾面積: 可根據(jù)所選濾板和煤餅厚度,計算過濾面積。
    設(shè): 濾餅厚度為c,則過濾面積:
    A = Q2 /( c·t-1 ) ( 3)
    此法對于高濃度煤泥水處理效率高,處理后的水潔凈度最好; 缺點是處理水量較小,對于突水不能適應(yīng),需要開通旁路排水道排放突水。
    2. 3 多級高頻脫水篩固液分離法
    如果水量較大,采用直接壓濾,設(shè)備尺寸過大,不便安裝時,可以考慮采用多級高頻脫水篩處理煤泥水。此法亦屬于煤泥水直接處理法,其使用條件是設(shè)備安裝需有一定空間,分離煤泥便于運輸,分離后的水含小顆粒較多,對排入中央水倉的煤泥水要求不高時可以采用。
    高頻脫水篩脫水,受到編織網(wǎng)限制,還要考慮較長的壽命,最后一層篩網(wǎng)60 目以下為宜,最高不要超過120 目,否則容易堵網(wǎng),且編制網(wǎng)絲較細(xì),使用壽命較短。
    采用多級高頻脫水篩固液分離方法處理煤泥水,應(yīng)配備緩沖池,由泥漿泵將初級煤泥水打到篩網(wǎng)上,脫水后的煤泥顆??梢噪S原煤運輸,篩下水排入水溝,最終流入中央水倉。應(yīng)該注意的是,由于采區(qū)水煤泥顆粒不均勻,有大有小,應(yīng)使用大孔篩網(wǎng)把大顆粒擋在池外,防止入池后堵塞泥漿泵,同時此網(wǎng)還可以將雜物擋在池外,防止緾泵。
    多層脫水篩篩網(wǎng)面積計算: 篩網(wǎng)面積以最后一層為計算基準(zhǔn),其他層參考此面積,可適當(dāng)縮小。通常多層脫水篩不大于三層,看物料情況,如果大塊較少,雙層篩網(wǎng)即可。
    首先應(yīng)測定煤泥水的含固率,測定的含固率設(shè)為a,煤泥水涌出量為Q。則每小時煤泥水的含固量為:
    T = a × Q/h ( 4)
    篩子處理量為: T = q × F
    則有:
    F = T /q ( 5)
    式中: F———篩面面積/m2 ;
    q———單位篩面面積的小時處理能力,t /( m2· h) 。
    q 值不同目數(shù)的篩網(wǎng)數(shù)值不同,不同性質(zhì)的物料數(shù)值也不同。可查閱有關(guān)資料確定。
    多級高頻脫水篩固液分離法的缺點是處理后的煤泥水含細(xì)顆粒多,小于篩網(wǎng)孔徑的煤泥顆粒大部分無法分離,隨篩下水進(jìn)入水倉。另外,也需要開通突水排泄通道,以應(yīng)對突然大量涌水。
    2. 4 沉降過濾離心機(jī)固液分離法
    采用沉降過濾離心機(jī)處理采區(qū)煤泥水,亦屬于直接處理法之一種。該法處理煤泥水,有效率高、占地少,脫水連續(xù),安裝移動方便等特點。采用該法,對煤泥水的性質(zhì)有一定要求,如煤泥親水性好,粘度高,顆粒直徑過小,與水的比重差小于6% 等等,都不宜采用離心沉降脫水法。其使用亦須要安裝緩沖罐、輸送泵,將煤泥水從緩沖罐泵到沉降過濾離心機(jī),完成固液分離,獲得潔凈的分離水。煤泥渣排出后裝車。
    選用時應(yīng)注意的問題:
    1) 設(shè)備產(chǎn)量是按干煤泥量標(biāo)稱的,用戶需要根據(jù)煤泥水的含固量折算出每小時干煤泥量,留出1. 2至1. 5 倍的余量,確定設(shè)備型號。
    2) 沉降離心機(jī)的濾網(wǎng)是為降低沉降后的煤泥水分而設(shè)計的,故網(wǎng)下過濾水不應(yīng)排入中央水倉。
    3) 過濾網(wǎng)不宜過于細(xì)密,對于采區(qū)煤泥水,濾網(wǎng)網(wǎng)孔最好0. 5 mm 以上,可使脫水更快,效率更高,不會影響凈水質(zhì)量。
    4) 生產(chǎn)能力按螺旋排料能力計算,計算螺旋沉降離心機(jī)時,應(yīng)先對煤泥水進(jìn)行取樣試驗,再參考產(chǎn)品說明書確定。
    煤礦采區(qū)煤泥水處理技術(shù)探討
    沉降過濾式離心機(jī)的缺點是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難、檢修維護(hù)成本高、功率消耗大、造價高,這是目前還沒有大量使用的根本原因。另外,也需要開通突水排泄通道,以應(yīng)對突然大量涌水。
    

    3· 結(jié)語
    以上介紹了四種工作面采區(qū)煤泥水的現(xiàn)場處理方法及各自的優(yōu)缺點,分析了各方法的使用條件,煤礦可根據(jù)自身自然條件和經(jīng)濟(jì)能力,選擇其中一種。也可綜合兩種方法的優(yōu)點同時采用。比如,平流沉淀池( 采區(qū)水倉) 加連續(xù)煤泥壓濾機(jī)清理沉淀池,或多級高頻脫水篩加連續(xù)煤泥壓濾機(jī),對篩下水再壓濾處理,獲得高潔凈度的分離水??傊旱V可以根據(jù)排水技術(shù)的基本原理靈活運用,設(shè)計出符合礦井自身條件、有效的采區(qū)煤泥水處理方法。



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