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(diǎn)及設(shè)計(jì)使用中的注意事項(xiàng)，提出煤礦可根據(jù)實(shí)際條件，選擇合適的煤泥水處理方法，對(duì)保障煤礦安全生產(chǎn)具有一定的意義。
    關(guān)鍵詞: 煤礦開(kāi)采; 煤泥水處理; 連續(xù)煤泥壓濾; 多級(jí)高頻脫水篩; 沉降過(guò)濾離心機(jī)
    

    0 ·引言
    煤礦采煤工作面涌水主要來(lái)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(dòng)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(shí)排水等。這些水經(jīng)由工作面和回采巷道、運(yùn)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(dòng)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(cāng)中的大量煤泥沉淀后，嚴(yán)重占有水倉(cāng)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(cāng)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(cāng)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(guò)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(diǎn)，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(duì)排水溝的清理次數(shù)。
    2) 防止大量煤泥涌入中央水倉(cāng)，縮短中央水倉(cāng)的清挖周期可確保中央水倉(cāng)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(shí)的排水措施。采用煤泥水直接處理技術(shù)，為突水情況開(kāi)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(cāng)) 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?cái)?shù)量分布，可以根據(jù)工作面長(zhǎng)短布置一個(gè)或幾個(gè)。沉淀池( 采區(qū)水倉(cāng)) 按平流沉淀理論設(shè)計(jì)，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(dòng)速度、或向下沉淀時(shí)間小于水流流出沉淀池的時(shí)間，利用懸浮顆粒與水流分離的原理實(shí)現(xiàn)水的凈化。平流式沉淀池表面形狀一般為長(zhǎng)方形，水流在進(jìn)水區(qū)經(jīng)過(guò)消能和整流進(jìn)入沉淀區(qū)后，緩慢水平流動(dòng)，水中可沉懸浮物逐漸沉向池底，沉淀區(qū)出水溢過(guò)堰口，通過(guò)出水槽排出池外。平流沉淀池( 采區(qū)水倉(cāng)) 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng):
    1) 水倉(cāng)表面積計(jì)算。水倉(cāng)表面積為:
    A = Q/q ( 1)
    式中: A———水倉(cāng)表面積，m2 ;
    Q———流入水倉(cāng)煤泥水流量，m3 /h;
    q———水倉(cāng)表面負(fù)荷，m3 /( m2·h) 。
    式中q 的取值是關(guān)鍵。最好通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(cāng)的外形尺寸。通常水倉(cāng)長(zhǎng)度為20 m ～50 m，寬度≥2． 0 m，長(zhǎng)、寬比應(yīng)視礦井的特殊性而定。深度2 m ～ 3 m，過(guò)深不便于清理。適當(dāng)?shù)纳疃瓤梢栽黾用耗啻媪浚娱L(zhǎng)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(guò)大，應(yīng)加寬水倉(cāng)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(diǎn)是處理水量大、建造投資少，省人省力; 缺點(diǎn)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(shí)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(shí)，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(yùn)。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(cāng)。此法處理后的凈水可以確保中央水倉(cāng)幾乎不需要清理煤泥，大大增加了中央水倉(cāng)的蓄水量和防汛期涌水安全。其好處還可減少中央水倉(cāng)抽水泵的磨損，延長(zhǎng)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(diǎn)。
    1) 緩沖罐容積要足以滿(mǎn)足調(diào)節(jié)壓濾機(jī)不均勻過(guò)流的波動(dòng)量。壓濾脫水的特點(diǎn)是初期流量大，隨著濾餅的形成，過(guò)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(chǔ)存一個(gè)壓濾周期內(nèi)的入水量。
    2) 過(guò)濾濾布目數(shù)要適當(dāng)，根據(jù)對(duì)排入水倉(cāng)水的要求，考慮過(guò)濾流量，選擇適當(dāng)目數(shù)的濾布。實(shí)際上，過(guò)濾主要靠濾餅形成后的濾層過(guò)濾，因此，為減小過(guò)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(guò)低的含水率。壓濾后期，過(guò)濾效率很低，往往降低一點(diǎn)含水率，耗費(fèi)大量的時(shí)間。因此，煤泥水直接處理，只要煤泥達(dá)到可運(yùn)輸?shù)囊?，含水率可以大一些。通常以?jīng)驗(yàn)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(shí)可能壓不成固體煤餅，此時(shí)，應(yīng)加裝粗分機(jī)，先行過(guò)濾粗煤泥，然后再壓濾即可。
    5) 過(guò)濾面積計(jì)算: 可采用含固量平衡法。
    壓濾前: 每小時(shí)流量Q1( m3 /h) 、壓濾前煤泥水含水率a。
    壓濾后: 每小時(shí)干煤泥量Q2( m3 /h) 、壓濾后煤泥含水率b。
    壓濾周期: 每小時(shí)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(guò)濾面積: 可根據(jù)所選濾板和煤餅厚度，計(jì)算過(guò)濾面積。
    設(shè): 濾餅厚度為c，則過(guò)濾面積:
    A = Q2 /( c·t－1 ) ( 3)
    此法對(duì)于高濃度煤泥水處理效率高，處理后的水潔凈度最好; 缺點(diǎn)是處理水量較小，對(duì)于突水不能適應(yīng)，需要開(kāi)通旁路排水道排放突水。
    2． 3 多級(jí)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(guò)大，不便安裝時(shí)，可以考慮采用多級(jí)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(yùn)輸，分離后的水含小顆粒較多，對(duì)排入中央水倉(cāng)的煤泥水要求不高時(shí)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(zhǎng)的壽命，最后一層篩網(wǎng)60 目以下為宜，最高不要超過(guò)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(jí)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(jí)煤泥水打到篩網(wǎng)上，脫水后的煤泥顆?？梢噪S原煤運(yùn)輸，篩下水排入水溝，最終流入中央水倉(cāng)。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(shí)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(jì)算: 篩網(wǎng)面積以最后一層為計(jì)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(cè)定煤泥水的含固率，測(cè)定的含固率設(shè)為a，煤泥水涌出量為Q。則每小時(shí)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(shí)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?？刹殚営嘘P(guān)資料確定。
    多級(jí)高頻脫水篩固液分離法的缺點(diǎn)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(wú)法分離，隨篩下水進(jìn)入水倉(cāng)。另外，也需要開(kāi)通突水排泄通道，以應(yīng)對(duì)突然大量涌水。
    2． 4 沉降過(guò)濾離心機(jī)固液分離法
    采用沉降過(guò)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(dòng)方便等特點(diǎn)。采用該法，對(duì)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(guò)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(guò)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(chē)。
    選用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題:
    1) 設(shè)備產(chǎn)量是按干煤泥量標(biāo)稱(chēng)的，用戶(hù)需要根據(jù)煤泥水的含固量折算出每小時(shí)干煤泥量，留出1． 2至1． 5 倍的余量，確定設(shè)備型號(hào)。
    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(jì)的，故網(wǎng)下過(guò)濾水不應(yīng)排入中央水倉(cāng)。
    3) 過(guò)濾網(wǎng)不宜過(guò)于細(xì)密，對(duì)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(huì)影響凈水質(zhì)量。
    4) 生產(chǎn)能力按螺旋排料能力計(jì)算，計(jì)算螺旋沉降離心機(jī)時(shí)，應(yīng)先對(duì)煤泥水進(jìn)行取樣試驗(yàn)，再參考產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)確定。
    
    沉降過(guò)濾式離心機(jī)的缺點(diǎn)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(jià)高，這是目前還沒(méi)有大量使用的根本原因。另外，也需要開(kāi)通突水排泄通道，以應(yīng)對(duì)突然大量涌水。
    

    3· 結(jié)語(yǔ)
    以上介紹了四種工作面采區(qū)煤泥水的現(xiàn)場(chǎng)處理方法及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，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(diǎn)同時(shí)采用。比如，平流沉淀池( 采區(qū)水倉(cāng)) 加連續(xù)煤泥壓濾機(jī)清理沉淀池，或多級(jí)高頻脫水篩加連續(xù)煤泥壓濾機(jī)，對(duì)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(yùn)用，設(shè)計(jì)出符合礦井自身?xiàng)l件、有效的采區(qū)煤泥水處理方法。