煤水分离技术在桑树坪煤矿的研究及应用

文/刘小虎 田崔海 刘 冰

韩城矿业公司桑树坪煤矿属双突矿井，消突、抽采瓦斯主要采取底板巷穿层钻孔、水力冲孔、预抽瓦斯等措施。4322底板巷、3317抽放瓦斯底板巷在打钻过程中，产生大量煤水并流到轨道巷，不仅导致作业环境脏乱差，严重影响打钻进度和生产接续，而且存在一定的安全隐患。为此，桑树坪煤矿进行专题攻关，探索新方法新途径，有针对性地设计了一套煤水分离系统，将钻孔施工过程中产生的煤和水分离，有效提升了工作效率，保证了安全高效生产。

一、煤水分离系统设计方案及特点

煤水分离系统借鉴选煤厂成熟的产品脱水工艺，采用“振动筛分+浓缩沉淀+压滤回收”的联合脱水工艺，煤通过带式输送系统运出，水流入水仓通过水泵排到地面，保证了采煤工作面大量涌水时生产、运输及仓储的安全。该工艺方案自成系统，能较好地适应井下生产情况变化，各项技术指标先进，既能最大限度地回收煤炭资源，又避免了煤泥对下游工序的影响。

1.煤水分离系统设计方案

（1）系统设计要求。采煤工作面涌水进入煤流中形成“水煤”，不仅直接影响到原煤运输、提升作业的连续性，还会带来严重的稀煤溃仓、胶带打滑和淤煤等安全问题。针对桑树坪煤矿的生产实际，新设计的系统要能处理6台钻机同时工作时产生的煤泥水量，处理后的干煤泥能够落入皮带运走，清水循环再用或排入水沟，达到煤水分离效果，保证水沟畅通，降低工人劳动强度，提高工作效率，改善轨道巷环境；同时，根据矿井现有条件，满足设备运输安装尺寸要求。

（2）系统组成及运行。基于上述要求，项目组开发的煤水分离系统包括煤砾泵、一级煤泥水预分离装置、二级粗煤泥除渣装置、三级煤泥水滤榨装置，各装置实现有效结合。设备启动顺序为：粗煤泥除渣装置→专用煤砾泵（远程输送泵）→煤泥水滤榨装置。系统停机顺序为：停止专用煤砾泵→停止除渣装置。

在实际运行中，首先将若干个（台）水钻打孔时产生的煤泥水汇集到一个沉淀池内；钻机冲孔煤泥水经煤砾泵远距离输送至一级煤泥水预分离装置处理，脱掉一部分细煤泥的煤泥水流入沉淀池；剩余的煤泥水流入二级粗煤泥除渣装置再进行脱水处理，脱水后的干煤泥落入皮带运走，脱除的细煤泥水流入沉淀池；沉淀池的煤泥水经专用渣浆泵打入到三级煤泥水滤榨装置最终脱水，脱水后的干煤泥落入皮带运走，脱下的清水经管道排到水仓。

（3）设备性能优势。煤砾泵过流部件采用高铬耐磨合金钢材质，可长时间连续使用，耐磨性能好且使用寿命长；叶轮采用半封闭设计，可有效防止卡死；配备耐磨合金铰刀，减少磨损过流部件的问题，延长叶轮和蜗壳寿命。二级粗煤泥除渣装置采用高频振动和负倾角运行设计，脱水效果更好，煤泥水处理量大。篦水板采用无磁不锈钢耐磨材质，脱水效率高且不易堵塞篦水板。三级煤泥水滤榨装置手动和自动运行模式可自由切换，可视化触摸屏设计可实时监测运行情况，采用液压高压压紧和篦布四周加衬设计，可防止喷浆，使用寿命长，煤泥水分离效果好。筒式过滤装置体积小、方便安装、透水性好、耐磨、使用寿命长。

2.煤水分离系统的特点

（1）系统处理量可达到120m3/h以上，工作电压为660/1140V，系统功率≤150kW，入料粒度≤15mm。所有设备满足井下巷道运输安装要求，设备可根据现场情况解体安装。所有电气设备符合煤矿井下要求，系统自动化程度高。

（2）特制煤砾泵流量≥80m3/h，扬程≥40m，过流面采用耐磨合金，带耐磨搅拌头，叶轮等过流部件为耐磨、抗腐蚀材质。

煤泥水远距离输送装置，可将收集起来的钻机钻孔煤泥水输送到粗煤泥及杂物除渣装置，实现煤泥水远距离有效输送。系统输送煤泥水≥150m3/h，通过最大颗粒粒度≥20mm，输送距离≥400m，具有良好的稳定性和耐磨性，配套煤泥水防沉淀装置效果较好。

（3）一级煤泥水预分离装置提前脱除60%明水，提高了后续二级粗煤泥脱水效果。二级粗煤泥除渣装置，可先将煤泥水中的大颗粒和杂物除去。煤泥水处理量≥150m3/h，除渣粒度为0.1～1mm，进料粒度≥30mm。该系统占地面积小、可靠性高、处理量大、运维方便，可连续把粗煤泥及杂物滤水后落入皮带运走，剩下的细煤泥水流入到缓冲水池备用。三级煤泥水滤榨装置处理量≥60m3/h，可将细煤泥水中的所有煤泥双向进料并快速滤榨出渣，滤出的煤泥水经过处理后变成清水，基本实现全自动运行，效率高，处理量大，噪音小。

（4）智能控制系统具有过载、短路、漏电闭锁、断相、欠压、过压、堵转保护、不平衡保护、反时限过流保护等保护措施。整机具有机械电气闭锁功能，隔离开关处于断开位置时，主腔前门才能打开；解锁开关处于解锁位置，隔离开关不能转动。整个系统采用PLC控制，具有手动与自动相互切换程序。

（5）煤水分离系统与常规振动筛、固液分离机不同，可靠性高，大倾角安装，即使设备出现故障，也不影响矿井的正常生产。

二、煤水分离系统的实践应用

1. 二级粗煤泥除渣装置

（1）二级粗煤泥除渣装置运转中严禁触摸带电部位或旋转部位，每班应检查轴承温度，在正常负荷和最大负荷下检查振幅，随时观察运转情况，每班对连接件的螺栓进行检查，检查是否松动，若松动必须拧紧。

（2）防爆激振电机必须加注专用油，不得和其他品牌润滑油混用。5～7天注油一次，每台振动电机加注50～100CC专用润滑油。

（3）定期检查设备润滑部分，确保设备润滑完好，转动部分灵活。

2.三级煤泥水滤榨装置

（1）滤榨装置在运行时，要保证有操作工时刻看守。特别在卸料时，操作工要时刻关注卸料情况，要保证卸料后箅布周边边框的清洁，不能有煤泥，箅布不能有褶皱。

（2）没有打满物料时，严禁卸料，否则滤布上会粘满稀煤泥。如果箅布上粘有煤泥，要冲洗干净，否则会喷浆，损坏箅布，严重时可导致箅水板变形、压裂。

（3）箅布破损后要及时更换滤布，否则煤泥会进入箅布内部，堵塞箅水板，如果不及时清除会造成箅水板变形、压裂、喷浆，严重时会造成整机变形。

（4）煤砾泵座和取板器驱动电机减速机润滑油每4个月更换一次，煤砾泵座加油量以可视油表为准；取板器驱动电机减速机加油量以从上油孔加油，侧油口排出为止。液压泵站液压油每6个月更换一次，加油量一定要高于最低可视油标线。煤砾泵不能空转，严禁倒转，每三个月要检查叶轮及前后护板磨损情况。

（5）如果取板器取拉板时不能正确触碰到箅水板把手，可调节拉板小车上的调节螺丝，直到调至不影响取拉板为止。油缸不能正常运行时，要检查油缸限位开关是否正常，如有损坏要立刻换新；再检查压力表是否正常，排除接触不良因素。

三、煤水分离系统应用效果

桑树坪煤矿煤水分离系统自运行以来，不仅将煤粉从煤泥水中有效分离出来，而且处理效率高，分离率达95%以上。目前3317运顺底板巷可连续多天打钻，煤粉清理时间缩短，不仅加快了灾害治理进度，而且有效防止煤泥水进入采区水仓。每天分离出的50吨煤粉发热量高达4600大卡/千克，通过对原有运输系统进行调整，将分离出来的煤粉直接运至原煤仓，避免了资源浪费，取得了良好的经济效益和社会效益。

该煤水分离系统使用方法简单、成本低、稳定可靠，对环境和操作要求较低。以前一台钻机需专门安排两人不间断地清煤，现在只需安排一人即可完成工作任务，有效降低了职工的劳动强度，提高了打钻现场的安全生产质量标准化水平，为安全高效治理瓦斯灾害提供了技术保障，具有一定的示范推广价值。