煤矿井下水仓及沉淀池清淤技术研究与应用

▊ 文/缑江波

煤矿水仓及沉淀池是煤矿井下排水系统的重要组成部分，主要用于储存和沉淀井下污水。随着时间的推移，水仓和沉淀池底部会积累大量的淤泥，容易造成排水设备损坏，影响排水系统的正常运行。冀中能源邯矿集团山西金地赤峪煤矿为提高淤泥清理的效率和安全性，通过对现有的清淤技术进行分析和比较，结合煤矿井下的特殊环境和不同区域作业需求，设计了相匹配的淤泥清理装置，采用自动化控制技术，取得了良好的应用成效。

一、实施背景

赤峪煤矿中央泵房淤泥来自于下一级采区泵房水流，该处排水至+140水平辅运下山坡头，沿大巷排水沟陆续流至水仓外一、二级沉淀池，汇入中央泵房的主副水仓。受水流中裹携的煤泥、冲填料和岩粉等流体或半流体影响，一级沉淀池约10天淤满，二级沉淀池约7天淤满，副水仓约45天淤满，主水仓约90天淤满。淤泥堆积会导致以下问题。

一是造成设备磨损。若进入水仓的淤泥水未及时进入沉淀池，将经水泵直排到地面。泥沙水对水泵的过水部件水轮、导翼、平衡盘等造成严重磨损，减少水泵使用寿命。

二是引发环保问题。当未处理的泥水排至地面污水处理池时，会增加污水处理站压力，若处理能力不足将导致污水外排，造成环境污染。

三是降低排水效率。大量杂质淤积，不仅会导致排水效率降低、用电负荷增大，也会降低水仓有效容量，影响矿井的安全生产。

在对水仓及沉淀池淤泥抽排过程中，采用人工作业劳动强度较大、生产效率低，而采用机械设备往往受条件限制难以发挥其有效性能。因此，研究和应用有效的清淤技术，对于保证井下排水系统的正常运行具有重要意义。

二、主要应用技术

水仓及沉淀池清淤工作流程图如图1所示。

图1 水仓及沉淀池清淤工作流程图

1.一级沉淀池的清理

在中央泵房的原水仓之外，建有一斜方体状的沉淀池。沉淀池底板由外向里逐渐抬起，呈斜上坡状，斜坡8°、长15m、宽3m。沉淀池底板铺有光滑橡胶皮，安装5道挡水闸板，水闸板边镶有弹性密封胶垫。闸板墙呈迷宫墙状分布，用于降低流速。闸板沿闸板槽上下可提起或放下，当淤泥积满至一定程度时，打开气动阀提起闸板，淤泥沿斜坡自然下滑并向下方堆积。若沉积时间较长，使用安装的高压喷水枪将沉积淤泥冲下，细粉状的泥浆被冲至下方，粗颗粒物在沉淀池的进水口处沉淀。

（1）粗颗粒物的液压抓斗清理。煤泥水汇入沉淀池后，粗颗粒物受自重作用于入口处沉淀，细颗粒随水流向前进一步沉淀。粗颗粒物沉积较多时，通过沉淀池入口处自制的液压抓斗进行抓捞。抓斗由行程限位开关和液压绞车等组成，工作全程由PLC控制，实现自动化运行。工作动力源于液压泵站，操纵液压阀组抓斗可执行下放、上提、合拢、张开等动作，完成将煤泥从沉淀池装入矿车内作业流程，杜绝了后续碴浆泵抽取泥浆时易堵塞泵体、管道等问题。

（2）细粒物的碴浆泵清理。一级沉淀池煤泥水向前流动过程中细小颗粒物陆续沉淀。沉淀池上方巷道架起5道横梁，安装游动小车所用导轨。在控制阀的操纵下，游动小车吊动碴浆泵行走并抽出泥浆至搅拌桶内。经压滤机制饼，由下方小带式输送机装入矿车升井运至矸石山，清淤流程实现了机械化。

2.二级沉淀池的清理

二级沉淀池为原有的两个“U”型沉淀池，中央水仓之外巷道断面为4.8m2，长13m、宽1.8m、深1.5m。在一级沉淀池沉淀后的煤泥水，流入双“U”型沉淀池内进一步沉淀。

3.副水仓的清理

水仓宽4.5m、高2.9m，水仓巷道平段总长85m，水仓斜下坡段长23m，坡度为12°。

采用自制清仓机械车进行清理，其结构及工作原理为：利用废旧矿车的底盘，加大矿车轮对间距以增强其操作稳定性。在底盘上安装2寸圆竖向钢管，钢管上端头连接可摆动斜杠杆，用于吊装碴浆泵。在车架上安装两组气缸，用作水平摆动和垂直升降碴浆泵。拉缸上端头安装防爆照明灯，与操控碴浆泵联动。机械车安装有气动控制阀和司机座椅，司机操作气动闸阀组进行清仓作业。机械车驱动装置为3T气动马达，通过轮轴上链轮带动底盘在巷道内沿轨道行走。遇沉积结硬的煤泥时可通过高压水枪冲刷、稀释，便于用碴浆泵抽取。压滤、运送过程同细粒物的碴浆泵清理方式。

4.主水仓的清理

（1）淤泥筒仓。在主水仓口下斜段与平段的交汇处，建造一个直径3.5m、深2m的圆形沉淀池，用于贮存淤泥。

（2）驱动动力。在主水仓口外边安装一小型液压站，为液压绞车提供动力。在主水仓口外边上部安装架空液压绞车，为钢丝绳里外运行提供动力。在水仓内远处合适位置安装一架空机尾轮，作为钢丝绳的回转轮。在主水仓口外操纵手柄，控制液压绞车的正反转运行。

（3）外耙淤泥。在主水仓的巷道拱顶上方安装30根横梁，间距3m。横梁下方中间段固定工字钢导轨，导轨上间隔3m安装绳轮装置，绳轮缠绕牵引钢丝绳，钢丝绳连接拖耙装置。该装置在钢丝绳的牵引下，耙子执行落地、耙泥、收起、行程运动等动作，完成主水仓的耙泥任务。

（4）淤泥外排。在筒仓泥池的上方，吊装两台潜水泵。高位潜水泵用于抽出筒仓的上部清水，低位碴浆泵用于抽出筒仓下部的泥浆。另固定一支引自矿防尘水管高压枪，对筒仓泥池内的结硬淤泥进行冲刷，经碴浆泵抽至主水仓口外搅拌桶内。

（5）淤泥压滤。在水仓外安设搅拌桶，用于承装碴浆泵泥浆。桶上方有一支引自供风管路的高压风枪，对沉积淤泥翻腾搅拌经由压滤机制饼外运。

三、实施效果

1.提升了工作效率

自制的气动式清理淤泥小车能够实现前后行走、左右摆幅和上下调高等功能，替代了人力装罐、绞车上提等作业，初具“清仓机器人”的功能。将原来的9人清淤作业减少为1人操控作业，原30天清仓时间缩短至25天，不仅实现了减人提效的目的，也为“清仓机器人”技术的实现提供了实践论证。

2.促进了节能减排

此技术按照“分级处置、分级实施”的原则，根据水仓外沉淀池、副水仓和主水仓等具体特点，采用不同形式的机械化和自动化清淤作业，具有较强的适应性，改善了劳动环境。处理完毕后，水、泥干湿分离，降低了地面水处理压力，促进了节能减排，推进了绿色矿山建设。

3.提高了安全系数

通过实施技术改革，推进机械化换人、自动化减人，达到了无人则安、少人则安的目的。由于清淤效率的提升，也增加了排水系统的有效容积，提高了安全效率。

四、结语

传统的煤矿井下水仓及沉淀池的清淤方法存在效率低、劳动强度大、对环境影响大等问题。赤峪煤矿针对煤矿井下水仓及沉淀池清淤装置进行研究，提出一种自动化解决方案，设计了相匹配的淤泥清理装置，通过液压驱动、自动化控制等技术的应用，能够实现高效、快速清淤作业。同时，该装置还具有安全可靠、操作简便、降低成本和劳动强度等优点，能够为其他类似场景的清淤作业提供参考和借鉴。