張 偉 張相超 張 琦

（1.兗礦能源集團股份有限公司調(diào)度信息中心，鄒城 273500；2.兗礦能源集團股份有限公司南屯煤礦，鄒城 273516）

項目的研制旨在利用新技術(shù)、新工藝解決制約井下水倉清理的三大因素，即抽吸淤積物、固液分離和固液運排，同時實現(xiàn)這三個環(huán)節(jié)的不間斷連續(xù)運轉(zhuǎn)和處理過程的智能化銜接，使得在新的技術(shù)工藝保障下切實提高工作效率和降低勞動強度，真正解決長期存在的清挖費力效率低、固液混合難分離、運排過程一路淋淋漓漓的問題，使目前相對各自分離的清淤工作一體化、系統(tǒng)化、智能化，使需要獨立的運排環(huán)節(jié)能夠匯入礦井的主運系統(tǒng)，減少運輸提升環(huán)節(jié)，達到降低檢修費用、提高工作效率和生產(chǎn)產(chǎn)值的目的，提高全礦井的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。

1 煤礦井下水倉煤泥漿及沉淀板結(jié)混合物的抽吸技術(shù)研究

真空負壓取料裝置由儲料罐、吸料閥、排料閥、真空發(fā)生器、消音器及管路等組成，其中吸料、儲料、排料是水倉清淤工藝的重要環(huán)節(jié)。它的工作原理：壓縮空氣（壓強需要0.6～0.7 MPa）通過真空發(fā)生器（拉伐爾噴管，原理如圖1所示）將罐內(nèi)抽成真空，煤炭顆粒、煤泥漿水等通過吸料管抽到罐內(nèi)；罐內(nèi)物料達到設(shè)定位置后，吸料閥和排氣閥關(guān)閉，排料閥打開，這時通入的壓縮空氣在罐內(nèi)形成正壓，在正壓的作用下沿排料管排出物料[1]。

罐內(nèi)物料排放完成后，打開吸料閥和排氣閥，同時關(guān)閉排料閥，真空發(fā)生器抽取罐內(nèi)真空，進行下一個吸、排料工藝循環(huán)。

在本裝置中真空發(fā)生器是關(guān)鍵部件，其學(xué)術(shù)名稱叫拉伐爾噴管[2]。它是根據(jù)空氣動力學(xué)原理，將壓力能變換為速度能，進而進行空氣體積放大，在入口端形成真空的裝置，非常適用于本項目的吸料和排料要求。

由工作原理可以看出，物料通過直徑約為100 mm 的吸料管進入真空罐，再經(jīng)100 mm的排料管排出，整個運行過程沒有任何機械部件阻擋，真正達到了體積和容積之間的全面轉(zhuǎn)換。不管物料的大小和黏度如何，只要在0.6 MPa的壓強下能夠移動，就不存在取料困難或堵塞、遺漏的問題[3]。

物料在進入吸料管前要做造漿和濾除兩個預(yù)處理。造漿的目的是將物料稀釋達到較低的濃度，以便更有利于漿料在吸料管內(nèi)流動。濾除是指將直徑大于80 mm的雜物由裝在吸料管前端的格柵將其隔離在吸料管吸口之外，防止在吸料管內(nèi)卡住造成堵塞。若物料有不定因素造成堵塞，可以由真空罐對吸料管進行反向送壓，將物料由吸料管排出，然后重新造漿、濾除，再恢復(fù)正常工作。

考慮到裝備需要連續(xù)工作，在本項目中需要兩套上述真空取料裝置聯(lián)合運行，一個取料，另一個排料交替運行，實現(xiàn)物料的連續(xù)抽、排，達到不間斷工作的目的。

機組為本質(zhì)安全型，全自動運行，100%壓縮空氣驅(qū)動，罐體內(nèi)無任何運動部件與物料接觸。這種吸儲料方式擴大了所處理物料的種類范圍，且吸料和排料均不與任何運動部件接觸，提高了輸送效率，最大限度地降低了損耗。

2 混合物及煤泥漿的固液分離應(yīng)用研究

固液分離裝置分為兩級。首先，由真空負壓泵輸送來的固液混合物輸送至高頻振動篩，將直徑大于0.1 mm的大顆粒由振動篩分出，并將已脫水的物料收集轉(zhuǎn)運。其次，將通過振動篩篩孔的、直徑小于 0.1 mm的顆粒及水漿輸入至臥式螺旋離心機，在離心機的高速離心作用下，完成小顆粒和細微顆粒與水的分離，從而完成二級固液分離。最后，分離的固體物和振動篩分出的物料匯集輸出，水由高壓水泵排出[4]。兩級固液分離裝置結(jié)構(gòu)原理，如圖2所示。

一級分離采用高頻振動篩，主要篩分直徑大于 0.1 mm的大顆粒。篩出的大顆粒經(jīng)篩網(wǎng)上層落入固體出料口，透過篩網(wǎng)的小于0.1 mm的顆粒混合漿液，經(jīng)煤泥漿輸入管進入臥式螺旋離心機進行二級分離。經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的離心作用，小于0.1 mm的精細煤泥經(jīng)過螺旋擠壓進一步脫水后從固體出口排出，分離的水液經(jīng)液體出口排出，通過探索入料壓力、入料量對脫水效果的影響，完善系統(tǒng)集成、優(yōu)化組合。

高頻振動篩簡稱高頻篩，主要由激振電機、礦漿分配器、篩框、機架、懸掛彈簧、減震腳及篩網(wǎng)等部件組成。高頻振動篩效率高，振幅小，篩分頻率高。由于高頻篩采用了高頻率，一方面破壞了礦漿表面的張力，另一方面細粒物料在篩面上高速振蕩，加速了大密度礦物的析離作用，增加了小于分離粒度物料與篩孔接觸的概率，從而形成了較好的分離條件，使得小于分離粒度的物料和礦漿一起透過篩孔成為篩下產(chǎn)物[5]。

3 設(shè)備總成及智能化控制系統(tǒng)研究

本裝置是風(fēng)、電聯(lián)動的井下水倉清淤系統(tǒng)，系統(tǒng)的吸料、二級分離、物料收集、轉(zhuǎn)運實行智能化自動控制，具體結(jié)構(gòu)原理如圖3所示，且圖3中設(shè)備的最大寬度均小于1500 mm。為了保證物料處理量的冗余，二級分離設(shè)備的處理量大于取料輸送量的1.2倍，固體物料收集能力大于二級分離設(shè)備輸送量的1.2倍，以確保系統(tǒng)的連續(xù)、安全運行。

裝置采用智能化控制，取料、分離、收集轉(zhuǎn)運之間的銜接尤其是輸送數(shù)量的控制，完全由核心控制器自動計算并執(zhí)行控制動作。

真空負壓取料裝置為兩個真空罐交替吸排，采取連續(xù)運行的工作方式。核心控制器主要是控制兩罐之間的吸排轉(zhuǎn)換和吸排時間，以適應(yīng)下一級固液分離的入料需求。

二級分離設(shè)備中的高頻篩和臥式螺旋離心機，兩者的固液處理量之和即為真空負壓取料裝置的取料量。根據(jù)它的處理能力隨機自動控制取料裝置的取料量，然后二級分離設(shè)備分離出的固體物料經(jīng)過收集系統(tǒng)轉(zhuǎn)運至卸料點。轉(zhuǎn)運裝置的處理量和分離設(shè)備的出料量進行自動化匹配。本裝備的物料收集系統(tǒng)擬采用可移動式小型膠帶輸送機，通過控制運轉(zhuǎn)速度來適應(yīng)所運輸物料量的變化。

4 應(yīng)用與分析

4.1 項目實施

項目的開展旨在利用新工藝、新方法解決制約井下水倉清理的三大難題，即抽吸淤積物、固液分離、固液運排，同時實現(xiàn)三個環(huán)節(jié)的不間斷連續(xù)運轉(zhuǎn)和處理過程的智能化銜接，使得在新的技術(shù)工藝保障下切實提高工作效率和降低勞動強度。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)

該項目設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)在于兩個方面：一方面，根據(jù)抽取物料特性采用真空負壓吸料的方式；另一方面，采用兩級分離的方式對煤泥進行固液分離。

4.3 創(chuàng)新點

該項目設(shè)計主要有4個創(chuàng)新之處，分別為真空負壓吸排料方式（首次應(yīng)用于井下水倉清淤工藝裝備）、系統(tǒng)連續(xù)運行、長距離輸送和系統(tǒng)裝備可移動。

5 結(jié)語

開展“移動式負壓高效清淤裝備的研發(fā)與應(yīng)用”項目滿足了煤礦井下水倉清淤設(shè)備的現(xiàn)場需求，對煤礦的智能化建設(shè)有推動作用，對提高工作效率、保障安全生產(chǎn)具有積極意義，同時具備良好的經(jīng)濟效益和社會效益。