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

    0 ·引言
    煤礦采煤工作面涌水主要來源于采區內自然涌水和采煤工作用水后的廢水排泄。自然涌水量，指采區內地層涌水、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。采區內自然涌水量較均勻，而人為排泄廢水量則隨機性較大，特別是局部定時排水等。這些水經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，這些含顆粒的煤泥水集中在采區上下山斜巷水溝中，由于流速較高，是不沉淀的。而進入采區下部平巷，其水流減速后，則很快就沉淀，淤塞水溝、影響排水。進入中央水倉中的大量煤泥沉淀后，嚴重占有水倉的有效容積，造成礦井抗災能力不足，威協安全生產。煤泥水在進入中央水倉之前，在采區進行處理，即可防止煤泥淤積排水溝，又可以提高進入中央水倉的煤泥水的潔凈度，提高用水安全，提高防水抗災能力。本文通過分析目前礦井生產中常用的幾種處理采區煤泥水的基本技術，并比較其各自的優缺點，以便為煤礦選擇適當的采區煤泥水處理方法提供參考。
    

    1 ·采區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。
    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，提高防災抗災能力。
    3) 確保采區的排水安全。采區煤泥水處理除必要的排水設施之外，還必須考慮突水時的排水措施。采用煤泥水直接處理技術，為突水情況開通分流排水通道。
    

    2 ·采區煤泥水處理幾種基本技術
    2． 1 平流沉淀法
    水量較大的工作面，宜采用平流沉淀池( 采區水倉) 沉淀煤泥，然后再采用人工或機械化方法清理沉淀池。沉淀池數量分布，可以根據工作面長短布置一個或幾個。沉淀池( 采區水倉) 按平流沉淀理論設計，原理是利用水流中懸浮雜質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水的凈化。平流式沉淀池表面形狀一般為長方形，水流在進水區經過消能和整流進入沉淀區后，緩慢水平流動，水中可沉懸浮物逐漸沉向池底，沉淀區出水溢過堰口，通過出水槽排出池外。平流沉淀池( 采區水倉) 設計注意事項:
    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———水倉表面負荷，m3 /( m2·h) 。
    式中q 的取值是關鍵。最好通過實驗確定礦井煤泥的負荷值。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、寬比應視礦井的特殊性而定。深度2 m ～ 3 m，過深不便于清理。適當的深度可以增加煤泥存量，延長清挖周期。水流速度應在10 mm/s ～ 50 mm/s 之間。如水流速度過大，應加寬水倉寬度和深度。
    3) 輔助設施。輔助設施不能少，如進水緩沖擋板，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 連續壓濾固液分離法
    當采區工作面煤泥水排水量較小，涌水量均勻，通常≤100 m3 /h 時，可考慮用連續煤泥壓濾機直接固液分離，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。
    連續煤泥壓濾機直接處理煤泥水，應注意以下幾點。
    1) 緩沖罐容積要足以滿足調節壓濾機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，流量達最小值。因此，緩沖罐容量應可儲存一個壓濾周期內的入水量。
    2) 過濾濾布目數要適當，根據對排入水倉水的要求，考慮過濾流量，選擇適當目數的濾布。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，不宜采用大目數濾布。建議濾布目數在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，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，只要煤泥達到可運輸的要求，含水率可以大一些。通常以經驗判斷，手攥一把可成團、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，應加裝粗分機，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: 可根據所選濾板和煤餅厚度，計算過濾面積。
    設: 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，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，受到編織網限制，還要考慮較長的壽命，最后一層篩網60 目以下為宜，最高不要超過120 目，否則容易堵網，且編制網絲較細，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，應配備緩沖池，由泥漿泵將初級煤泥水打到篩網上，脫水后的煤泥顆粒可以隨原煤運輸，篩下水排入水溝，最終流入中央水倉。應該注意的是，由于采區水煤泥顆粒不均勻，有大有小，應使用大孔篩網把大顆粒擋在池外，防止入池后堵塞泥漿泵，同時此網還可以將雜物擋在池外，防止緾泵。
    多層脫水篩篩網面積計算: 篩網面積以最后一層為計算基準，其他層參考此面積，可適當縮小。通常多層脫水篩不大于三層，看物料情況，如果大塊較少，雙層篩網即可。
    首先應測定煤泥水的含固率，測定的含固率設為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 值不同目數的篩網數值不同，不同性質的物料數值也不同。可查閱有關資料確定。
    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顆粒多，小于篩網孔徑的煤泥顆粒大部分無法分離，隨篩下水進入水倉。另外，也需要開通突水排泄通道，以應對突然大量涌水。
    2． 4 沉降過濾離心機固液分離法
    采用沉降過濾離心機處理采區煤泥水，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，安裝移動方便等特點。采用該法，對煤泥水的性質有一定要求，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，完成固液分離，獲得潔凈的分離水。煤泥渣排出后裝車。
    選用時應注意的問題:
    1) 設備產量是按干煤泥量標稱的，用戶需要根據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，確定設備型號。
    2) 沉降離心機的濾網是為降低沉降后的煤泥水分而設計的，故網下過濾水不應排入中央水倉。
    3) 過濾網不宜過于細密，對于采區煤泥水，濾網網孔最好0． 5 mm 以上，可使脫水更快，效率更高，不會影響凈水質量。
    4) 生產能力按螺旋排料能力計算，計算螺旋沉降離心機時，應先對煤泥水進行取樣試驗，再參考產品說明書確定。
    
    沉降過濾式離心機的缺點是設備結構復雜、維修困難、檢修維護成本高、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，以應對突然大量涌水。
    

    3· 結語
    以上介紹了四種工作面采區煤泥水的現場處理方法及各自的優缺點，分析了各方法的使用條件，煤礦可根據自身自然條件和經濟能力，選擇其中一種。也可綜合兩種方法的優點同時采用。比如，平流沉淀池( 采區水倉) 加連續煤泥壓濾機清理沉淀池，或多級高頻脫水篩加連續煤泥壓濾機，對篩下水再壓濾處理，獲得高潔凈度的分離水。總之煤礦可以根據排水技術的基本原理靈活運用，設計出符合礦井自身條件、有效的采區煤泥水處理方法。