申请日2009.02.02
公开(公告)日2009.07.15
IPC分类号E21B43/34; B07B1/46; B01D17/02; B01D21/00; B03B7/00; B03B5/18; B07B1/00; B07B1/28; E21F15/00
摘要
一种井下毛煤排矸及矿井水处理联合工艺，其特征在于：该工艺包括块煤排矸和矿井水固液分离作业两部分;其中块煤排矸作业包括筛分、破碎和分选步骤;而矿井水固液分离作业包括水力分级、浓缩和压滤步骤;通过块煤排矸作业将毛煤中大块的矸石清除，同时将其中的大块颗粒物破碎到合适的粒度;通过矿井水的固液分离作业，将矿井水中的固体物回收到煤流线中，同时得到清澈的溢流水给入井下水仓中去;块煤排矸作业中产生的煤泥水则送往矿井水固液分离系统进行处理，而矿井水固液分离系统为块煤排矸作业提供了洗选用水，从而将二者合为一个有机的整体。
权利要求书
1、一种井下毛煤排矸及矿井水处理联合工艺，其特征在于：该工艺包 括块煤排矸和矿井水固液分离作业两部分;其中块煤排矸作业包括筛分、破 碎和分选步骤;而矿井水固液分离作业包括水力分级、浓缩和压滤步骤;通 过块煤排矸作业将毛煤中大块的矸石清除，同时将其中的大块颗粒物破碎到 合适的粒度;通过矿井水的固液分离作业，将矿井水中的固体物回收到煤流 线中，同时得到清澈的溢流水给入井下水仓中去;块煤排矸作业中产生的煤 泥水则送往矿井水固液分离系统进行处理，而矿井水固液分离系统为块煤排 矸作业提供了洗选用水，从而将二者合为一个有机的整体。
2、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述块煤排矸作业采用动 筛跳汰机分选工艺;该工艺包括下述步骤：
a、在矿井井下首先将毛煤经过固定筛进行预先筛分作业，清除毛煤中的 特大块物料，固定筛的筛孔孔径可设置为150mm～400mm之间的任一尺寸;
b、将固定筛的筛下物送入振动筛分机再次进行分级作业，分出毛煤中大 块物料，筛分机的筛孔孔径可设置为25mm～100mm之间;
c、振动筛的筛上物送入动筛跳汰机进行分选，分选后的产品出精煤和矸 石两个产品，矸石可作为充填采空区的物料，也可用作井下建筑混凝土的骨 料使用，精煤可经破碎后混入到振动分级筛筛下物中提升上井，也可作为一 个产品单独存放，提升上井;
d、动筛跳汰机的溢流水则引至矿井水固液分离系统进行处理，而动筛跳 汰机的补加水由矿井水固液分离系统提供。
3、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述块煤排矸作业采用重 介分选排矸工艺;该工艺包括下述步骤：
a、在矿井井下首先将毛煤经过固定筛进行筛分作业，清除毛煤中的特大 块物料，固定筛的筛孔孔径设置为150mm左右;
b、将固定筛的筛下物送入振动筛分机再次进行分级作业，分出毛煤中大 块物料，筛分机的筛孔孔径可设置为13mm～80mm之间;
c、振动筛的筛上物送入重介质浅槽分选机进行分选，物料经重介质分选 机分选后的产品出精煤和矸石两个产品，分别由精煤脱介筛和矸石脱介筛进 行脱水脱介作业，脱介筛筛孔可设置为0.5～3mm之间，在脱介筛的出料段加 数道喷水以强化筛分脱介效果，水源有矿井水处理环节得到的澄清水获取;
d、矸石经脱介脱介作业后可作为充填采空区的物料，也可用作井下建筑 混凝土的骨料使用，精煤经脱介筛脱介脱水作业后可作为一个单一的精煤产 品存放提升上井，也可进一步破碎后掺入振动分级筛筛下物中以提高煤质;
e、精煤和矸石经脱介筛脱介后的合格介质到合格介质桶，部分经分流箱 分流汇同稀介质段到磁选机回收介质，经磁选后的煤泥水到煤泥水浓缩沉淀 装置中进一步处理。
4、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述矿井水固液分离作业 部分包括下述步骤：
a、首先将矿井水引入呈锥形容器结构的斗子捞坑，其中的固体物在自身 重力作用下自由沉降到斗子捞坑的底部，经由安装在斗子捞坑的底部的斗子 提升机将沉淀物由捞坑底部提出，在提出的同时通过提斗上开设的泄水孔对 物料进行脱水;由斗子提出的物料掺入振动分级筛筛下物中，而含有部分细 粒物料通过溢流方式由斗子捞坑周边溢出，收集后进入煤泥水浓缩沉淀设施;
b、由斗子捞坑周边溢出煤泥水经由设置在煤泥水浓缩沉淀设施入料端前 方的凹陷式泵坑进入煤泥水浓缩沉淀设施，澄清后的水则从煤泥水浓缩沉淀 设施另一端溢流;
c、在沉淀池中采用加药的方式以加速煤泥水中固体颗粒的沉降并改善浓 缩沉淀设施沉淀池的底流高浓度煤浆后续压滤脱水作业的效果，沉淀于池底 部的煤泥沉淀物经由沉淀池底部安装的刮板绞车拖动将高浓度的浓缩物收集 到泵坑中，同时得到清澈的溢流水;
d、浓缩沉淀设施的底流由渣浆泵泵送到压滤机中进行进一步的脱水作 业，压滤机的滤饼则掺入振动筛筛下物直接入井下毛煤仓，压滤机的滤液连 同浓缩沉淀设施的溢流水的一部分引至井下水仓，一部分作为动筛跳汰机的 补加水使用;
e、块煤排矸作业过程中产生的煤泥水可直接排放到浓缩沉淀装置中，而 动筛跳汰机和浅槽重介质分选机事故放水应首先排放到矿井水的水力分级装 置中去。
说明书
井下毛煤排矸及矿井水处理联合工艺
技术领域
本发明涉及煤炭开采加工领域，具体说是涉及一种井下毛煤排矸及矿井 水处理联合工艺。本发明主要是采用动筛跳汰机(或浅槽重介分选机)将大 块矸石在井下直接排出，排出的矸石可用于采空区充填或作它用，分选过程 所需补加水由矿井水浓缩沉淀澄清后得到，经浓缩沉淀澄清后的矿井水再进 入井下水仓，解决了井下水仓的清淤难题，分选过程中产生的煤泥水也由矿 井水处理系统进行固液分离作业。
整个工艺系统自成体系，可方便地加入或撤出现有煤流系统，也可仅使 用矿井水处理部分工艺，排矸设备还可用于井下脏杂煤的处理。
背景技术
随着机械化采煤程度的提高，尤其是综采放顶煤工艺的推广应用，开采 过程中煤层顶板、底板和夹矸层不可避免地混入到毛煤中去，同时毛煤中还 含有相当数量的大块物料(粒度在50mm以上)，有的大块物料粒度甚至可达 1m以上，由于煤本身的脆性导致其在开采过程中较容易破碎，因此这部分大 块物料多为坚硬的矸石等杂质。
当前毛煤在井下不做处理，而是直接进入到井底煤仓，由提升系统提升 上井后再进行加工处理，毛煤中相当数量的大块物料(可占到毛煤总量的10～ 30%左右)对生产系统带来了诸多问题：(1)大块物料在提升运输过程中对 机械设备砸击损害;(2)大块物料堵塞煤流线造成生产停顿。
为解决大块物料对生产过程的危害，已有部分矿井在井下安装了大型的 分级破碎机，将毛煤中的大块物料破碎到合适的粒度后再提升上井，但这样 以来，大块物料中所含矸石也被破碎后混入到煤流系统中，由此又造成了以 下危害：(1)煤流系统所含矸石属于矿井的无效运输，这部分无效运输量严 重影响了矿井的实际生产能力，以毛煤中大块矸石含量为12%记，对于年生 产能力为500万吨的井工矿而言，每年的无效运输量可达60万吨，相当于一 个中型矿井的年产量;(2)矸石破碎进入煤流系统对选煤厂的分选作业带来 极其不利的影响，不仅导致分选效果恶化，还致使吨煤加工成本提高;(3) 矸石上井后仍需从煤中分选排出，这部分矸石不仅要占用专门的堆放场地， 对环境也造成进一步的污染破坏。
煤矿矿井水是指在采煤过程中，所有渗入井下采掘空间的水。据不完全统 计，我国平均吨煤涌水量约为4.0立方米，但不同地区有较大差异。我国南 方矿区因受当地气候条件、地理环境等影响，矿井涌水量大，平均吨煤涌水 量在10.0立方米左右。北方矿区矿井水主要来自奥陶纪灰岩水、煤系薄煤层 灰岩水、煤系砂岩裂隙水、老空水、溶洞水、第四纪冲积层水等，因此，用 水量也较为丰富，平均吨煤涌水量为3.8立方米。东北大部分矿井涌水主要 来自第四纪冲积层水和二迭纪砂岩隙水，一般矿井吨煤用水量在2～3立方米 之间。西北的新疆、甘肃、陕西中部、宁夏、内蒙西部地区矿井涌水量普遍 较少，吨煤涌水量大部分在1.6立方米以下。
井工矿一般都设有专门的水仓，矿井水被收集在矿井水仓中再由排水系统 抽排出井，矿井水仓是煤矿安全生产，防止矿井水灾的重要设施。由于矿井水 中含有以煤泥、沙为主的大量杂质，这些固体颗粒物由涌水携带进入水仓后 会沉积到水仓底部，导致井下水仓有效蓄水容积减小，这就需要定期对水仓 进行清淤处理，为保证矿井安全生产，矿井水仓通常分为主仓和副仓，两者轮 换清理和使用。
矿井水仓的清理工作一直是煤矿的一个老大难问题。煤矿在清理水仓前， 要先把需要清理的水仓的水抽干，由人工在数百米长的狭窄水仓巷道内一点 一点地将淤积于巷道底板、厚度达数百毫米甚至1～2m的煤泥挖入矿车再提 运出水仓巷道。之后，或直接将装满淤泥的矿车提出矿井至矸石山排放，或 将淤泥堆放在井底车场及附近巷道的两侧，待风干后再装运出井至矸石山堆 放。这种传统的方法不仅工作量大，清挖时间长，工作环境恶劣，而且很难清挖 干净。
机械化清理矿井水仓是煤矿企业多年来渴望解决的难题，但是，几十年来， 我国先后研制过数十种清仓机械都没有得到推广使用，主要是由于井下的情 况复杂多变，目前所研制的水仓清淤设备及其配套系统存在着性能单一、清挖 效率低、固液分离不彻底等弊端，无法适应井下水仓复杂多变的工作环境。 且矿井水排放到地面后仍需进一步浓缩沉淀处理以实现固液分离。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种井 下毛煤排矸及矿井水处理联合工艺。具体说：本发明旨在结合矿井水的处理 从源头上实现对毛煤进行分选排矸作业，将毛煤中的块状矸石在井下直接排 出，从而杜绝大块矸石对提升运输系统的危害，同时也提高了矿井的实际生 产能力，排出的矸石破碎后可用于矿井采空区的回填，或用作井下喷涂混凝 土的骨料，实现废物利用;分选排矸设备所需洗水由井下矿井水经分级沉淀、 浓缩澄清后得到，经加工处理后基本不含固体物料的矿井水引至井下水仓， 不仅解决了井下水仓清淤的难题，还省去了地面矿井水处理系统。其分选排 矸工艺可根据煤种不同和产品质量要求等实际情况采用动筛跳汰机分选工艺 或者重介质浅槽分选工艺。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的井下毛煤排矸及矿井水处理联合工艺包括块煤排矸和矿井水固 液分离作业两部分;其中块煤排矸作业包括筛分、破碎和分选步骤;而矿井 水固液分离作业包括水力分级、浓缩和压滤步骤;通过块煤排矸作业将毛煤 中大块的矸石清除，同时将其中的大块颗粒物破碎到合适的粒度;通过矿井 水的固液分离作业，将矿井水中的固体物回收到煤流线中，同时得到清澈的 溢流水给入井下水仓中去;块煤排矸作业中产生的煤泥水则送往矿井水固液 分离系统进行处理，而矿井水固液分离系统为块煤排矸作业提供了洗选用水， 从而将二者合为一个有机的整体。
本发明中所述块煤排矸作业采用动筛跳汰机分选工艺;该工艺包括下述 步骤：
a、在矿井井下首先将毛煤经过固定筛进行预先筛分作业，清除毛煤中的 特大块物料，固定筛的筛孔孔径可设置为150mm～400mm之间的任一尺寸;
b、将固定筛的筛下物送入振动筛分机再次进行分级作业，分出毛煤中大 块物料，筛分机的筛孔孔径可设置为25mm～100mm之间;
c、振动筛的筛上物送入动筛跳汰机进行分选，分选后的产品出精煤和矸 石两个产品，矸石可作为充填采空区的物料，也可用作井下建筑混凝土的骨 料使用，精煤可经破碎后混入到振动分级筛筛下物中提升上井，也可作为一 个产品单独存放，提升上井。
d、动筛跳汰机的溢流水则引至矿井水固液分离系统进行处理，而动筛跳 汰机的补加水由矿井水固液分离系统提供。
本发明中所述块煤排矸作业采用重介分选排矸工艺;该工艺包括下述步 骤：
a、在矿井井下首先将毛煤经过固定筛进行筛分作业，清除毛煤中的特大 块物料，固定筛的筛孔孔径设置为150mm左右;
b、将固定筛的筛下物送入振动筛分机再次进行分级作业，分出毛煤中大 块物料，筛分机的筛孔孔径可设置为13mm～80mm之间;
c、振动筛的筛上物送入重介质浅槽分选机进行分选，物料经重介质分选 机分选后的产品出精煤和矸石两个产品，分别由精煤脱介筛和矸石脱介筛进 行脱水脱介作业，脱介筛筛孔可设置为0.5～3mm之间，在脱介筛的出料段加 数道喷水以强化筛分脱介效果，水源有矿井水处理环节得到的澄清水获取;
d、矸石经脱介脱介作业后可作为充填采空区的物料，也可用作井下建筑 混凝土的骨料使用，精煤经脱介筛脱介脱水作业后可作为一个单一的精煤产 品存放提升上井，也可进一步破碎后掺入振动分级筛筛下物中以提高煤质;
e、精煤和矸石经脱介筛脱介后的合格介质到合格介质桶，部分经分流箱 分流汇同稀介质段到磁选机回收介质，经磁选后的煤泥水到煤泥水浓缩沉淀 装置中进一步处理。
本发明中所述矿井水固液分离作业部分包括下述步骤：
a、首先将矿井水引入呈锥形容器结构的斗子捞坑，其中的固体物在自身 重力作用下自由沉降到斗子捞坑的底部，经由安装在斗子捞坑的底部的斗子 提升机将沉淀物由捞坑底部提出，在提出的同时通过提斗上开设的泄水孔对 物料进行脱水;由斗子提出的物料掺入振动分级筛筛下物中，而含有部分细 粒物料通过溢流方式由斗子捞坑周边溢出，收集后进入煤泥水浓缩沉淀设施;
b、由斗子捞坑周边溢出煤泥水经由设置在煤泥水浓缩沉淀设施入料端前 方的凹陷式泵坑进入煤泥水浓缩沉淀设施，澄清后的水则从煤泥水浓缩沉淀 设施另一端溢流;
c、在沉淀池中采用加药的方式以加速煤泥水中固体颗粒的沉降并改善浓 缩沉淀设施沉淀池的底流高浓度煤浆后续压滤脱水作业的效果，沉淀于池底 部的煤泥沉淀物经由沉淀池底部安装的刮板绞车拖动将高浓度的浓缩物收集 到泵坑中，同时得到清澈的溢流水;
d、浓缩沉淀设施的底流由渣浆泵泵送到压滤机中进行进一步的脱水作 业，压滤机的滤饼则掺入振动筛筛下物直接入井下毛煤仓，压滤机的滤液连 同浓缩沉淀设施的溢流水的一部分引至井下水仓，一部分作为动筛跳汰机的 补加水使用;
e、块煤排矸作业过程中产生的煤泥水可直接排放到浓缩沉淀装置中，而 动筛跳汰机和浅槽重介质分选机事故放水应首先排放到矿井水的水力分级装 置中去
本发明的技术创新点及有益效果如下：
本发明工艺的实施能够杜绝毛煤中大块物料对矿井提升运输设备的冲击 损害和对各个转载点的卡堵现象，有效地解决井下水仓的清淤难题。
将矸石直接从毛煤中排出具有显著的经济效益，这主要表现在以下三个 方面：(1)减少了矿井的无效提升运输量，增大了矿井的实际生产能力;(2) 改善了原煤煤质，为后续洗选加工作业创造了条件，简化了选煤厂的工艺系 统(选煤厂可不建原煤准备车间，部分选煤厂甚至迁移至井下)，降低了选煤 生产加工成本;(3)避免了矸石升井后占用耕地，造成污染，且矸石用于采 空区回填，可防止地面塌陷，还可作为井下喷涂混凝土的骨料实用，降低巷 道施工维护成本，做到了废物利用。
本发明还存在以下突出优点：(1)动筛跳汰机排矸其分选工艺简单，而 重介质排矸工艺分选精度及效率高，密度调节范围宽，煤种适应性强;(2) 主排矸设备的用水均由矿井水处理后获取，节约了水资源;(3)洗选过程产 生的煤泥水也由矿井水处理系统进行固液分离作业，简化了工艺系统(4)采 用水力分级设备和压滤机分别截取回收矿井水中的大块物料和煤泥水中的细 粒煤泥，有效回收了资源;(5)采用巷道构建井下浓缩沉淀装置，可以利用 废弃巷道，既节约了成本，又节省了基建时间;(6)经浓缩沉淀澄清后的矿 井水泵送到地面后基本可以做到直接排放，省去了地面矿井水处理系统。