摘要：介绍了煤矿工作面采区煤泥水的几种处理技术，介绍这几种技术处理方法的使用条件、优缺点及设计使用中的注意事项，提出煤矿可根据实际条件，选择合适的煤泥水处理方法，对保障煤矿安全生产具有一定的意义。
    关键词: 煤矿开采; 煤泥水处理; 连续煤泥压滤; 多级高频脱水筛; 沉降过滤离心机
    

    0 ·引言
    煤矿采煤工作面涌水主要来源于采区内自然涌水和采煤工作用水后的废水排泄。自然涌水量，指采区内地层涌水、渗漏水; 废水，指防尘、降尘水、动力冷却水、管路漏水、冲洗水、其他排水等。采区内自然涌水量较均匀，而人为排泄废水量则随机性较大，特别是局部定时排水等。这些水经由工作面和回采巷道、运输通道等，被抛洒在底板上的煤、沙粒随水流一同排往低处，形成了采区煤泥水。煤泥水中的固体颗粒度大致在0 ～ 35 mm 之间。而0． 5 ～10 mm 之间的颗粒，流动距离远，这些含颗粒的煤泥水集中在采区上下山斜巷水沟中，由于流速较高，是不沉淀的。而进入采区下部平巷，其水流减速后，则很快就沉淀，淤塞水沟、影响排水。进入中央水仓中的大量煤泥沉淀后，严重占有水仓的有效容积，造成矿井抗灾能力不足，威协安全生产。煤泥水在进入中央水仓之前，在采区进行处理，即可防止煤泥淤积排水沟，又可以提高进入中央水仓的煤泥水的洁净度，提高用水安全，提高防水抗灾能力。本文通过分析目前矿井生产中常用的几种处理采区煤泥水的基本技术，并比较其各自的优缺点，以便为煤矿选择适当的采区煤泥水处理方法提供参考。
    

    1 ·采区煤泥水处理的基本要求
    1) 将≥0． 5 mm 的颗粒从煤泥水中分离，确保通畅、不淤积，可有效减少对排水沟的清理次数。
    2) 防止大量煤泥涌入中央水仓，缩短中央水仓的清挖周期可确保中央水仓的蓄水容积，提高防灾抗灾能力。
    3) 确保采区的排水安全。采区煤泥水处理除必要的排水设施之外，还必须考虑突水时的排水措施。采用煤泥水直接处理技术，为突水情况开通分流排水通道。
    

    2 ·采区煤泥水处理几种基本技术
    2． 1 平流沉淀法
    水量较大的工作面，宜采用平流沉淀池( 采区水仓) 沉淀煤泥，然后再采用人工或机械化方法清理沉淀池。沉淀池数量分布，可以根据工作面长短布置一个或几个。沉淀池( 采区水仓) 按平流沉淀理论设计，原理是利用水流中悬浮杂质颗粒向下沉淀速度大于水流向前流动速度、或向下沉淀时间小于水流流出沉淀池的时间，利用悬浮颗粒与水流分离的原理实现水的净化。平流式沉淀池表面形状一般为长方形，水流在进水区经过消能和整流进入沉淀区后，缓慢水平流动，水中可沉悬浮物逐渐沉向池底，沉淀区出水溢过堰口，通过出水槽排出池外。平流沉淀池( 采区水仓) 设计注意事项:
    1) 水仓表面积计算。水仓表面积为:
    A = Q/q ( 1)
    式中: A———水仓表面积，m2 ;
    Q———流入水仓煤泥水流量，m3 /h;
    q———水仓表面负荷，m3 /( m2·h) 。
    式中q 的取值是关键。最好通过实验确定矿井煤泥的负荷值。通常取值在1． 0 ～ 3． 0 m3 /( m2·h)之间，沉淀速度快的煤泥可以取值大一些。
    2) 水仓的外形尺寸。通常水仓长度为20 m ～50 m，宽度≥2． 0 m，长、宽比应视矿井的特殊性而定。深度2 m ～ 3 m，过深不便于清理。适当的深度可以增加煤泥存量，延长清挖周期。水流速度应在10 mm/s ～ 50 mm/s 之间。如水流速度过大，应加宽水仓宽度和深度。
    3) 辅助设施。辅助设施不能少，如进水缓冲挡板，入口水整流板，可令入水分布均匀，有利于快速沉淀。出水整流措施通常为溢流式集水槽，出水堰可用三角堰、孔眼等形式，普遍采用的是直角锯齿形三角堰。
    平流沉淀法的优点是处理水量大、建造投资少，省人省力; 缺点是，沉淀效果取决于煤泥性质和沉淀池容积以及是否及时清挖，另外，沉淀池占地面积大，清挖困难。
    2． 2 连续压滤固液分离法
    当采区工作面煤泥水排水量较小，涌水量均匀，通常≤100 m3 /h 时，可考虑用连续煤泥压滤机直接固液分离，获得较清澈的分离水，而煤泥压干后直接装运。由于压滤机滤布可由60 ～ 400 目选用，因此此法煤泥脱水后，处理水几乎可以达到净水要求，煤泥全部收集，净水流入中央水仓。此法处理后的净水可以确保中央水仓几乎不需要清理煤泥，大大增加了中央水仓的蓄水量和防汛期涌水安全。其好处还可减少中央水仓抽水泵的磨损，延长维修周期，提高大型水泵寿命。
    连续煤泥压滤机直接处理煤泥水，应注意以下几点。
    1) 缓冲罐容积要足以满足调节压滤机不均匀过流的波动量。压滤脱水的特点是初期流量大，随着滤饼的形成，过滤阻力增加，流量逐渐减小，直到滤饼形成，流量达最小值。因此，缓冲罐容量应可储存一个压滤周期内的入水量。
    2) 过滤滤布目数要适当，根据对排入水仓水的要求，考虑过滤流量，选择适当目数的滤布。实际上，过滤主要靠滤饼形成后的滤层过滤，因此，为减小过滤阻力，不宜采用大目数滤布。建议滤布目数在60 ～ 120 目之间，滤布采用单双丝滤布，不沾泥，分离性好。
    3) 煤泥饼含水率要适当，不宜要求过低的含水率。压滤后期，过滤效率很低，往往降低一点含水率，耗费大量的时间。因此，煤泥水直接处理，只要煤泥达到可运输的要求，含水率可以大一些。通常以经验判断，手攥一把可成团、不出水即可。
    4) 大颗粒较多的煤泥水，压滤脱水时可能压不成固体煤饼，此时，应加装粗分机，先行过滤粗煤泥，然后再压滤即可。
    5) 过滤面积计算: 可采用含固量平衡法。
    压滤前: 每小时流量Q1( m3 /h) 、压滤前煤泥水含水率a。
    压滤后: 每小时干煤泥量Q2( m3 /h) 、压滤后煤泥含水率b。
    压滤周期: 每小时压滤次数t。
    含固量平衡法: Q1 × ( 1 － a) = Q2 × ( 1 － b) ，得出:
    Q2 = Q1 × ( 1 － a) /( 1 － b) ( 2)
    过滤面积: 可根据所选滤板和煤饼厚度，计算过滤面积。
    设: 滤饼厚度为c，则过滤面积:
    A = Q2 /( c·t－1 ) ( 3)
    此法对于高浓度煤泥水处理效率高，处理后的水洁净度最好; 缺点是处理水量较小，对于突水不能适应，需要开通旁路排水道排放突水。
    2． 3 多级高频脱水筛固液分离法
    如果水量较大，采用直接压滤，设备尺寸过大，不便安装时，可以考虑采用多级高频脱水筛处理煤泥水。此法亦属于煤泥水直接处理法，其使用条件是设备安装需有一定空间，分离煤泥便于运输，分离后的水含小颗粒较多，对排入中央水仓的煤泥水要求不高时可以采用。
    高频脱水筛脱水，受到编织网限制，还要考虑较长的寿命，最后一层筛网60 目以下为宜，最高不要超过120 目，否则容易堵网，且编制网丝较细，使用寿命较短。
    采用多级高频脱水筛固液分离方法处理煤泥水，应配备缓冲池，由泥浆泵将初级煤泥水打到筛网上，脱水后的煤泥颗粒可以随原煤运输，筛下水排入水沟，最终流入中央水仓。应该注意的是，由于采区水煤泥颗粒不均匀，有大有小，应使用大孔筛网把大颗粒挡在池外，防止入池后堵塞泥浆泵，同时此网还可以将杂物挡在池外，防止緾泵。
    多层脱水筛筛网面积计算: 筛网面积以最后一层为计算基准，其他层参考此面积，可适当缩小。通常多层脱水筛不大于三层，看物料情况，如果大块较少，双层筛网即可。
    首先应测定煤泥水的含固率，测定的含固率设为a，煤泥水涌出量为Q。则每小时煤泥水的含固量为:
    T = a × Q/h ( 4)
    筛子处理量为: T = q × F
    则有:
    F = T /q ( 5)
    式中: F———筛面面积/m2 ;
    q———单位筛面面积的小时处理能力，t /( m2· h) 。
    q 值不同目数的筛网数值不同，不同性质的物料数值也不同。可查阅有关资料确定。
    多级高频脱水筛固液分离法的缺点是处理后的煤泥水含细颗粒多，小于筛网孔径的煤泥颗粒大部分无法分离，随筛下水进入水仓。另外，也需要开通突水排泄通道，以应对突然大量涌水。
    2． 4 沉降过滤离心机固液分离法
    采用沉降过滤离心机处理采区煤泥水，亦属于直接处理法之一种。该法处理煤泥水，有效率高、占地少，脱水连续，安装移动方便等特点。采用该法，对煤泥水的性质有一定要求，如煤泥亲水性好，粘度高，颗粒直径过小，与水的比重差小于6% 等等，都不宜采用离心沉降脱水法。其使用亦须要安装缓冲罐、输送泵，将煤泥水从缓冲罐泵到沉降过滤离心机，完成固液分离，获得洁净的分离水。煤泥渣排出后装车。
    选用时应注意的问题:
    1) 设备产量是按干煤泥量标称的，用户需要根据煤泥水的含固量折算出每小时干煤泥量，留出1． 2至1． 5 倍的余量，确定设备型号。
    2) 沉降离心机的滤网是为降低沉降后的煤泥水分而设计的，故网下过滤水不应排入中央水仓。
    3) 过滤网不宜过于细密，对于采区煤泥水，滤网网孔最好0． 5 mm 以上，可使脱水更快，效率更高，不会影响净水质量。
    4) 生产能力按螺旋排料能力计算，计算螺旋沉降离心机时，应先对煤泥水进行取样试验，再参考产品说明书确定。
    
    沉降过滤式离心机的缺点是设备结构复杂、维修困难、检修维护成本高、功率消耗大、造价高，这是目前还没有大量使用的根本原因。另外，也需要开通突水排泄通道，以应对突然大量涌水。
    

    3· 结语
    以上介绍了四种工作面采区煤泥水的现场处理方法及各自的优缺点，分析了各方法的使用条件，煤矿可根据自身自然条件和经济能力，选择其中一种。也可综合两种方法的优点同时采用。比如，平流沉淀池( 采区水仓) 加连续煤泥压滤机清理沉淀池，或多级高频脱水筛加连续煤泥压滤机，对筛下水再压滤处理，获得高洁净度的分离水。总之煤矿可以根据排水技术的基本原理灵活运用，设计出符合矿井自身条件、有效的采区煤泥水处理方法。