CN109985436A - 井下水煤分离系统及水煤分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下水煤分离系统，包括井下扒煤机、接料斗、撕碎机、叠螺式污泥脱水机和带式输送机。本发明还公开了相应的煤水分离方法，包括安装步骤、一级水煤分离分离步骤、二级水煤分离步骤、破碎步骤和浓缩和脱水步骤，浓缩和脱水后的煤饼由矿车送至箕斗处。本发明便于安装，运行简便，场地适应能力强，水煤分离效果好，能够方便地将水煤、淤煤甚至是散煤扒出，防止堵塞主水泵而影响矿井排水，能完成以往井下设备难以完成的任务，不会出现堵塞。本系统和方法能够延长煤矿井底水仓的清挖周期，从而降低工人劳动强度，减少主水泵的堵塞，改善煤矿井下工作环境。

Description

井下水煤分离系统及水煤分离方法

技术领域

本发明涉及煤矿机械技术领域，尤其是水煤分离技术。

背景技术

煤矿井下涌水在流动过程中会夹裹大量煤炭，形成含煤量10%-20%的水煤，这些水煤如果不经过处理直接排入井底水仓，在水仓中经过长时间的淤积，水仓断面就会减小，水仓的蓄水能力就会降低。同时，水流还会夹裹大量淤煤进入主水泵吸水口，影响矿井排水。因此，在水煤混合物流入井底水仓之前，对其进行水煤分离是很有必要的。井下需要水煤分离的场合，有时水煤的含煤量会很高，甚至是无水散煤。现有的排污泵、渣浆泵等，无法输送含煤量较大的水煤，更不能输送无水散煤；水煤中具有颗粒较大的煤粒（如粒径40毫米）时，排污泵和渣浆泵不能将其送走。因而排污泵和渣浆泵不适用于井下进行水煤分离的需要。即便是输送含煤量较小的水煤，现有的排污泵和渣浆泵也会出现堵塞的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下水煤分离系统，能够将水煤中的煤从水中运走，能运送较大颗粒的煤，输送过程中不会堵塞，延长煤矿井底水仓的清挖周期。

为实现上述目的，本发明的井下水煤分离系统包括井下扒煤机、接料斗、撕碎机、叠螺式污泥脱水机和带式输送机；

井下扒煤机包括上部箱体和下部箱体，上部箱体和下部箱体相通；下部箱体与水平面的夹角为0±15度，上部箱体与水平面的夹角为45±15度；上部箱体内于顶部位置设有主动链轮，下部箱体内于自由端部设有从动链轮，主动链轮和从动链轮之间绕设有输送链条，输送链条沿其长度方向均匀连接有多个刮板，刮板的宽度与上部箱体的内腔宽度相匹配；

主动链轮处的上部箱体的下表面连接有出料口，主动链轮处的上部箱体上设有用于驱动主动链轮的减速电机，主动链轮安装在减速电机的输出轴上；

位于主动链轮顶部和从动链轮顶部之间的输送链条为上链条，位于主动链轮底部和从动链轮底部之间的输送链条为下链条，下链条上的刮板在通过上部箱体时与上部箱体的底壁滑动配合；

下部箱体设于污泥池顶部，下部箱体的下部设有开口，该开口延伸至上部箱体与下部箱体的相接处；开口处的下链条在重力的作用下向下垂至开口下方；

接料斗呈上大下小的喇叭形，接料斗顶部敞口，扒煤机的出料口位于接料斗的上方，接料斗底端连接撕碎机的顶部，撕碎机的底端通过管道连接叠螺式污泥脱水机的进料口，叠螺式污泥脱水机的下料口位于带式输送机上料端的上方并与带式输送机的上料端相邻；带式输送机的下料端高于其上料端；叠螺式污泥脱水机的下方设有导水槽，导水槽延伸至污泥池的上方。

出料口下方的接料斗侧壁上设有回流口，回流口处设有滤网，回流口连接有回流管，回流管向下通入污泥池中。

还包括有絮凝剂添加装置；絮凝剂添加装置包括加料箱，加料箱顶部敞口，加料箱下部连接有下料管，下料管上设有下料阀；下料管伸入接料斗或者污泥池。

井下扒煤机的上部箱体底部设有上喇叭段，下部箱体正对上喇叭段设有下喇叭段。

上喇叭段通过连接座连接有铰接轴，下喇叭段连接在铰接轴上；

上部箱体的上部连接有卷扬机，下部箱体的中部设有耳座，卷扬机的钢丝绳连接耳座。

下部箱体通过可调节支架机构支撑于地面；

可调节支架机构包括框架式底架，底架支撑于地面；底架邻近下部箱体的一端向上设有第一支撑座，底架另一端向上设有第二支撑座；

上部箱体的中下部向下设有第三支撑座，上部箱体的中上部向下设有第四支撑座；第一支撑座与第三支撑座通过销轴相铰接，第二支撑座通过销轴铰接有支撑板，支撑板顶端通过销轴与第四支撑座相铰接；

所述支撑板的中下部沿其长度方向均匀间隔设有多个用于穿过销轴的铰接孔，支撑板连接的销轴通过位于相对上方的铰接孔与第二支撑座相连接时，上部箱体与水平面的夹角为α；支撑板连接的销轴通过位于相对下方的铰接孔与第二支撑座相连接时，上部箱体与水平面的夹角为β；α＜β。

本发明的目的还在于提供一种使用上述井下水煤分离系统的水煤分离方法，按以下步骤进行：

第一步骤是安装，将本井下水煤分离系统安装于煤矿井底水仓入口处的水沟或者底抽巷处的污泥池旁边的地面上，将矿车停靠于带式输送机的下料端的下方；

使调节支撑板的一个铰接孔对准第二支撑座上的连接孔后穿入销轴，将调节支撑板与底架连接在一起；

第二步骤是一级水煤分离；启动减速电机，从而驱动主动链轮带动输送链条和从动链轮旋转，使输送链条的下链条的运动方向为由下部箱体到上部箱体；在下部箱体的开口处，下链条在重力的作用下向下伸出开口，进入煤水混合物中，下链条上的刮板将煤水混合物推送入上部箱体；

在上部箱体内，下链条上的刮板与上部箱体的底壁滑动配合，将煤水混合物向上推动，煤水混合物中的水在重力的作用下沿刮板与上部箱体配合的缝隙向下回流至污泥池中，煤水混合物中的煤上升至出料口时通过出料口落入接料斗；

第三步骤是二级水煤分离；落入接料斗中的煤水混合物在经过滤网时，煤水混合物中的水以及小于滤网网孔的粉料通过滤网和进入回流管，并沿回流管回流入污泥池中；煤水混合物中大于滤网网孔的颗粒料沿滤网和接料斗侧壁向下进入撕碎机；

第四步骤是破碎；撕碎机包括壳体，壳体上穿设有动力轴和从动轴，壳体内的动力轴和从动轴上分别连接有刀片，动力轴和从动轴上的刀片交错设置；动力轴的一端伸出壳体一侧并用于与外置的动力装置相连接，动力轴的另一端伸出壳体另一侧并连接有主动齿轮；从动轴上设有与主动齿轮啮合传动的从动齿轮；在动力轴和从动轴上，轴向相邻的两个刀片之间具有隔套；落入接料斗中的煤水混合物在刀片和隔套阻挡作用下，向下通过的速度降低，在刀片和隔套上形成物料层；

通过动力装置驱动动力轴旋转，主动齿轮通过从动齿轮带动从动轴旋转，且从动轴与动力轴的旋转方向相反，从而带动动力轴和从动轴上的刀片进行相对旋转，进而使动力轴和从动轴上的刀片对通过的颗粒粒产生挤压和剪切作用，进而打碎进入撕碎机的颗粒料；破碎后的物料仍然包含部分水份；破碎后的物料经过管道进入叠螺式污泥脱水机的进料口；

第五步骤是叠螺式污泥脱水机对破碎后的物料进行浓缩和脱水，叠螺式污泥脱水机分离出来的水份经导水槽回流入污泥池中，叠螺式污泥脱水机中的的固体物料经浓缩和脱水后形成煤饼，煤饼经叠螺式污泥脱水机的下料口落在带式输送机的上料端，经带式输送机输送后落入矿车，一辆矿车接满煤饼后离开叠螺式污泥脱水机的下料口并将煤饼送出，同时将下一辆空载矿车停在叠螺式污泥脱水机的下料口下方继续承接煤饼；

第二至第五步骤同步持续运行，持续对污泥池中的煤水混合物进行煤水分离和利用，直到污泥池中煤水混合物变清且叠螺式污泥脱水机在连续15分钟的运行中未形成煤饼时，停止井下水煤分离系统的运行。

第一步骤中，由于α＜β，通过选择不同的铰接孔与第二支撑座相连接，调节上部箱体与水平面的夹角；

在第二步骤至第四步骤的持续运行过程中，打开下料阀，向接料斗或者污泥池中加入絮凝剂。

在进行第二步骤时，如果污泥池的液位下降，则操作卷扬机，下放钢丝绳从而使下部箱体绕铰接轴向下旋转，进而使下链条向下伸入污泥池中的煤水混合物中继续将煤水混合物送入上部筒体。

所述接料斗侧壁由上至下均匀间隔设有4个料位传感器，最上方的料位传感器位于接料斗顶端，相邻两个料位传感器之间的间距为接料斗高度的四分之一；各料位传感器由下至上分别为第一料位传感器、第二料位传感器、第三料位传感器和第四料位传感器；扒煤机的出料口位于接料斗一侧的上方，各料位传感器位于接料斗另一侧的侧壁上；

井下扒煤机的减速电机为变频减速电机；各料位传感器均与一电控装置相连接，电控装置连接井下扒煤机的变频减速电机；

在第二步骤至第四步骤持续进行的过程中，在刀片和隔套上形成物料层；当井下扒煤机输送煤水混合物的速度高于撕碎机的下料速度时，刀片和隔套上形成的物料层逐渐加厚并进入接料斗；

每一个料位传感器感应到物料信号时表明物料层由下至上积累至该料位传感器处；变频减速电机初始启动时以最高频率运行；

仅第一料位传感器感应到物料信号时，电控装置控制变频减速电机以最高频率的80%运行；当第一料位传感器和第二料位传感器均感应到物料信号时，电控装置控制变频减速电机以最高频率的50%运行；当第一至第三料位传感器均感应到物料信号时，电控装置控制变频减速电机以最高频率的25%运行；当第一至第四料位传感器均感应到物料信号时，电控装置关闭变频减速电机，停止井下扒煤机。

本发明利用井下扒煤机、接料斗、撕碎机和叠螺式污泥脱水机形成的煤矿井下水煤分离系统，能够对煤矿井下煤水混合物进行固液分离。本系统和方法能够延长煤矿井底水仓的清挖周期，从而降低工人劳动强度，减少主水泵的堵塞，改善煤矿井下工作环境。

回流口和回流管以及滤网的设置，一方面能够使煤水混合物中绝大部分煤沿滤网和接料斗侧壁向下进入撕碎机，另一方面能够使煤水混合物中大部分水通过滤网和回流管回流入污泥池中，减少向下游输送的煤水混合物中的含水量。

本发明的水煤分离效果好，能够方便地将水煤、淤煤甚至是散煤扒出，防止大量淤煤进入主水泵吸水口而影响矿井排水。

本发明能够完成以往排污泵、渣浆泵等井下设备难以完成的任务，将含有较大颗粒水煤中的煤从水中分离出来并通过上部箱体运送出去。

理论上，只要扒煤机的刮板向上运行所带上去的煤水混合物的体积大于从缝隙中倒流下来的煤水混合物的体积，则煤水混合物就会源源不断的被扒煤机从污泥池中提升出来，实现水煤分离。

现场试验表明，使用扒煤机比使用渣浆泵泵送煤水混合物效果要好得多。使用渣浆泵或排污泵不适用于水中含有较大颗粒的情形，更加不适用于输送无水的散煤。

使用本发明中的扒煤机不仅不会出现堵塞，而且不但能够用于水煤分离，还可以用于扒出散煤。

本发明工作时，下链条通过刮板带动水煤而受力，为紧链条；上链条不受力而较松。链条在运行时会有一定扰动，上喇叭段和下喇叭段的设置，扩大了链条通过的空间，使得链条更容易通过上部箱体和下部箱体的结合处。

下部箱体通过下喇叭段连接在铰接轴上，使得下部箱体能够绕铰接轴转动。卷扬机通过钢丝绳和耳座能够牵引下部箱体，控制下部箱体沿铰接轴旋转的角度。当水位较低时，可以使下部箱体向下旋转，水位较高时则可以使下部箱体向上旋转，无须重新安装井下井下扒煤机就能够实现下链条具体位置的调整，增强了本发明的适应性，适应不同的扒煤高度，在污泥池中水位发生变化时无须重新安装井下扒煤机，避免扒煤高度变化时需要重新安装井下扒煤机的麻烦，简化了作业过程，节省了人工，提高了工作效率。

支撑板的中下部设有多个铰接孔，使用销轴通过不同的铰接孔连接支撑板与第二支撑座，可以调节支撑板顶部也即第四支撑座的高度，进而调节上部箱体的倾角（与水平面的夹角）。

通过二级水煤分离，可以大幅减少进入叠螺式污泥脱水机中的水份，提高叠螺式污泥脱水机的脱水效果。

本发明的水煤分离方法步骤简便，能够源源不断地进行煤水分离作业，分离污泥池中的煤份并制成煤饼运出，一方面防止出现淤煤进入主水泵吸水口而影响矿井排水的现象，另一方面实现了水中煤份的回收和利用，煤水分离中不会因水中煤份较多而出现无法输送的现象，保证了煤水分离作业的持续稳定进行，能够将分离出来的煤直接制成煤饼运出（以往井下进行的煤水分离不能使分离出来的煤达到能够装车运输的固化程度），非常方便地实现了资源回收利用。

向煤水混合物中加入絮凝剂后，能够分离出更多的煤份，叠螺式污泥脱水机最终制得的煤饼的效果更好，煤饼更为固化并更为适宜装车运输，叠螺式污泥脱水机分离出来的水份更为清澈一些。

污泥池中的煤的含量越多，撕碎机的负荷越大，撕碎机和接料斗处积累的物料层也越厚。因此，即便井下扒煤机运行速度不变，积累的物料层厚度也会发生变化。

如果井下扒煤机的扒煤速度持续快于煤在撕碎机中的破碎速度，则物料层不断变厚，会导致物料由接料斗处溢出，这样不仅浪费资源，还污染了井下作业环境。

如果井下扒煤机的扒煤速度持续慢于煤在撕碎机中的破碎速度，则物料层不断变薄，会导致撕碎机空载运行，造成能量浪费。

本发明根据各料位传感器的信号动态控制变频减速电机的运行频率，物料层较薄时以相对较快的速度扒煤，物料层较厚时以较慢的速度扒煤，物料层过厚时停止扒煤，实现了井下扒煤机与撕碎机的协同作业，避免扒煤速度与破碎速度不匹配造成的问题，实现最优化作业。

附图说明

图1是本发明中井下扒煤机的结构示意图；

图2是图1中A处的放大图；

图3是图1中B处的放大图；

图4是本发明的井下水煤分离系统的结构示意图；

图5是撕碎机的结构示意图；

图6是接料斗的结构示意图；

图7是电控装置控制变频减速电机的原理图。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明的井下水煤分离系统包括井下扒煤机31、接料斗32、撕碎机33、叠螺式污泥脱水机34 和带式输送机35；

井下扒煤机31包括上部箱体1和下部箱体2，上部箱体1和下部箱体2相通；

下部箱体2与水平面的夹角为0±15度，上部箱体1与水平面的夹角为45±15度；上部箱体1内于顶部位置设有主动链轮3，下部箱体2内于自由端部设有从动链轮4，主动链轮3和从动链轮4之间绕设有输送链条，输送链条沿其长度方向均匀连接有多个刮板6，刮板6的宽度是链条宽度的8倍以上，且刮板6的宽度与上部箱体1的内腔宽度相匹配；主动链轮3和从动链轮4均为常规部件，图中标号3和4仅为示出主动链轮3和从动链轮4的位置，并未详示主动链轮3和从动链轮4的形状。

主动链轮3处的上部箱体1的下表面连接有出料口7，主动链轮3处的上部箱体1上设有用于驱动主动链轮3的减速电机8，主动链轮3安装在减速电机8的输出轴上；

位于主动链轮3顶部和从动链轮4顶部之间的输送链条为上链条9，位于主动链轮3底部和从动链轮4底部之间的输送链条为下链条10，下链条10上的刮板6在通过上部箱体1时与上部箱体1的底壁滑动配合；这样可以使刮板6将煤粒向上刮动到出料口7处。

下部箱体2设于污泥池5顶部，下部箱体2的下部设有开口11，该开口11延伸至上部箱体1与下部箱体2的相接处（即喇叭段处）；开口11处的下链条10在重力的作用下向下垂至开口11下方，从而使刮板6刮动下部箱体2下方的水煤或散煤。

接料斗32呈上大下小的喇叭形，接料斗32顶部敞口，扒煤机的出料口7位于接料斗32的上方， 接料斗32底端连接撕碎机33的顶部，撕碎机33的底端通过管道连接叠螺式污泥脱水机34的进料口，叠螺式污泥脱水机34的下料口位于带式输送机35上料端的上方并与带式输送机35的上料端相邻；带式输送机35的下料端高于其上料端；叠螺式污泥脱水机34的下方设有导水槽37，导水槽37延伸至污泥池的上方。

出料口7下方的接料斗32侧壁上设有回流口，回流口处设有滤网，回流口连接有回流管38，回流管38向下通入污泥池中。回流口和滤网均为常规技术，图未示。

回流口和回流管38以及滤网的设置，一方面能够使煤水混合物中绝大部分煤沿滤网和接料斗32侧壁向下进入撕碎机33，另一方面能够使煤水混合物中部分水通过滤网和回流管38回流入污泥池中，减少向下游输送的煤水混合物中的含水量。

还包括有絮凝剂添加装置；絮凝剂添加装置包括加料箱39，加料箱39顶部敞口，加料箱39下部连接有下料管40，下料管40上设有下料阀41；下料管40伸入接料斗32或者污泥池。

上部箱体1底部设有上喇叭段12，下部箱体2正对上喇叭段12设有下喇叭段13。

本发明工作时，下链条10通过刮板6带动水煤而受力，为紧链条；上链条9不受力而较松。链条在运行时会有一定扰动，上喇叭段12和下喇叭段13的设置，扩大了链条通过的空间，使得链条更容易通过上部箱体1和下部箱体2的结合处。

上喇叭段12通过连接座14连接有铰接轴15，下喇叭段13连接在铰接轴15上；

上部箱体1的上部连接有卷扬机16，下部箱体2的中部设有耳座17，卷扬机16的钢丝绳18连接耳座17。

下部箱体2通过下喇叭段13连接在铰接轴15上，使得下部箱体2能够绕铰接轴15转动。卷扬机16通过钢丝绳18和耳座17能够牵引下部箱体2，控制下部箱体2沿铰接轴15旋转的角度。当水位较低时，可以使下部箱体2向下旋转，水位较高时则可以使下部箱体2向上旋转，适应不同的扒煤高度，避免扒煤高度变化时需要重新安装井下扒煤机31的麻烦。同时，下链条10为紧链条，在铰接轴15下方通过铰接轴15时与铰接轴15发生滑动摩擦。

下部箱体2通过可调节支架机构支撑于地面；

可调节支架机构包括框架式底架19，底架19支撑于地面；底架19邻近下部箱体2的一端向上设有第一支撑座20，底架19另一端向上设有第二支撑座21；

上部箱体1的中下部向下设有第三支撑座22，上部箱体1的中上部向下设有第四支撑座23；第一支撑座20与第三支撑座22通过销轴相铰接，第二支撑座21通过销轴铰接有支撑板24，支撑板24顶端通过销轴与第四支撑座23相铰接。支撑板24优选采用槽钢结构。这种连接方式结构稳固，能够稳定地支撑上部箱体1。

所述支撑板24的中下部沿其长度方向均匀间隔设有多个用于穿过销轴的铰接孔25，支撑板24连接的销轴通过位于相对上方的铰接孔25与第二支撑座21相连接时，上部箱体1与水平面的夹角（上部箱体1与水平面形成一个锐角和一个钝角，本发明中上部箱体1与水平面的夹角指的是其中的锐角）为α；支撑板24连接的销轴通过位于相对下方的铰接孔25与第二支撑座21相连接时，上部箱体1与水平面的夹角为β；α＜β。

支撑板24的中下部设有多个铰接孔25，使用销轴通过不同的铰接孔25连接支撑板24与第二支撑座21，可以调节支撑板24顶部也即第四支撑座23的高度，进而调节上部箱体1的倾角（与水平面的夹角）。

本发明还公开了使用上述井下水煤分离系统进行的水煤分离方法，按以下步骤进行：

第一步骤是安装，将本井下水煤分离系统安装于煤矿井底水仓入口处的水沟或者底抽巷处的污泥池旁边的地面上，将矿车36停靠于带式输送机35的下料端的下方；

使调节支撑板24的一个铰接孔25对准第二支撑座21上的连接孔后穿入销轴，将调节支撑板24与底架19连接在一起；启动卷扬机16，控制钢丝绳18的长度，从而控制下部箱体2的位置，使刮板6伸入污泥池液面以下。调节好下部箱体2的位置后，关闭卷扬机16。

第二步骤是一级水煤分离；启动减速电机8，从而驱动主动链轮带动输送链条和从动链轮旋转，使输送链条的下链条的运动方向为由下部箱体到上部箱体；在下部箱体2的开口11处，下链条10在重力的作用下向下伸出开口11，进入煤水混合物中，下链条10上的刮板将煤水混合物推送入上部箱体；

在上部箱体1内，下链条10上的刮板6与上部箱体1的底壁滑动配合，将煤水混合物向上推动，煤水混合物中的水在重力的作用下沿刮板6与上部箱体1配合的缝隙（不密封处）向下回流至污泥池5中，煤水混合物中的煤上升至出料口7时通过出料口7落入接料斗32；

第三步骤是二级水煤分离；落入接料斗32中的煤水混合物在经过滤网时，煤水混合物中的水以及小于滤网网孔的粉料通过滤网和进入回流管38，并沿回流管38回流入污泥池中；煤水混合物中大于滤网网孔的颗粒料沿滤网和接料斗32侧壁向下进入撕碎机33；颗粒料中具有煤块和煤矸石等物料。

通过二级水煤分离，可以大幅减少进入撕碎机33中的水份，提高叠螺式污泥脱水机34的脱水效果。

第四步骤是破碎；撕碎机33包括壳体42，壳体42上穿设有动力轴43和从动轴44，壳体42内的动力轴43和从动轴44上分别连接有刀片45，动力轴43和从动轴44上的刀片45交错设置；动力轴43的一端伸出壳体42一侧并用于与外置的动力装置（如电动机、减速器或柴油机等等输出动力的装置）相连接，动力轴43的另一端伸出壳体42另一侧并连接有主动齿轮46；从动轴44上设有与主动齿轮46啮合传动的从动齿轮47；在动力轴43和从动轴44上，轴向相邻的两个刀片45之间具有隔套48；动力轴43上的隔套48套设在动力轴43上，从动轴44上的隔套48套设在从动轴44上；落入接料斗32中的煤水混合物在刀片45和隔套48阻挡作用下，向下通过的速度降低，在刀片45和隔套48上形成物料层；

撕碎机33本身为现有技术，将物料破碎后有利于通过叠螺式污泥脱水机34制作煤饼，实现资源利用。

通过动力装置驱动动力轴43旋转，主动齿轮46通过从动齿轮47带动从动轴44旋转，且从动轴44与动力轴43的旋转方向相反，从而带动动力轴43和从动轴44上的刀片45进行相对旋转，进而使动力轴43和从动轴44上的刀片45对通过的颗粒粒产生挤压和剪切作用，进而打碎进入撕碎机33的颗粒料；破碎后的物料仍然包含部分水份；破碎后的物料经过管道进入叠螺式污泥脱水机34的进料口；

第五步骤是叠螺式污泥脱水机34对破碎后的物料进行浓缩和脱水，叠螺式污泥脱水机34分离出来的水份经导水槽37回流入污泥池5中，叠螺式污泥脱水机34中的的固体物料经浓缩和脱水后形成煤饼，煤饼经叠螺式污泥脱水机34的下料口落在带式输送机35的上料端，经带式输送机35输送后落入矿车36，矿车36将煤饼送至主井箕斗处，经箕斗提升至地面。一辆矿车36接满煤饼后离开叠螺式污泥脱水机34的下料口并将煤饼送出，同时将下一辆空载矿车36停在叠螺式污泥脱水机34的下料口下方继续承接煤饼；

叠螺式污泥脱水机34为现有设备，其结构不再图示，其工作原理是：叠螺式污泥脱水机34的主体是由固定环和游动环相互层叠，螺旋轴贯穿其中，形成过滤装置，前段（入口段）为浓缩部，后部为脱水部。固定环和游动环之间形成的缝隙从浓缩部到脱水部逐渐变小，螺旋轴的螺距从浓缩部到脱水部逐渐变小。螺旋轴的旋转在推动污泥从浓缩部输送到脱水部的同时，也不断带动游动环清扫滤缝，防止堵塞。

浓缩：当螺旋轴转动时，设在螺旋轴外围的多重活动环和固定环相对移动，在重力作用下，水从相对移动的叠片间隙中滤出，实现快速浓缩。

脱水：经过浓缩的物料随着螺旋轴的转动不断往前移动；沿煤饼出口方向，螺旋轴的螺距逐渐变小，环与环之间的间隙也逐渐变小，螺旋腔的体积不断收缩；在出口处背压板的作用下，内压逐渐增强，在螺旋轴依次连续运转推动下，物料中的水份受挤压排出，煤饼含固量不断升高，最终实现污泥的连续脱水。

自清洗：螺旋轴的旋转，推动游动环不断转动，设备依靠固定环和游动环之间的移动实现连续的自清洗过程，从而巧妙地避免了传统脱水机普遍存在的堵塞问题。

第二至第五步骤同步持续运行，持续对污泥池中的煤水混合物进行煤水分离和利用，直到污泥池中煤水混合物变清且叠螺式污泥脱水机34在连续15分钟的运行中未形成煤饼时，停止井下水煤分离系统的运行。

本发明的水煤分离方法步骤简便，能够源源不断地进行煤水分离作业，分离污泥池中的煤份并制成煤饼运出，一方面防止出现淤煤进入主水泵吸水口而影响矿井排水的现象，另一方面实现了水中煤份的回收和利用，煤水分离中不会因水中煤份较多而出现无法输送的现象，保证了煤水分离作业的持续稳定进行，能够将分离出来的煤直接制成煤饼运出（以往井下进行的煤水分离不能使分离出来的煤达到能够装车运输的固化程度），非常方便地实现了资源回收利用。

第一步骤中，由于α＜β，通过选择不同的铰接孔与第二支撑座相连接，调节上部箱体与水平面的夹角；这样可以使本发明具有更强的适应性，适应井下多种不同的具体情形。

在第二步骤至第四步骤的持续运行过程中，打开下料阀41，向接料斗32或者污泥池中加入絮凝剂。

向煤水混合物中加入絮凝剂后，能够分离出更多的煤份，叠螺式污泥脱水机34最终制得的煤饼的效果更好，煤饼更为固化并更为适宜装车运输，叠螺式污泥脱水机34分离出来的水份更为清澈一些。

在进行第二步骤时，如果污泥池的液位下降，则操作卷扬机，下放钢丝绳从而使下部箱体绕铰接轴向下旋转，进而使下链条向下伸入污泥池中的煤水混合物中继续将煤水混合物送入上部筒体。

通过卷扬机控制下部箱体的高度，无须重新安装井下井下扒煤机31就能够实现下链条具体位置的调整，增强了本发明的适应性，在污泥池中水位发生变化时无须重新安装井下扒煤机31，简化了作业过程，节省了人工，提高了工作效率。

所述接料斗32侧壁由上至下均匀间隔设有4个料位传感器，最上方的料位传感器位于接料斗32顶端，相邻两个料位传感器之间的间距为接料斗32高度的四分之一；各料位传感器由下至上分别为第一料位传感器49、第二料位传感器50、第三料位传感器51和第四料位传感器52；扒煤机的出料口位于接料斗32一侧的上方，各料位传感器位于接料斗32另一侧的侧壁上；这样可以避免料位传感器将下落的物料误认为是由下向上积累起来的物料，从而避免下文中的电控装置误动作。

井下扒煤机31的减速电机8为变频减速电机；各料位传感器均与一电控装置53相连接，电控装置53连接井下扒煤机31的变频减速电机；电控装置53可以采用51或52单片机，当然也可以采用PLC或者集成电路。

在第二步骤至第四步骤持续进行的过程中，煤水混合物在刀片45和隔套48上形成物料层；当井下扒煤机31输送煤水混合物的速度高于撕碎机33的下料速度时，刀片45和隔套48上形成的物料层逐渐加厚并进入接料斗32；

每一个料位传感器感应到物料信号时表明物料层由下至上积累至该料位传感器处；变频减速电机初始启动时以最高频率运行；

仅第一料位传感器49感应到物料信号时，电控装置53控制变频减速电机以最高频率的80%运行；当第一料位传感器49和第二料位传感器50均感应到物料信号时，电控装置53控制变频减速电机以最高频率的50%运行；当第一至第三料位传感器51均感应到物料信号时，电控装置53控制变频减速电机以最高频率的25%运行；当第一至第四料位传感器52均感应到物料信号时，电控装置53关闭变频减速电机，停止井下扒煤机31。

污泥池中的煤的含量越多，撕碎机33的负荷越大，撕碎机33和接料斗32处积累的物料层也越厚。因此，即便井下扒煤机31运行速度不变，积累的物料层厚度也会发生变化。

如果井下扒煤机31的扒煤速度持续快于煤在撕碎机33中的破碎速度，则物料层不断变厚，会导致物料由接料斗32处溢出，这样不仅浪费资源，还污染了井下作业环境。

如果井下扒煤机31的扒煤速度持续慢于煤在撕碎机33中的破碎速度，则物料层不断变薄，会导致撕碎机33空载运行，造成能量浪费。

本发明根据各料位传感器的信号动态控制变频减速电机的运行频率，物料层较薄时以相对较快的速度扒煤，物料层较厚时以较慢的速度扒煤，物料层过厚时停止扒煤，实现了井下扒煤机31与撕碎机33的协同作业，避免扒煤速度与破碎速度不匹配造成的问题，实现最优化作业。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.井下水煤分离系统，其特征在于：包括井下扒煤机、接料斗、撕碎机、叠螺式污泥脱水机和带式输送机；

井下扒煤机包括上部箱体和下部箱体，上部箱体和下部箱体相通；下部箱体与水平面的夹角为0±15度，上部箱体与水平面的夹角为45±15度；上部箱体内于顶部位置设有主动链轮，下部箱体内于自由端部设有从动链轮，主动链轮和从动链轮之间绕设有输送链条，输送链条沿其长度方向均匀连接有多个刮板，刮板的宽度与上部箱体的内腔宽度相匹配；

主动链轮处的上部箱体的下表面连接有出料口，主动链轮处的上部箱体上设有用于驱动主动链轮的减速电机，主动链轮安装在减速电机的输出轴上；

位于主动链轮顶部和从动链轮顶部之间的输送链条为上链条，位于主动链轮底部和从动链轮底部之间的输送链条为下链条，下链条上的刮板在通过上部箱体时与上部箱体的底壁滑动配合；

下部箱体设于污泥池顶部，下部箱体的下部设有开口，该开口延伸至上部箱体与下部箱体的相接处；开口处的下链条在重力的作用下向下垂至开口下方；

接料斗呈上大下小的喇叭形，接料斗顶部敞口，扒煤机的出料口位于接料斗的上方，接料斗底端连接撕碎机的顶部，撕碎机的底端通过管道连接叠螺式污泥脱水机的进料口，叠螺式污泥脱水机的下料口位于带式输送机上料端的上方并与带式输送机的上料端相邻；带式输送机的下料端高于其上料端；叠螺式污泥脱水机的下方设有导水槽，导水槽延伸至污泥池的上方。

2.根据权利要求1所述的井下水煤分离系统，其特征在于：出料口下方的接料斗侧壁上设有回流口，回流口处设有滤网，回流口连接有回流管，回流管向下通入污泥池中。

3.根据权利要求2所述的井下水煤分离系统，其特征在于：还包括有絮凝剂添加装置；絮凝剂添加装置包括加料箱，加料箱顶部敞口，加料箱下部连接有下料管，下料管上设有下料阀；下料管伸入接料斗或者污泥池。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的井下水煤分离系统，其特征在于：

井下扒煤机的上部箱体底部设有上喇叭段，下部箱体正对上喇叭段设有下喇叭段。

5.根据权利要求4所述的井下水煤分离系统，其特征在于：上喇叭段通过连接座连接有铰接轴，下喇叭段连接在铰接轴上；

上部箱体的上部连接有卷扬机，下部箱体的中部设有耳座，卷扬机的钢丝绳连接耳座。

6.根据权利要求5所述的井下水煤分离系统，其特征在于：下部箱体通过可调节支架机构支撑于地面；

可调节支架机构包括框架式底架，底架支撑于地面；底架邻近下部箱体的一端向上设有第一支撑座，底架另一端向上设有第二支撑座；

上部箱体的中下部向下设有第三支撑座，上部箱体的中上部向下设有第四支撑座；第一支撑座与第三支撑座通过销轴相铰接，第二支撑座通过销轴铰接有支撑板，支撑板顶端通过销轴与第四支撑座相铰接；

所述支撑板的中下部沿其长度方向均匀间隔设有多个用于穿过销轴的铰接孔，支撑板连接的销轴通过位于相对上方的铰接孔与第二支撑座相连接时，上部箱体与水平面的夹角为α；支撑板连接的销轴通过位于相对下方的铰接孔与第二支撑座相连接时，上部箱体与水平面的夹角为β；α＜β。

7.使用权利要求6中所述井下水煤分离系统进行的水煤分离方法，其特征在于按以下步骤进行：

第一步骤是安装，将本井下水煤分离系统安装于煤矿井底水仓入口处的水沟或者底抽巷处的污泥池旁边的地面上，将矿车停靠于带式输送机的下料端的下方；

使调节支撑板的一个铰接孔对准第二支撑座上的连接孔后穿入销轴，将调节支撑板与底架连接在一起；

第二步骤是一级水煤分离；启动减速电机，从而驱动主动链轮带动输送链条和从动链轮旋转，使输送链条的下链条的运动方向为由下部箱体到上部箱体；在下部箱体的开口处，下链条在重力的作用下向下伸出开口，进入煤水混合物中，下链条上的刮板将煤水混合物推送入上部箱体；

在上部箱体内，下链条上的刮板与上部箱体的底壁滑动配合，将煤水混合物向上推动，煤水混合物中的水在重力的作用下沿刮板与上部箱体配合的缝隙向下回流至污泥池中，煤水混合物中的煤上升至出料口时通过出料口落入接料斗；

第三步骤是二级水煤分离；落入接料斗中的煤水混合物在经过滤网时，煤水混合物中的水以及小于滤网网孔的粉料通过滤网和进入回流管，并沿回流管回流入污泥池中；煤水混合物中大于滤网网孔的颗粒料沿滤网和接料斗侧壁向下进入撕碎机；

第四步骤是破碎；撕碎机包括壳体，壳体上穿设有动力轴和从动轴，壳体内的动力轴和从动轴上分别连接有刀片，动力轴和从动轴上的刀片交错设置；动力轴的一端伸出壳体一侧并用于与外置的动力装置相连接，动力轴的另一端伸出壳体另一侧并连接有主动齿轮；从动轴上设有与主动齿轮啮合传动的从动齿轮；在动力轴和从动轴上，轴向相邻的两个刀片之间具有隔套；落入接料斗中的煤水混合物在刀片和隔套阻挡作用下，向下通过的速度降低，在刀片和隔套上形成物料层；

通过动力装置驱动动力轴旋转，主动齿轮通过从动齿轮带动从动轴旋转，且从动轴与动力轴的旋转方向相反，从而带动动力轴和从动轴上的刀片进行相对旋转，进而使动力轴和从动轴上的刀片对通过的颗粒粒产生挤压和剪切作用，进而打碎进入撕碎机的颗粒料；破碎后的物料仍然包含部分水份；破碎后的物料经过管道进入叠螺式污泥脱水机的进料口；

第五步骤是叠螺式污泥脱水机对破碎后的物料进行浓缩和脱水，叠螺式污泥脱水机分离出来的水份经导水槽回流入污泥池中，叠螺式污泥脱水机中的的固体物料经浓缩和脱水后形成煤饼，煤饼经叠螺式污泥脱水机的下料口落在带式输送机的上料端，经带式输送机输送后落入矿车，一辆矿车接满煤饼后离开叠螺式污泥脱水机的下料口并将煤饼送出，同时将下一辆空载矿车停在叠螺式污泥脱水机的下料口下方继续承接煤饼；

第二至第五步骤同步持续运行，持续对污泥池中的煤水混合物进行煤水分离和利用，直到污泥池中煤水混合物变清且叠螺式污泥脱水机在连续15分钟的运行中未形成煤饼时，停止井下水煤分离系统的运行。

8.根据权利要求7所述的水煤分离方法，其特征在于：第一步骤中，由于α＜β，通过选择不同的铰接孔与第二支撑座相连接，调节上部箱体与水平面的夹角；

在第二步骤至第四步骤的持续运行过程中，打开下料阀，向接料斗或者污泥池中加入絮凝剂。

9.根据权利要求7所述的水煤分离方法，其特征在于：在进行第二步骤时，如果污泥池的液位下降，则操作卷扬机，下放钢丝绳从而使下部箱体绕铰接轴向下旋转，进而使下链条向下伸入污泥池中的煤水混合物中继续将煤水混合物送入上部筒体。

10.根据权利要求7所述的水煤分离方法，其特征在于：所述接料斗侧壁由上至下均匀间隔设有4个料位传感器，最上方的料位传感器位于接料斗顶端，相邻两个料位传感器之间的间距为接料斗高度的四分之一；各料位传感器由下至上分别为第一料位传感器、第二料位传感器、第三料位传感器和第四料位传感器；扒煤机的出料口位于接料斗一侧的上方，各料位传感器位于接料斗另一侧的侧壁上；

井下扒煤机的减速电机为变频减速电机；各料位传感器均与一电控装置相连接，电控装置连接井下扒煤机的变频减速电机；

在第二步骤至第四步骤持续进行的过程中，在刀片和隔套上形成物料层；当井下扒煤机输送煤水混合物的速度高于撕碎机的下料速度时，刀片和隔套上形成的物料层逐渐加厚并进入接料斗；

每一个料位传感器感应到物料信号时表明物料层由下至上积累至该料位传感器处；变频减速电机初始启动时以最高频率运行；

仅第一料位传感器感应到物料信号时，电控装置控制变频减速电机以最高频率的80%运行；当第一料位传感器和第二料位传感器均感应到物料信号时，电控装置控制变频减速电机以最高频率的50%运行；当第一至第三料位传感器均感应到物料信号时，电控装置控制变频减速电机以最高频率的25%运行；当第一至第四料位传感器均感应到物料信号时，电控装置关闭变频减速电机，停止井下扒煤机。