CN115680495A - 一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，属于穿层钻孔施工煤水分离技术领域。该方法具有如下优势：具有高效性：能够实现煤水快速连续分离，连续出煤，消除人工清煤环节，减少清理煤粉时间，能够实现钻孔连续冲孔，钻孔整体成孔效率大幅度提高。达到精准计量的目的，有效的降低人工劳动力，大幅度提高钻孔施工效率，缩短工作面瓦斯治理时间，推进矿井整体工作可待续、高质量发展。该分离方法应用后冲孔煤量会翻倍增加，有效缩短瓦斯治理周期，减少煤泥外排，降低了水仓清挖频次，有效的预防了突出煤层瓦斯治理效果，提高了瓦斯治理水平，设备投入使用后可实现自动化、半自动化操作，减少人员投入，有效的保障了人员安全。

Description

一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法

技术领域

本发明属于穿层钻孔施工煤水分离技术领域，具体涉及一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法。

背景技术

目前底抽巷施工水力冲孔期间，一般钻机配备铁质煤池和防喷类装置，冲孔的煤泥水通过防喷类装置流入煤池，人工计量煤池内煤粉后再次通过人工将煤粉清理上皮带进行运输，剩余的煤泥水则通过巷道内临时排水沟流入固定泵坑内，再通过潜水泵排至采区主要进、回风巷水沟，并汇入采区泵房。这种处理工艺存在以下问题：

1、每台钻机需要均需要配备铁质防喷类装置和煤池，一方面比较笨重，每列钻孔施工完毕后移钻需要耗费大量的人力，另一方面，防喷类装置和煤池占用巷道空间较大，影响钻机布置、人行通过，导致巷道内只能人工运输物料。

2、煤粉在煤池内人工计量后，采用人工将煤粉清理至皮带，矿井由于瓦斯含量较高、瓦斯压力较大，平均每个钻孔出煤量少，每台钻机需要安排好几个人清理煤粉，工人劳动强度大，由于矿井底抽巷长度较长，一般设置好几部皮带，运行期间每部皮带均需要安排岗位工，造成人力投入成本高。

3、由于煤泥水全部通过煤池沉淀后流入巷道，导致巷道内水沟和泵坑需要专人清理，每班需要安排人工清理水沟和泵坑。

4、由于底抽巷排出的煤泥水全部流入矿井各采区水仓，矿井每月都需要抽调一个大量人力队伍专门负责各采区水仓的清淤工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，该方法能够实现煤水快速连续分离，连续出煤，高效且节约人力资源，有效的解决了现有技术中的大量耗费人力等的技术问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，所述方法包括：

(1)将水力冲孔后的固液气混合物流入防喷箱内，去除混合物中的气体；

(2)将步骤(1)留存的固液混合物经初筛分离和旋流筛分离处理；

(3)将步骤(2)中处理完成后的物料经除渣处理，获得粗煤粉和细颗粒煤泥水，所述粗煤粉储存；

(4)将步骤(3)中的细颗粒煤泥水进行搅拌、压滤，获得煤泥。

该分离方法的应用，能够实现煤粉精准计量，通过定连续计量器计量、精准有效；煤粉通过挤压、震动，过滤煤粉含水量、蓬松造成的不精准计量情况，提高精准计量水平。同时可以连接物联网实现视频全程监督验收，瓦检员、安检员现场抽查监督，做到数据莫实可靠，确保瓦斯治理抽采达标，安全可靠。煤矿防突穿层钻孔冲孔实现煤水快速分离、精准计量的煤水连续分离在河南省煤矿企业还是一个不小的空缺。煤水通过固液分离机，能有效将煤水快速分离、精准计量，达到了高产高效。

进一步优选地，所述步骤(3)中的固液气混合物为煤、水和瓦斯的混合物。

进一步优选地，所述步骤(2)中的，初筛分离包括使用网格筛将煤块进行筛分处理的步骤。

进一步优选地，所述网格筛的粒径为不小于25mm。

进一步优选地，所述步骤(2)中的，旋流筛分离包括使用水将初筛处理后的固液混合物进行冲洗后，利用旋流筛装置进行筛分的步骤。

进一步优选地，所述步骤(3)中的处理完成后的物料为水煤浆和粗煤粉。

进一步优选地，所述步骤(3)中的除渣处理时，采用粒径为3-25mm的振动筛。

进一步优选地，所述步骤(4)中，搅拌时采用水煤缓冲装置处理。

与现有技术相比，本发明至少具有如下技术效果：

本发明提供了一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，该方法实施过程中，具有如下优势：

1、具有高效性：该分离方法能够实现煤水快速连续分离，连续出煤，消除人工清煤环节，减少清理煤粉时间，能够实现钻孔连续冲孔，钻孔整体成孔效率大幅度提高，单班使用煤水分离系统与普通钻机对比，单台钻机节省清煤时间3-4小时，提高冲孔煤量15-20吨左右。达到精准计量的目的，有效的降低人工劳动力，大幅度提高钻孔施工效率，缩短工作面瓦斯治理时间，推进矿井整体工作可待续、高质量发展。

2、具有效益性：该分离方法应用后，一是冲孔煤量会翻倍增加，能够直接增加营业收入；二是打钻效率大幅提升，有效缩短瓦斯治理周期，能够实现采面提前数月投产；三是减少煤泥外排，降低了水仓清挖频次，可直接节约清挖水仓的人工工资。

3、具有社会效益：该分离方法的应用，实现了松软煤层快速冲煤，高瓦斯、高应力区域执行应冲尽冲措施，进一步提高了松软突出煤层瓦斯治理效果，有效的预防了突出，提高了瓦斯治理水平，实现了安全经济效益及社会效益。

4、具有安全性：该分离方法在投入使用前，人工清挖蓄煤池，设备投入使用后可实现自动化、半自动化操作，减少人员投入，有效的保障了人员安全。

附图说明

图1为该煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法实施例1的实施流程示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围，实施例中未注明的具体条件，按照常规条件或者制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的一种具体的实施方式的技术方案为：

一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，所述方法包括：

(1)将水力冲孔后的固液气混合物流入防喷箱内，去除混合物中的气体；

(2)将步骤(1)留存的固液混合物经初筛分离和旋流筛分离处理；

(3)将步骤(2)中处理完成后的物料经除渣处理，获得粗煤粉和细颗粒煤泥水，所述粗煤粉储存；

(4)将步骤(3)中的细颗粒煤泥水进行搅拌、压滤，获得煤泥。

进一步优选地，所述步骤(3)中的固液气混合物为煤、水和瓦斯的混合物。

进一步优选地，所述步骤(2)中的，初筛分离包括使用网格筛将煤块进行筛分处理的步骤。

进一步优选地，所述网格筛的粒径为不小于25mm。

进一步优选地，所述步骤(2)中的，旋流筛分离包括使用水将初筛处理后的固液混合物进行冲洗后，利用旋流筛装置进行筛分的步骤。

进一步优选地，所述步骤(3)中的处理完成后的物料为水煤浆和粗煤粉。

进一步优选地，所述步骤(3)中的除渣处理时，采用粒径为3-25mm的振动筛。

进一步优选地，所述步骤(4)中，搅拌时采用水煤缓冲装置处理。

实施例1：具体流程如图1所示，

一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法方法包括：

一级分离：水力冲孔的瓦斯、煤、水等混合物经孔口三通流入防喷箱内，通过防喷箱上连接的瓦斯抽采管路进行气体分离。

二级分离：一级分离后的煤水混合物在进入入远程输送(排渣射流泵)泵前，通过网格筛把粒径25mm煤(岩)块进行筛分掉，避免堵塞管路。

三级分离：粒径25mm以下煤水混合物进入远程输送泵后，补水并通过Φ65mm输送管输送到指定的胶带运输机上方的旋流筛进行部分水煤脱离。

四级分离：经过三级分离后的水煤浆落入粗颗粒除渣装置(振动筛)将较大的粗煤粉振动筛选后自动进入计量斗，计量出煤粉重量(一斗约0.4吨)自动倒入胶带运输机并运走。

五级分离：通过粗颗粒除渣装置(振动筛)过滤掉的细颗粒煤泥水进入专用的水煤缓冲池内进行搅拌。再通过专用的潜水排污泵输送到细煤泥压滤机上进行压滤。压滤后的煤泥计量(每压滤一板约0.4吨)后自动倒入胶带运输机并运走，同时过滤后的清水可以再循环为打钻使用。

实验例：

梁北煤矿32041中巷底抽巷穿层钻孔冲孔煤泥水处理方法的实施方案

(一)矿井简介

梁北煤矿煤层厚度0～10.79m，平均厚度4.61m，煤层瓦斯压力0.6～2.75MPa，瓦斯含量5.73～12.46m3/t，硬度系数0.15～0.25，煤层透气性系数0.0011～0.0454m²/MPa2.d。

梁北煤矿矿井瓦斯治理方式为：掘进工作面采取穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯的措施，回采区域采取穿层钻孔预抽回采区煤层瓦斯的措施，同时采用水力冲孔进行卸压增透。

(二)32041中巷底抽巷简介

32041中巷底抽巷位于32041工作面，总长度1586.1m，在32041中巷底抽巷内施工掩护32041工作面回采的区域防突措施穿层钻孔，设计穿层钻孔133列，列间距7m，共设计穿层钻孔1880个，均为水力冲孔钻孔，设计冲孔煤量17510t。

(三)穿层钻孔施工流程

梁北矿目前底抽巷施工水力冲孔期间，每台钻机配备一套加工的铁质煤池和一个直径Φ600mm、长2m的防喷箱，冲孔的煤泥水通过防喷箱流入煤池内沉淀，人工计量煤池内煤粉后再次通过人工将煤粉清理上皮带进行运输，剩余的煤泥水则通过巷道内临时排水沟流入固定泵坑内。

煤粉分析情况：

依据矿井打钻现场钻孔冲出煤浆取样分别进行了干、湿样粒径占比分析，具体分析结果如下：

(一)干样分析结果如下：

样本1000g(干料) 1mm筛上282.5g 占比28.3％

1mm筛下717.25g 占比71.70％

样本1000g(干料) 0.5mm筛上329g 占比32.9％

0.5mm筛下671g 占比67.1％

样本1000g(干料) 0.2mm筛上577.5g 占比57.8％

(二)湿样分析结果如下：

0.2mm筛下422g占比42.2％；筛上物占比57.8％

梁北矿目前水煤分离现状：

梁北矿目前底抽巷施工水力冲孔期间，每台钻机配备一套加工的铁质煤池和一个直径Φ600mm、长2m的防喷箱，冲孔的煤泥水通过防喷箱流入煤池内沉淀，人工计量煤池内煤粉后再次通过人工将煤粉清理上皮带进行运输，剩余的煤泥水则通过巷道内临时排水沟流入固定泵坑内，再通过潜水泵排至采区主要进、回风巷水沟，并汇入采区泵房。

(一)优点：

由于每台钻机均配备有铁质煤池，单台钻机均可以实现冲孔煤量单孔精准计量，方便考核。

(二)缺点：

1、每台钻机需要配备铁质防喷箱和煤池，一方面比较笨重，每列钻孔施工完毕后移钻需要耗费大量的人力，另一方面，防喷箱和煤池长度约15m，宽约1.5m，占用巷道空间较大，影响钻机布置、人行通过，导致巷道内只能人工运输物料。

2、煤粉在煤池内人工计量后，采用人工将煤粉清理至皮带，矿井由于瓦斯含量较高、瓦斯压力较大，平均每个钻孔出煤10吨，每台钻机需要安排3-4人清理煤粉，工人劳动强度大，由于矿井底抽巷长度为1500m左右，一般有2-3部皮带，运行期间每部皮带均需要安排岗位工，造成人力投入成本高。

3、由于煤泥水全部通过煤池沉淀后流入巷道，导致巷道内水沟和泵坑需要专人清理，每班需要安排1-2人清理水沟和泵坑。

4、由于底抽巷排出的煤泥水全部流入矿井各采区水仓，矿井每月都需要抽调一个60人队伍专门负责各采区水仓的清淤工作。

使用本申请提供的该穿层钻孔冲孔煤泥水处理方法：

梁北矿穿层钻孔水力冲孔期间，煤水分离以及煤粉自动上皮带一直是困扰矿井提质提效的难题，通过充分了解，并实地考察，平禹煤电方山矿二煤新井采用的穿层钻孔冲孔煤泥水处理系统很好的解决了以上的难题，具体原理及流程如下：

采用五级分离原理及流程：

一级分离：水力冲孔的瓦斯、煤、水等混合物经孔口三通流入防喷箱内，通过防喷箱上连接的瓦斯抽采管路进行气体分离。

二级分离：一级分离后的煤水混合物在进入入远程输送(排渣射流泵)泵前，通过网格筛把粒径25mm煤(岩)块进行筛分掉，避免堵塞管路。

三级分离：粒径25mm以下煤水混合物进入远程输送泵后，补水并通过Φ65mm输送管输送到指定的胶带运输机上方的旋流筛进行部分水煤脱离。

四级分离：经过三级分离后的水煤浆落入粗颗粒除渣装置(振动筛)将较大的粗煤粉振动筛选后自动进入计量斗，计量出煤粉重量(一斗约0.4吨)自动倒入胶带运输机并运走。

五级分离：通过粗颗粒除渣装置(振动筛)过滤掉的细颗粒煤泥水进入专用的水煤缓冲池内进行搅拌。再通过专用的潜水排污泵输送到细煤泥压滤机上进行压滤。压滤后的煤泥计量(每压滤一板约0.4吨)后自动倒入胶带运输机并运走，同时过滤后的清水可以再循环为打钻使用。

设计依据

1、满足同时冲孔钻机台数：5台，水煤混合物100m³/h；

2、水煤混合物输送距离：600—1500m。

计算依据：根据矿井打钻现场的水压及设备计算，每台冲孔设备产生的煤泥水量为12m³/h，冲孔煤泥水最大浓度为25％。系统设计以煤泥水的最大流量及最大浓度进行计算，设煤泥的比重为1.5t/m³，水的比重为1t/m³。1m³煤泥水中煤泥的重量为0.5吨。

1m³煤泥水中煤泥的体积为0.5/1.5＝0.333m³

1m³煤泥水中水的体积为1-0.333＝0.666m³

1m³煤泥水中水的重量为0.666吨。

煤泥水的比重为＝0.25+0.666＝0.916t/m³。

经过上述计算可以得知：每台冲孔设备产生煤泥量12m³×0.5＝6m³/h，5台钻机共产生煤泥30m³/h。

由于每台设备用矿用打钻防喷一体型渣浆远程输送系统输送时需要稀释，稀释水量约12m³/h，故每台设备出煤水量24m³/h，5台合计100m³/h。

设备选型及设备参数

钻机及设备布置：

施工地点及钻机布置：

计划在32041中巷底抽巷布置8-10台钻机，从切眼方向向外进行整体施工。

设备布置：

32041中巷底抽巷(二部)皮带机尾设置在外部泵坑位置处，仅仅需要安装500m皮带，利用外部排水硐室做储水池使用，压滤机和过滤机等终端装备安装在皮带机尾处(为保证巷道空间，需要对机尾前后40m范围进行刷扩，巷宽由4.8m刷扩至6.8m左右)，每2台钻机安装一趟输送管路，共计安装5趟输送管路，每台钻机安装1个输送泵，由于输送泵的有效输送距离在500m左右，在每台钻机需要额外增加1台输送泵进行二级传送，将煤泥水从钻机处运输至皮带机尾过滤机处。

人员配置：

1、传统方式每台钻机配备3人同时施工，使用新系统后，每台钻机仅需要2人同时施工，1人负责运行钻机，1人负责接切钻杆、观察出渣口及清理煤泥水处理出来的大渣块，皮带机尾集中计量出煤处操作台配备1名司机。

预期达到效果：

(一)经济方面(以下数据按照一条底抽巷布置7部钻机计算)

1、传统每台钻机需要配备铁质防喷箱和煤池，煤池箱尺寸10m*1.5m*0.8m，重量1600公斤左右，一条底抽巷布置7个煤池箱，一个煤池箱成本(含人工材料费用)12800元，一年一条巷道可以节省该部分费用约89600元。

2、煤粉在煤池内人工计量后，采用人工将煤粉清理至皮带，矿井由于瓦斯含量较高、瓦斯压力较大，平均单孔出煤量在10吨左右，每台钻机需要安排3-4人清理煤粉，清理时间约2-4个小时，每个圆班需出煤80吨左右，每天一个钻探区队可以节省约8人清理煤粉。

3、传统方式由于煤泥水全部通过煤池沉淀后流入巷道，导致巷道内水沟和泵坑需要专人清理，采用新系统后区队每班可以节省1-2人清理水沟和泵坑。

4、一条底抽巷可减少2部DSJ80/40/2*40带式输送机，此项费用合计127.5万元。

5、该套系统投用后，经压滤机过滤后的清水能够循环使用，排入水仓的废水可减少80％，每年主排水泵可减少排水33.2万吨，节约排水电费及水处理费用82.4万元。

6、由于矿井底抽巷长度为1500m左右，一般有2-3部皮带，需配备皮带机司机4人，检修工1人，每天需投入15人，每年需投入人工费用1440000元。同时每部皮带机每月还需5000元材料费用，每年需投入180000元材料费用。

7、由于减少底抽巷内潜水泵、皮带的投入，每年可以节约用电量147.3万度，节约电费98.6万元。

8、传统方式由于底抽巷排出的煤泥水全部流入矿井各采区水仓，矿井每月都需要抽调一个60人队伍专门负责各采区水仓的清淤工作，采用新系统后，采区水仓可以保持买年清理一次。

9、通过穿层钻孔冲孔煤泥水处理系统的投入，瓦斯治理钻孔的施工效率可以提高20％(32041机巷掩护条带区域钻孔设计3283个，7台钻机施工，可以提前75天施工完毕)。

(二)安全方面

1、通过穿层钻孔冲孔煤泥水处理系统的投入，瓦斯治理钻孔的施工效率可以提高20％(32041机巷掩护条带区域钻孔设计3283个，7台钻机施工，可以提前75天施工完毕)，抽采钻孔预抽期可以增加75天，从而减低采掘工作面作业期间的瓦斯涌出量，提高采掘工作面的安全作业系数和施工效率，可以有效缓解矿井采掘接替紧张局面。

2、通过穿层钻孔冲孔煤泥水处理系统的投入，实现自动清煤、无人清理水沟和泵坑、使用无轨胶轮车运输物料、减少岗位工等减人提效目标，在降低工人劳动强度的同时又提高作业期间的安全性。

3、通过穿层钻孔冲孔煤泥水处理系统的投入，消除巷道内皮带和煤池的安装，作业空间增大，作业环境宽松，减少安全事故的概率，且安全通道更加畅通，便于异常情况下的人员撤离。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)将水力冲孔后的固液气混合物流入防喷箱内，去除混合物中的气体；

(2)将步骤(1)留存的固液混合物经初筛分离和旋流筛分离处理；

(3)将步骤(2)中处理完成后的物料经除渣处理，获得粗煤粉和细颗粒煤泥水，所述粗煤粉储存；

(4)将步骤(3)中的细颗粒煤泥水进行搅拌、压滤，获得煤泥。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，其特征在于，所述步骤(3)中的固液气混合物为煤、水和瓦斯的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，其特征在于，所述步骤(2)中的，初筛分离包括使用网格筛将煤块进行筛分处理的步骤。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，其特征在于，所述网格筛的粒径为不小于25mm。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，其特征在于，所述步骤(2)中的，旋流筛分离包括使用水将初筛处理后的固液混合物进行冲洗后，利用旋流筛装置进行筛分的步骤。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，其特征在于，所述步骤(3)中的处理完成后的物料为水煤浆和粗煤粉。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，其特征在于，所述步骤(3)中的除渣处理时，采用粒径为3-25mm的振动筛。

8.根据权利要求1所述的一种煤矿底抽巷穿层钻孔施工煤水分离方法，其特征在于，所述步骤(4)中，搅拌时采用水煤缓冲装置处理。

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