煤礦井下水力沖孔煤泥水快速沉淀裝置的制造方法
【專利摘要】煤礦井下水力沖孔煤泥水快速沉淀裝置，包括沉淀池、伸縮支架、吊架、煤泥水輸出管、電性中和劑加入箱和高分子絮凝劑加入箱，伸縮支架上設(shè)有聚液斗，煤泥水輸出管上設(shè)有抱箍，抱箍上部鉸接在吊架下端，煤泥水輸出管的進(jìn)液端與聚液斗底部連接，煤泥水輸出管的出液端位于沉淀池上方；電性中和劑加入箱底部與煤泥水輸出管頂部之間設(shè)有第一進(jìn)液管，高分子絮凝劑加入箱底部與煤泥水輸出管頂部之間設(shè)有第二進(jìn)液管。本實(shí)用新型通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究，得出試驗(yàn)煤泥沉淀所需藥劑濃度與煤泥水濃度比值和沉淀時(shí)間的規(guī)律與關(guān)系式。此規(guī)律推廣至不同煤層，確定應(yīng)用所需藥劑量，使沖孔煤泥快速高效沉淀。
【專利說明】
煤礦井下水力沖孔煤泥水快速沉淀裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬煤礦井下高壓水射流沖孔技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤礦井下水力沖孔煤泥水快速沉淀裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，高壓水射流技術(shù)在井下應(yīng)用廣泛，其特點(diǎn)是壓力高、流量大，往往會(huì)在工作面產(chǎn)生大量煤泥污水。進(jìn)行水力沖孔，能夠減少打鉆時(shí)的煤塵，煤塵具有爆炸性，不利于煤礦的安全生產(chǎn)。井下工人由于長時(shí)間在充滿煤塵的環(huán)境中工作，容易得煤肺病，對(duì)煤礦職工的健康有直接危害。煤泥污水中含有大量的煤，如果不加以處理，就會(huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。根據(jù)煤的堅(jiān)固性系數(shù)不同，所需要沖孔壓力與沖出的煤泥水濃度也不相同，所需要的藥劑量沒有一個(gè)定值，如果加入的藥劑量過多則容易造成沉淀的煤泥板結(jié)，沉淀過后所產(chǎn)生的濾液中含有化學(xué)物質(zhì)造成環(huán)境污染。如果加入的藥劑量過少則造成沉淀不完全，達(dá)不到所需要的沉淀效果。煤泥水直接抽出需要井下煤泥抽出設(shè)備，長時(shí)間的抽出容易造成設(shè)備損害。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種煤礦井下水力沖孔煤泥水快速沉淀裝置，該裝置根據(jù)煤的堅(jiān)固性系數(shù)確定煤泥水的濃度，水力沖孔所產(chǎn)生的煤泥水加入藥劑后流入沉淀池沉淀，一段時(shí)間后檢驗(yàn)沉淀后的煤泥水濃度，合格后分別排出溶液和挖出沉淀后的煤泥。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:煤礦井下水力沖孔煤泥水快速沉淀裝置，包括沉淀池、伸縮支架、吊架、煤泥水輸出管、電性中和劑加入箱和高分子絮凝劑加入箱，伸縮支架上設(shè)有聚液斗，聚液斗呈上大下小、頂部敞口的殼體結(jié)構(gòu)，吊架上端設(shè)在巷道頂壁上，煤泥水輸出管上設(shè)有抱箍，抱箍上部鉸接在吊架下端，煤泥水輸出管的進(jìn)液端向上折彎并與聚液斗底部連接，煤泥水輸出管的出液端向下折彎并位于沉淀池上方；電性中和劑加入箱底部與煤泥水輸出管頂部之間設(shè)有第一進(jìn)液管，第一進(jìn)液管上設(shè)有第一流量調(diào)節(jié)閥，高分子絮凝劑加入箱底部與煤泥水輸出管頂部之間設(shè)有第二進(jìn)液管，第二進(jìn)液管上設(shè)有第二流量調(diào)節(jié)閥，第一進(jìn)液管與聚液斗之間的距離小于第二進(jìn)液管與聚液斗之間的距離。
[0005]沉淀池一側(cè)中上部設(shè)有排水管，排水管上設(shè)有排水閥，煤泥水輸出管的出水口和排水閥的進(jìn)水口分別位于沉淀池的相對(duì)兩側(cè)。
[0006]采用本實(shí)用新型進(jìn)行煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法，包括以下步驟:
[0007](I)在煤礦井下巷道內(nèi)沖孔的區(qū)域的合適位置設(shè)置煤泥水快速沉淀裝置，煤泥水快速沉淀裝置包括沉淀池，測(cè)量出沉淀池的體積大??；
[0008](2)在步驟(I)中的區(qū)域煤層第一個(gè)水力沖孔作為測(cè)試孔，分別在沖孔時(shí)間O?1.5h、1.5h~2h的時(shí)間段內(nèi)取所產(chǎn)生的煤泥水各500ml，在地面實(shí)驗(yàn)室分別測(cè)出這兩個(gè)時(shí)間段所采集的煤泥水濃度;并測(cè)試出沖孔過程中煤泥水的流量;該區(qū)域同一煤層水力沖孔所產(chǎn)生的煤泥水濃度測(cè)出的煤泥水濃度相同；
[0009](3)根據(jù)測(cè)試出來的煤泥水的濃度和沉淀池的大小，確定該區(qū)域內(nèi)的煤泥水的沉淀所需要的時(shí)間；
[0010](4)采用電性中和劑作為一種加速沉淀藥劑，電性中和劑與煤泥水濃度的比值和沉淀所需要的時(shí)間的公式為:
[0011]yi = 18.161x1—0.892 (I)
[0012]式中:?一電性中和劑百分比與煤泥水濃度的比值；
[0013]yi 一沉淀所需要的時(shí)間；
[0014]由步驟(3)中的沉淀所需要的時(shí)間可求出電性中和劑百分比與不同時(shí)段煤泥水濃度的比值，煤泥水濃度已知，可求得不同時(shí)段所需電性中和劑百分比。
[0015]采用高分子絮凝劑作為另一種加速沉淀藥劑，高分子絮凝劑與煤泥水濃度的比值和沉淀所需要的時(shí)間的公式為:
[0016]y2 = 9.9445x2—1.139 (2)
[0017]式中:X2—高分子絮凝劑百分比與煤泥水濃度的比值；
[0018]y2 一沉淀所需要的時(shí)間，
[0019]由步驟(3)沉淀時(shí)間可求出高分子絮凝劑百分比與不同時(shí)段煤泥水濃度的比值，煤泥水濃度已知，可求得不同時(shí)段所需高分子絮凝劑百分比；
[0020](5)根據(jù)煤泥水的流量與藥劑加入裝置的流量，利用步驟(4)所求得的O?1.5h和1.5h~2h兩個(gè)時(shí)間段中需要添加的電性中和劑和高分子絮凝劑的比例，求得所述兩個(gè)時(shí)間段所需要的添加電性中和劑和高分子絮凝劑的量；
[0021 ] (6 )在巷道內(nèi)待沖孔的區(qū)域布置鉆機(jī)和鉆桿，進(jìn)行實(shí)際水力沖孔作業(yè)，把電性中和劑和高分子絮凝劑按步驟(5)中求得的量放置到煤泥水快速沉淀裝置內(nèi)，由水力沖孔所產(chǎn)生的煤泥水經(jīng)過煤泥水快速沉淀裝置依次分別與電性中和劑和高分子絮凝劑充分混合后流入沉淀池；
[0022](7)經(jīng)沉淀池沉淀后，取上層溶液到實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)煤泥水濃度，達(dá)標(biāo)后，沉淀池內(nèi)的上層溶液直接排出，經(jīng)井下排水系統(tǒng)排出礦井，沉淀池內(nèi)下部沉淀的煤泥挖出運(yùn)出礦井。
[0023]步驟(6)中的電性中和劑和高分子絮凝劑分別添加到電性中和劑加入箱和高分子絮凝劑加入箱內(nèi)，伸縮支架放置巷道底板上，聚液斗一側(cè)緊貼巷道壁并位于待沖孔的下方，開啟鉆機(jī)，高壓水通過鉆桿進(jìn)行沖孔作業(yè)，煤泥水由鉆孔口流到聚液斗，再經(jīng)過煤泥水輸出管流入到沉淀池內(nèi)，與此同時(shí)，操控第一流量調(diào)節(jié)閥和第二流量調(diào)節(jié)閥，使電性中和劑加入箱和高分子絮凝劑混入到煤泥水內(nèi)的速度與步驟(5)得到的比例一致。
[0024]步驟(7)中的煤泥水在沉淀池內(nèi)沉淀過程中，排水閥關(guān)閉，待水位上升到沉淀池上邊沿處時(shí)，將排水閥打開持續(xù)排水。
[0025]本實(shí)用新型中的伸縮支架可調(diào)節(jié)高度，這樣可調(diào)節(jié)聚液斗的高度，以適用于沖孔作業(yè)的不同高度。抱箍上部鉸接在吊架下端，這樣也可以使煤泥水輸出管根據(jù)以吊架下端為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而適合沖孔作業(yè)時(shí)聚液斗的高度。
[0026]本實(shí)用新型提供了一種煤泥水沉淀系統(tǒng)裝置，通過藥劑加入箱加入兩種藥劑，利用可調(diào)閥門來控制藥劑的加入量，煤泥水的流動(dòng)又能使藥劑和煤泥水充分混合。本實(shí)用新型通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究，得出試驗(yàn)煤泥沉淀所需藥劑濃度與煤泥水濃度比值和沉淀時(shí)間的規(guī)律與關(guān)系式，并通過這些關(guān)系式在煤泥水凈化處理推廣應(yīng)用。本實(shí)用新型推廣至不同煤層，確定應(yīng)用所需藥劑量，使沖孔煤泥快速高效沉淀。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0028]圖2為電性中和劑濃度百分比與煤泥水濃度的比值和沉淀時(shí)間的關(guān)系圖；
[0029]圖3為高分子絮凝劑濃度百分比與煤泥水濃度的比值和沉淀時(shí)間的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]如圖1所示，本實(shí)用新型沉淀池2、伸縮支架3、吊架4、煤泥水輸出管5、電性中和劑加入箱6和高分子絮凝劑加入箱7，伸縮支架3上設(shè)有聚液斗8，聚液斗8呈上大下小、頂部敞口的殼體結(jié)構(gòu)，吊架4上端設(shè)在巷道I頂壁上，煤泥水輸出管5上設(shè)有抱箍9，抱箍9上部鉸接在吊架4下端，煤泥水輸出管5的進(jìn)液端向上折彎并與聚液斗8底部連接，煤泥水輸出管5的出液端向下折彎并位于沉淀池2上方；電性中和劑加入箱6底部與煤泥水輸出管5頂部之間設(shè)有第一進(jìn)液管10，第一進(jìn)液管10上設(shè)有第一流量調(diào)節(jié)閥11，高分子絮凝劑加入箱7底部與煤泥水輸出管5頂部之間設(shè)有第二進(jìn)液管12，第二進(jìn)液管12上設(shè)有第二流量調(diào)節(jié)閥13，第一進(jìn)液管10與聚液斗8之間的距離小于第二進(jìn)液管12與聚液斗8之間的距離。
[0031]沉淀池2—側(cè)中上部設(shè)有排水管14，排水管14上設(shè)有排水閥15，煤泥水輸出管5的出水口和排水閥15的進(jìn)水口分別位于沉淀池2的相對(duì)兩側(cè)。
[0032]采用本實(shí)用新型的煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法，包括以下步驟:
[0033](I)在煤礦井下巷道I內(nèi)沖孔的區(qū)域的合適位置設(shè)置煤泥水快速沉淀裝置(本實(shí)用新型)，煤泥水快速沉淀裝置包括沉淀池2，測(cè)量出沉淀池2的體積大小；
[0034](2)在步驟(I)中的區(qū)域煤層第一個(gè)水力沖孔作為測(cè)試孔，分別在沖孔時(shí)間O?1.5h、1.5h~2h的時(shí)間段內(nèi)取所產(chǎn)生的煤泥水各500ml，在地面實(shí)驗(yàn)室分別測(cè)出這兩個(gè)時(shí)間段所采集的煤泥水濃度;并測(cè)試出沖孔過程中煤泥水的流量;該區(qū)域同一煤層水力沖孔所產(chǎn)生的煤泥水濃度測(cè)出的煤泥水濃度相同；
[0035](3)根據(jù)測(cè)試出來的煤泥水的濃度和沉淀池2的大小，確定該區(qū)域內(nèi)的煤泥水的沉淀所需要的時(shí)間；
[0036](4)如圖2所示，采用電性中和劑作為一種加速沉淀藥劑，電性中和劑與煤泥水濃度的比值和沉淀所需要的時(shí)間的公式為:
[0037]yi = 18.161xf0.892(I)
[0038]式中:?一電性中和劑百分比與煤泥水濃度的比值；
[0039]yi一沉淀所需要的時(shí)間；
[0040]由步驟(3)中的沉淀所需要的時(shí)間可求出電性中和劑百分比與不同時(shí)段煤泥水濃度的比值，煤泥水濃度已知，可求得不同時(shí)段所需電性中和劑百分比。
[0041]如圖3所示，采用高分子絮凝劑作為另一種加速沉淀藥劑，高分子絮凝劑與煤泥水濃度的比值和沉淀所需要的時(shí)間的公式為:
[0042]y2 = 9.9445x2—^139 (2)
[0043]式中:X2—高分子絮凝劑百分比與煤泥水濃度的比值；
[0044]y2—沉淀所需要的時(shí)間，
[0045]由步驟(3)沉淀時(shí)間可求出高分子絮凝劑百分比與不同時(shí)段煤泥水濃度的比值，煤泥水濃度已知，可求得不同時(shí)段所需高分子絮凝劑百分比；
[0046](5)根據(jù)煤泥水的流量與藥劑加入裝置的流量，利用步驟(4)所求得的O?1.5h和1.5h~2h兩個(gè)時(shí)間段中需要添加的電性中和劑和高分子絮凝劑的比例，求得所述兩個(gè)時(shí)間段所需要的添加電性中和劑和高分子絮凝劑的量；
[0047](6)在巷道I內(nèi)待沖孔的區(qū)域布置鉆機(jī)16和鉆桿17，進(jìn)行實(shí)際水力沖孔作業(yè)，把電性中和劑和高分子絮凝劑按步驟(5)中求得的量放置到煤泥水快速沉淀裝置內(nèi)，由水力沖孔所產(chǎn)生的煤泥水經(jīng)過煤泥水快速沉淀裝置依次分別與電性中和劑和高分子絮凝劑充分混合后流入沉淀池2;煤泥水先與電性中和劑混合，再與高分子絮凝劑混合，煤泥沉淀的效果會(huì)更加快速。
[0048](7)經(jīng)沉淀池2沉淀后，取上層溶液到實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)煤泥水濃度，達(dá)標(biāo)后，沉淀池2內(nèi)的上層溶液直接排出，經(jīng)井下排水系統(tǒng)排出礦井，沉淀池2內(nèi)下部沉淀的煤泥挖出運(yùn)出礦井。
[0049]步驟(6)中的電性中和劑和高分子絮凝劑分別添加到電性中和劑加入箱6和高分子絮凝劑加入箱7內(nèi)，伸縮支架3放置巷道I底板上，聚液斗8—側(cè)緊貼巷道I壁并位于待沖孔的下方，開啟鉆機(jī)16，高壓水通過鉆桿17進(jìn)行沖孔作業(yè)，煤泥水由鉆孔口流到聚液斗8，再經(jīng)過煤泥水輸出管5流入到沉淀池2內(nèi)，與此同時(shí)，操控第一流量調(diào)節(jié)閥11和第二流量調(diào)節(jié)閥13，使電性中和劑加入箱6和高分子絮凝劑混入到煤泥水內(nèi)的速度與步驟(5)得到的比例一致。
[0050]步驟(7)中的煤泥水在沉淀池2內(nèi)沉淀過程中，排水閥15關(guān)閉，待水位上升到沉淀池2上邊沿處時(shí)，將排水閥15打開持續(xù)排水。
[0051]以下為某礦區(qū)水力沖孔所產(chǎn)生的煤泥水，利用本實(shí)用新型來處理煤泥水實(shí)驗(yàn)效果為例來說明:
[0052]某煤礦某一煤層第一個(gè)測(cè)試孔在O?1.5h、1.5h~2h的時(shí)間段內(nèi)分別取煤泥水500ml，在地面實(shí)驗(yàn)室測(cè)得其濃度分別為0.1165kg/L、0.0271 kg/L。設(shè)置沉淀時(shí)間為IlOs，代入公式(I)可求得電性中和劑濃度百分比與煤泥水濃度的比值為0.1327，求出電性中和劑的濃度百分比為1.546%，乳化液的流量為200L/min，所以電性中和劑的加入量應(yīng)為3.092L/min。把沉淀時(shí)間代入公式(2)可求出高分子絮凝劑濃度百分比與煤泥水濃度的比值為0.1212，求出高分子絮凝劑的濃度百分比為1.412%，所以高分子絮凝劑的加入量為2.824L/min。當(dāng)以本計(jì)算結(jié)果在藥劑加入裝置中加入藥劑后，讓煤泥水流入煤泥水沉淀系統(tǒng)裝置，煤泥的沉淀時(shí)間為103s，與所設(shè)置的誤差較小，可知所加入的藥劑量正確。
[0053]為了進(jìn)一步驗(yàn)證本實(shí)用新型的正確性，在另一個(gè)煤礦某煤層進(jìn)行水力沖孔實(shí)驗(yàn)，測(cè)試孔在O?1.5h、1.5h~2h的時(shí)間段內(nèi)取煤泥水500ml，在地面實(shí)驗(yàn)室測(cè)得其濃度分別為0.2681kg/L、0.0529 kg/L。設(shè)置沉淀時(shí)間為180s，代入公式(I)可求得電性中和劑濃度百分比與煤泥水濃度的比值為0.0764，求出電性中和劑的濃度百分比為2.0483%，乳化液的流量為200L/min，所以電性中和劑的加入量應(yīng)為4.096L/min。把沉淀時(shí)間代入公式(2)可求出高分子絮凝劑濃度百分比與煤泥水濃度的比值為0.07866，求出高分子絮凝劑的濃度百分比為2.1089%，所以高分子絮凝劑的加入量為4.2177L/min。當(dāng)以本計(jì)算結(jié)果在藥劑加入裝置中加入藥劑后，讓煤泥水流入煤泥水沉淀系統(tǒng)裝置，煤泥的沉淀時(shí)間為165s，與所設(shè)置的誤差較小，可知所加入的藥劑量正確。
[0054]以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本實(shí)用新型的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.煤礦井下水力沖孔煤泥水快速沉淀裝置，其特征在于:包括沉淀池、伸縮支架、吊架、煤泥水輸出管、電性中和劑加入箱和高分子絮凝劑加入箱，伸縮支架上設(shè)有聚液斗，聚液斗呈上大下小、頂部敞口的殼體結(jié)構(gòu)，吊架上端設(shè)在巷道頂壁上，煤泥水輸出管上設(shè)有抱箍，抱箍上部鉸接在吊架下端，煤泥水輸出管的進(jìn)液端向上折彎并與聚液斗底部連接，煤泥水輸出管的出液端向下折彎并位于沉淀池上方;電性中和劑加入箱底部與煤泥水輸出管頂部之間設(shè)有第一進(jìn)液管，第一進(jìn)液管上設(shè)有第一流量調(diào)節(jié)閥，高分子絮凝劑加入箱底部與煤泥水輸出管頂部之間設(shè)有第二進(jìn)液管，第二進(jìn)液管上設(shè)有第二流量調(diào)節(jié)閥，第一進(jìn)液管與聚液斗之間的距離小于第二進(jìn)液管與聚液斗之間的距離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下水力沖孔煤泥水快速沉淀裝置，其特征在于:沉淀池一側(cè)中上部設(shè)有排水管，排水管上設(shè)有排水閥，煤泥水輸出管的出水口和排水閥的進(jìn)水口分別位于沉淀池的相對(duì)兩側(cè)。
【文檔編號(hào)】E21F17/00GK205638547SQ201620440178
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】張明杰, 盧坤鵬, 宋景玲, 馮陣東, 范豪杰, 寶坤
【申請(qǐng)人】河南理工大學(xué)