【文章內(nèi)容簡介】 51 日常保養(yǎng)及維護(hù) 52 常見故障處理 53 第六章 結(jié)束語 55 參考文獻(xiàn) 56 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 引 言 水 倉概述 水倉是礦井 涌水的的貯倉，起著存水和沉淀的作用， 是保證安全生產(chǎn)、防止礦井水災(zāi)的重要設(shè)施。 水 倉的 建立以及結(jié)構(gòu) 背景 隨著煤礦生產(chǎn)朝著安全、高效方向發(fā)展，采掘系統(tǒng)以及運(yùn)輸系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。在采掘過程中，由于地下水和采煤生產(chǎn)的回水存在，但水量大小無法控制，且煤泥水中夾帶著碎煤及其他雜物，隨時將水排出地面又不現(xiàn)實(shí)，處于生產(chǎn)安全的考慮，就必須建立水倉 。 煤礦井下水倉是保證安全生產(chǎn)、防止礦井水災(zāi)的重要設(shè)施。隨著礦井開采的延伸，礦井涌水量逐漸增大，排水泵不能及時排往地面的涌水積存在井下水倉中。 《煤礦安全規(guī)程》第一百八十 條規(guī)定，主要水倉必須有主倉和副倉，一個水倉清理時，另一個水倉能正常使用，并始終保持原設(shè)計(jì)容積的 3／ 4 以上，如此循環(huán)交替工作。 隨著礦井開采深度增大和涌水量增多 ,水倉內(nèi)淤積了大量的淤煤 , 而水倉容積有限 ,使得井下水倉有效蓄水容積減小， 故而必須定期清理。水倉的作用主要有兩個 ： 一是存水 ； 二是沉淀 。一般情況下 ， 礦井的每個水平必須設(shè)置兩個水倉 ， 分為內(nèi)環(huán)和外環(huán) ,長度在 200～ 500m左右 。 圖 11 是 雙側(cè) 水倉的結(jié)構(gòu)示意圖。 雙側(cè)布置是水倉設(shè)在水泵房的兩側(cè)。這種布置型式在一條水倉清理時，車場易有積水，衛(wèi)生條件差。為防止清倉是水 淹車場，可采取開平水溝或開進(jìn)水小巷處理。一般用于水從兩側(cè)流入水倉和水倉可能擴(kuò)建時。 每個水平的掘進(jìn)和采煤工作面 等 涌出的污水由潛水泵抽出 ， 通過一系列的明渠、暗道 ， 污水 夾雜 著煤泥等雜質(zhì)污垢流入所在水平的水倉 。 通常情況下水倉每年清挖一次 ， 但涌水較大的礦井或水平 ,則 需 清挖 2～ 3 次 ， 以保證生產(chǎn)需要 。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 建立水倉的要求 對于建立井下水倉時 ,主要有以下要求： 井底車場形式，水泵硐室位置和圍巖條件； 水倉必須由主倉和副倉兩條獨(dú)立且互不滲漏的巷道 組成； 主排水硐室應(yīng)布置在水倉的同側(cè)； 水倉高度大于 2 米； 水倉的有效容量在正常涌水量小于 1000 立方米 /小時，有效容量大于 8 小時最小涌水量；正常涌水量大于 1000 立方米 /小時，有效容量大于 2（最小涌水量 +3000）立方米，且符合有效容量大于 4 小時最小涌水量； 水倉進(jìn)口處，應(yīng)設(shè)置篦子，對水砂充填、水力采煤和其它污水中帶有大 量雜質(zhì)的礦井，還應(yīng)設(shè)置沉淀清理系統(tǒng)。 設(shè)有沉淀池的水倉，根據(jù)沉淀，清理和備用的需要，一般分多組進(jìn)行布置，每組水倉分沉淀倉和清水倉兩部分。當(dāng)水倉水為侵蝕性水時，還要考慮分區(qū)處 理或水質(zhì)處理 。 由于 井下水倉規(guī)定容量與涌水量有關(guān) ,但與礦井的年產(chǎn)量沒有直接關(guān)系。所以，高度和長度根據(jù)本礦井實(shí)際涌水量設(shè)計(jì)。 1— 左水倉； 2— 右水倉； 3— 水泵房； 4— 管子 道； 5— 通道； 6— 小絞車硐室； 7— 變電所； 8— 車場； 9— 井筒； 10— 聯(lián)絡(luò)道 圖 11 礦井水倉概圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 水倉中煤泥 以及清理 水倉煤泥 沉積的形成 背景 水倉中煤泥的形成是由多方面的因素引起的，首先是水的來源： ① 挖掘機(jī)在挖掘采煤的過程，有時挖掘到深層就會觸到地下水層，這些水不斷地滲出也會產(chǎn)生不小的水量。 ② 機(jī)器在持續(xù)挖掘工作的時候由于工作強(qiáng)度非常大，機(jī)器做功會產(chǎn)生大量的熱量對機(jī)身不利，必須需要很多水來降溫。 這樣隧道中就會沉積很多水，這些水要及時排出否則會淹沒礦井，那么這 些水在排出的時候，周圍的粉塵，泥沙和煤的小顆粒會溶入水中被這些水帶走進(jìn)入水倉在水倉中沉積后行成煤泥。 水倉煤泥成分復(fù)雜 ：有粒狀煤、 煤泥灰 、 有噴漿作業(yè)的時候還會有水泥、黏土等，煤礦其他雜物也會沖到水倉內(nèi)，與煤泥混在一起。從黏度分布來說 ， 大體上顆粒狀煤泥黏度小，呈散粒狀態(tài)，造漿抽排困難，糊狀煤泥黏度較高，容易抽排，但脫水困難，不易處理。不同煤礦，不同地質(zhì)條件．不同煤質(zhì)，煤泥的粒度和黏度也不同，綜合處理工藝應(yīng)全面考慮。 水倉煤泥清理的研究目的及意義 水倉淤泥屬于高粘度、膏體狀固液兩相流體，形態(tài)介于固體和 液體之間，在常溫常壓下不具有流動性，經(jīng)擾動又呈稀糊狀流體，清挖起來十分困難。 但如果不及時清理竟會造成： ① 減少水倉的有效容積，慢慢堵塞水倉，從而失去水倉的作用 ； ② 當(dāng)積淤過多時 ， 雜物會進(jìn)入吸水井 ,然后被吸入水泵 ,使水泵的過流部件磨損加劇 ； ③ 吸水井淤泥過多時會堵塞吸水龍頭 ， 造成排水困難或無法排水。 所以必須要清理，因此 ,定期和高效地清挖水倉是提高礦井排水系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟(jì)性重要途徑之一。 以往曾有人采取過一些所謂科學(xué)的機(jī)械化清挖措施，如采用渣漿泵向外抽排，刮板機(jī)向外刮運(yùn)，扒斗機(jī)、鏟斗機(jī)裝罐外運(yùn)等，但終因 各種設(shè)備操作復(fù)雜、費(fèi)時、費(fèi)功、工作效率低下、清挖效果差等原因，至今未能大面積推廣應(yīng)用。因此，時至今日， 80%以上的礦井水倉清挖，仍沿用并停留在最傳統(tǒng)、最落后的人工清挖、罐車裝運(yùn)的無奈河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 之中。 綜上所述，煤礦井下水倉淤泥清理設(shè)備研制與開發(fā)，其目的是提供一套實(shí)用的機(jī)械化的井下水倉淤泥清理系統(tǒng)，提高水倉淤泥清理的效率。 其研制的意義和必要性在于： 1）減少淤泥清挖的工作時間，最大可能的降低清挖水倉時對水倉備用功能的占用和對煤礦排水安全的影響； 2）降低工人勞動強(qiáng)度，把工人從繁重的體力勞動中解脫出來； 3）節(jié)約勞動成 本，減少了大量的人工和勞動時間。 煤礦水倉清理技術(shù)的研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)摸索創(chuàng)造出了不少可行的水倉清理技術(shù)，各有其優(yōu)點(diǎn)和適用范圍，但都具有一定的缺點(diǎn)和局限性，其難點(diǎn)在于對井下的復(fù)雜情況認(rèn)識不足，未充分考慮井下水倉沉淀物的復(fù)雜性，所研制的設(shè)備性能單一，無法適應(yīng)井下水倉復(fù)雜多變的環(huán)境，使設(shè)備得不到充分發(fā)揮。煤礦水倉清理裝置主要分為中央排污水泵射流泵和泥漿泵聯(lián)合清理和水倉清理裝置等 3 類 (1) 水倉清理裝置 水倉清理裝置主要由工作機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)等組成。按照工作裝置的傳動方式可分為鏈輸送、螺旋滾筒輸送 、液壓輸送、氣壓輸送等 。按照工作機(jī)構(gòu)的不同可分為小鏟斗、大鏟斗、鏈斗、刮板、刮斗、 耙 頭等 。按照裝運(yùn)機(jī)構(gòu)可分為煤水分離、直接裝運(yùn)、泵輸送等 。按照行走機(jī)構(gòu)可分為履帶、平板車、借助道軌的礦車等。 螺旋滾筒輸送式清倉機(jī)對含水量大的煤泥效率比較低，物料較稀，因而在運(yùn)輸過程中流失嚴(yán)重，作業(yè)效率低 。真空抽吸氣壓輸送式清倉機(jī)則對含水量小的煤泥效果較差。若采用通過專用泵抽排煤泥水到振動脫水設(shè)備進(jìn)行脫水，解決了直徑大于 mm以上煤泥脫水問題，但直徑 mm 以下煤泥水的處理仍不能解決，煤水不分離裝運(yùn)則不能解決煤泥水 脫水問題，存在著運(yùn)輸量大、污染環(huán)境等問題。 (2)射流泵和泥漿泵聯(lián)合清理 采用水射流造漿、泥漿泵清理水倉的方案首先通過水射流清理水倉主體并造漿。在清理水倉主體時，水射流所產(chǎn)生的穿透力可深入淤積物 m， 由于淤積物通常處于飽水狀態(tài)，能被迅速破碎成泥漿 ； 然后水射流清理吸配水井，在高壓膠管和槍頭之間可逐級連接至 m 硬性的無縫鋼管，可以直接深入到井底，既安全又能清理徹底 ； 最后泥漿泵吸取經(jīng)水射流造漿階段所形成的泥漿，通過管道輸排至淤積物排放場。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 該水倉清理方案可大幅度縮短工期、減輕工作強(qiáng)度和降低 施工戚本。但若想使用必須重新更新安裝，周轉(zhuǎn)時間長，工人勞動強(qiáng)度大。 (3)中央排污水泵利用排污泵及管道直接將泥漿從井下排至地面。 該方案理論上比較先進(jìn)，可靠性高，國外也有采用， 19952021 年平均每年水泵總流量達(dá)到 25 億加侖，但投資比較大、維護(hù)費(fèi)用高。邢臺礦務(wù)局東龐煤礦裝設(shè)該系統(tǒng)，用了一次后排污泵磨損嚴(yán)重需要更換，管道堵塞無法清理。鶴崗礦業(yè)集團(tuán)使用飛力泥漿潛水泵，該泵使用壽命長，具有獨(dú)特的監(jiān)測控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)智能化遠(yuǎn)程控制，節(jié)省人力、物力，降低成本，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高清倉工作效率，極大縮短了清倉的時間，時刻有備用倉，有效地保證了礦井排水的正常進(jìn)行，取得了良好的效果。 現(xiàn)存的清理 方法與技術(shù) 目前主要的水倉淤泥清理方法主要有： 人工清理 該清理方式 在水倉里鋪設(shè)軌道，人工用鐵鍬鏟裝、礦車運(yùn)載。作業(yè) 效率很低，按每班 3 人干 8 小時工作制計(jì)，一班只能裝 13． 5t 清理一個中型水倉大約要 1～ 2 個月，甚至更長時間。這種清理方式已成為煤礦生產(chǎn)的瓶頸，極大地制約了其它環(huán)節(jié)效率的發(fā)揮，亟待改進(jìn)。采用這種原始的方法，職工的工作環(huán)境差，勞動強(qiáng)度大，勞動效率低，成本消耗大。 工作流程如圖 12 所示 挖裝清淤法 該方式利用專門的挖裝機(jī)械也就是小型化的裝載機(jī)，挖裝機(jī)械就是小型化的裝載機(jī)，主要有鏟斗裝載機(jī)。將淤泥裝入礦車運(yùn)出水倉。 其特點(diǎn)是可降低工人的勞動強(qiáng)度，而且加快了清理速度，清除了因清倉不及時可能造成的淹井的隱患。機(jī)器清理比較徹底，殘余物少，使得水倉的實(shí)際服役時間延長。 履帶式裝載機(jī)如下圖 13 所示 圖 12 人工水倉清理流程 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 該 機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)： ① 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，激動靈活科實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎，特別適用于 井下 狹小空間作業(yè)； ② 工作 裝置可 相對于車身進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，本身不動的情況下也可鏟裝； ③ 工 作裝置改型容易，大斷面水倉可用大鏟斗，小斷面可用小產(chǎn)斗，水倉適應(yīng)性強(qiáng)，并且工作裝置改型后還可用于其它場合作業(yè)。如用作錨桿臺車，井下小型叉車等。 使用該機(jī)清理水倉比用人工清理效率提高了 5 倍左右 ，大大減輕了勞動強(qiáng)度取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、一次性投入大，水倉空間約束使車輛清挖動作，水倉的環(huán)境惡劣影響機(jī)器的可靠性。清理效果一般。 專門 設(shè)計(jì) 的水倉清理機(jī) 該方法主要有 液壓 水倉清理機(jī)、螺旋水倉清理機(jī)、 氣力輸送水倉清理機(jī)、 鏈斗輸送水倉清理機(jī)。 1）采用 液壓 水倉清理機(jī) 清理方法，以 QCJ－ 22 全液壓自行式新型水倉清理機(jī) 為例，該水倉清理機(jī) 結(jié)構(gòu)新穎、電液聯(lián)動、挖排連續(xù)、自行運(yùn)輸、高效節(jié)能 。 該設(shè)備集挖泥、排泥和和運(yùn)輸功能為一體，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、節(jié)能高效、運(yùn)行費(fèi)用較低，是我國大、中型礦井水倉機(jī)械化清理的理想設(shè)備?？梢詫?shí)現(xiàn)全機(jī)械化單人清淤作業(yè)，降低了工人的勞動強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境。清挖裝置可視清淤過程中的實(shí)際工況調(diào)高或橫擺，適用于不同的巷寬及煤泥高度，可將有軌水倉不同淤泥高度情況下的煤泥的及時清理。可以滿足煤泥的隨產(chǎn)隨清，即可保證水倉的有效容水量又可 置 圖 13 整體機(jī)構(gòu) 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 提高主排水泵的運(yùn)行壽命和方便調(diào)幅躲峰，在提高礦井 的抗災(zāi)能力的同時，可使礦井的主排水系統(tǒng)達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài) 2） 螺旋水倉清理機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖如圖 14所示。主要有車體、行走驅(qū)動裝置、收集輸送裝置等部分組成。行走驅(qū)動裝置 7 安裝在平板上 ， 由一臺電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動 ， 實(shí)現(xiàn)整機(jī)沿軌道前后移動 ， 螺旋收集器 鏈輪 輸送驅(qū)動裝置 11 安裝在溜槽體 12 上 ， 溜槽體 12通過水平銷軸 3 與轉(zhuǎn)盤 5 相鉸接 ， 伸縮器 6 兩端分別與溜槽體 12 和轉(zhuǎn)盤 5 相鉸接 ， 手動調(diào)節(jié)伸縮器 6 的長度使溜槽體 12 繞水平銷軸 3 在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動 ， 用以調(diào)整螺旋收集器 1 的高度 ； 轉(zhuǎn)盤 5 通過豎直銷軸 4 與車體 2 相鉸接 ， 手動調(diào)整使轉(zhuǎn)盤 5 繞銷軸 4相對車體 2 在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動 ， 用以調(diào)整螺收集器 1 的方位。 清淤工作流程如圖 15 所示 圖 14螺旋水倉清理機(jī)結(jié)構(gòu) 簡圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 15螺旋水倉清理機(jī) 清淤工作流程 螺旋水倉清理機(jī)結(jié)構(gòu)合理，操作方便，工作可靠，強(qiáng)度和穩(wěn)定性達(dá)到設(shè)計(jì)要求，大大降低了清倉工人的勞動強(qiáng)度，清倉效率成倍提高。 人工清理時， 4人裝滿一輛 3 t礦車平均需要 15min， 使用螺旋水倉清理機(jī)僅需 。 應(yīng)用螺旋水倉清理機(jī)時應(yīng)注意以下一些問題：對于含水量高的沉積物，清理前盡量減少攪動，以提高 收集效率，因?yàn)閿噭訒钩练e物變?yōu)榱黧w不利于螺旋收集器輸送；操作人員在工作中應(yīng)注意及時把沉積物混雜的木棒、竹巴等長條狀物體檢出，以防卡死，影響清倉機(jī)工作，最好平時在水倉人口處設(shè)置濾網(wǎng)，使長條狀物體不能進(jìn)入水倉，以利于采用螺旋水倉清理機(jī)；每次使用結(jié)束使收集輸送裝置空運(yùn)轉(zhuǎn) 2— 3min， 最好用水沖洗螺旋收集器和刮板輸送溜槽，以防粘結(jié)影響下次使用。 3）以 QSQ型氣力輸送水倉清理機(jī) 為例， 其結(jié)構(gòu)和工作原理 如圖 16 所示。 把真空泵及其附屬裝置固定在一輛平板車上，把儲泥罐、吸泥管、擺動裝置固定在另一輛平板車上，便于運(yùn)輸。 工作時兩平板車相連，由真空吸氣管將真空泵和儲泥罐連接起來。平板車由礦用小輪車改造而成，目的是盡量降低設(shè)備固定的高度，便于運(yùn)輸和操作。擺動裝置的用途是保證吸泥管吸口可靈活地達(dá)到水倉寬度方向的各個位置，為便于擺動，吸泥管局部采用柔性管。 清倉機(jī)的工作過程為：關(guān)閉壓氣閥，打開真空閥，啟動真空泵。在真空泵作用下，通過真空吸氣管對儲泥罐抽真空。隨著罐內(nèi)真空度提高，泥漿在外界大氣壓作用下，沿吸泥管、吸泥止回閥進(jìn)入儲泥罐。 45 s后真空泵自動停機(jī)，關(guān)閉真空閥，打開壓氣閥，罐內(nèi)煤泥在壓縮空氣作用下通過排泥管、排泥止回閥排入 礦車，完成一個工作循環(huán)。接著重復(fù)上述過程，壓氣管與大巷中的壓縮空氣管相連。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 16 QSQ型氣力輸送水倉清理機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理圖 該機(jī)布局合理，機(jī)動靈活，操作方便，降低了勞動強(qiáng)度，提高了清倉工效。應(yīng)用中注意以下特點(diǎn)和問題： ○ 1 排泥管道可長達(dá) 400 m，排出口設(shè)于運(yùn)輸平巷內(nèi)，能提高礦車容積利用率。若在水倉內(nèi)裝車，則泥漿在斜坡處溢出。 ○ 2 全套設(shè)備固定在 2 輛平板車上，移動方便。 ○ 3 吸泥管入口端必須裝置網(wǎng)，防止體積較 大的木棒等雜物進(jìn)入造成堵塞。 ○ 4 每班停機(jī)時必須把吸泥管、儲泥罐、排泥管全部排空。 ○ 5 對于含水量低的沉積物，真空抽吸效果稍差，可采用抽吸前攪動的辦法改善抽吸效果。 4） 鏈斗輸送水倉清理機(jī)采用清理設(shè)備如圖 17 所示 。整機(jī)架體、行走驅(qū)動裝置 9安裝在平板車 10 上，鏈輪驅(qū)動裝置 導(dǎo)向鏈輪 6 安裝在架體上，鏈斗 2 鉸接在于鏈條 3 固連的銷軸上，托板 7 于架體固連。 鏈斗輸送水倉清理機(jī)工作時，首先啟動行走電機(jī)，鏈斗輸送水倉清理 1. 鏈斗驅(qū)動裝置 2. 鏈斗 3. 鏈條 7托板 8支撐 10. 平板車 圖 17 鏈斗輸送水倉清理機(jī) 的結(jié)構(gòu)簡圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)