CN110388229A - 煤矿开采***中煤-水双资源的管道运输*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿开采***中煤‑水双资源的管道运输***，在采区的最底层位设置采区水仓，将分散在采区中的矿井水通过排水沟汇集到采区水仓并利用水仓压力泵运输矿井水。采区煤仓溜煤眼的下方设置煤炭破碎装置用以煤炭破碎。水仓压力泵泵送的矿井水与经煤炭破碎装置破碎的煤炭通过煤水混合三通混合。混合后的煤水经矿井运输巷道以及运输行人井（副井）的煤水管路提升至地面沉淀池。煤水混合物在沉淀池完成煤和水的分离，分离后的水通过管路运输至污水处理厂，分离后的煤通过矿用卡车运送至选煤厂。本发明用以管道运输方式对井下水和煤炭资源同时进行运输，减少了主井和巷道开拓成本，同时降低了煤炭和井下水运输成本。

Description

煤矿开采***中煤-水双资源的管道运输***

技术领域

本发明涉及一种煤矿开采***中煤-水双资源的管道运输***。

背景技术

在当今煤炭大环境下，降低吨煤成本是煤矿企业在竞争浪潮中最为重要的手段。其中在现阶段煤炭开采的过程中，煤炭运输***多为胶带运输，需胶带运输巷道配合运输，所需运输巷道的掘进和维护、运输设备的维护费用高，电力供给以及人力物力的消耗大，因此能减少煤炭运输时消耗的费用可以大大提高煤企的效益。水作为人类活动必不可少的资源其价值、地位甚至远超过煤炭资源，我国水资源的人均占有量仅为世界人均值的1/4，而且分布不均一，煤炭资源与水资源呈逆向分布，这种现象在我国西部矿区尤为明显，我国大型煤矿大多分布在西部，其中多数矿区缺水导致了当地荒漠化、生活用水困难等问题。据统计，全国矿井在开采过程中水的排放量达70余亿m³，矿井水资源对人类活动有着不可或缺的作用，但是以裂隙水为主的矿井水回收利用并不完善，如采空区积水等矿井水未被充分利用白白流失。在目前的煤炭开采中，矿井水资源的合理利用已经得到了人们的重视，矿井水提升上井通过净化后供企业或居民使用已经成煤矿的常规模式，但是单一的运输排水给煤矿企业带来的经济价值微乎其微，如何充分利用矿井水资源在运输时的功用尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的缺陷，提供了一种煤矿开采***中煤-水双资源的管道运输***，本发明采用管道共运方式代替胶带运输***以及主井，简化了煤矿运输巷道布置，降低了煤炭运输时的成本，同时提高了矿井水资源运输上井带来的经济价值。实现了提高煤矿效益同时合理回收水资源的双重目标。

为实现上述发明目的，本发明提出的技术方案是一种煤矿开采***中煤-水双资源的管道运输***，包括采区水仓、水仓压力泵站、煤炭破碎装置、煤水混合三通、井上煤水提升泵站和沉淀池。其特征是：

所述采区水仓设置在采区的最底层位，水仓压力泵站设在采区水仓旁，水仓压力泵吸水口接入采区水仓的矿井水中。所述煤炭破碎装置设置的进料口接采区煤仓溜煤眼。所述煤水混合三通的第一接口连接煤炭破碎装置出料口，煤水混合三通的第二接口通过运水管路连接水仓压力泵出水口。所述煤水混合三通的第三接口通过铺设在采区轨道运输巷道、采区运输石门、轨道运输大巷以及运输行人井（对应普通开拓***的副井）的煤水管路连接井上煤水提升泵站的提升泵的进水口。所述煤水提升泵站的提升泵的出水口接入沉淀池。沉淀池的排水口通过管路接污水处理厂。

所述煤水管路按照巷道布置方向分为：水平巷道水平管路、倾斜巷道倾斜管路、垂直巷道垂直管路三种形式。在所述垂直管路为螺旋状，虽然增加了运输路径，但为块煤在管路中垂直运输提供了可能。

在管路运输块煤以及末煤形成的煤浆不可避免的会造成堵管现象，为此在煤水管路中按照设定的间距设置有若干叶轮装置，用于防止煤炭堵塞管路，最佳放置在煤水管路连接处，同样其目的为为以后长期使用时叶轮检修提供便利。所述叶轮装置的叶轮具有两种工作状态：空转状态和自转状态，其中空转状态是在运输及压力小的时候，通过水流的冲力带动叶轮转动；自转状态是通过电机带动叶轮使其主动旋转。叶轮的旋转可使管路中的水流呈螺旋状，让煤炭在水介质中长时处于悬浮状态，防止堵管现象出现。在检修期间此管路只运输矿井水，来清理管路中不慎遗留的煤炭，进一步避免堵管现象出现。

所述用于煤水分离的沉淀池，池面铺设煤炭过滤网，煤水混合物在沉淀池中通过静置、加压完成煤和水的分离，过滤之后位于下层位的水通过管路运输送至污水处理厂，煤通过起重机提升过滤网将煤放置在卡车中运送至选煤厂。

本发明***，设置于运输准备阶段、井下运输阶段及井上运输阶段。

（1）在运输准备阶段，矿井水运输路线为：分散的矿井水→水仓→采区上下山→煤水混合三通。通过在采区运输巷道中布置的排水沟道将相邻几个采煤工作面的水利用自重汇集至统一的采区水仓中，在采区水仓处设置水仓压力泵站，通过煤矿运输常用的运水管路将矿井水泵送至采区溜煤眼处的煤水混合三通。煤炭运输路线为：工作面→采区煤仓溜煤眼→煤炭破碎装置→煤水混合三通。在工作面上采煤机采出的煤炭通过刮板输送机和胶带运输机运输至采区煤仓，通过溜煤眼将煤送进煤炭破碎装置中，经破碎后的煤炭与矿井水汇合。

（2）在井下运输阶段，煤-水运输路线为：煤水混合处（煤水混合三通）→采区轨道运输巷道→采区运输石门→轨道运输大巷→运输行人井。破碎后的煤和水经煤水混合三通混合之后，进入煤水管路运输，煤水管路布置与矿井运料、排矸路线一致，沿采区轨道行人上下山运输经采区运输石门，通过轨道运输大巷运输上井，该阶段全程使用管路运输煤水混合资源。

在垂直巷道运输时将煤水管路布置成螺旋状，虽然增加了运输路径，但为块煤在管路中垂直运输提供了可能。

（3）在井上运输阶段，运输路线为：运输行人井→沉淀池→污水处理厂/选煤厂。煤水管路从行人运输井延伸至地面沉淀池进行煤水分离，分离后的水通过地上管路运输至污水处理厂净化后供矿井或矿区周围居民使用，分离后的煤炭通过卡车运输至选煤厂进行进一步的加工分选。

本发明通过使用煤与水共同运输的管道***替代原有的胶带运输***，实现了全过程煤炭管路运输，减低了运输成本，大大减少了巷道和主井掘进、修建、维护的费用，以及胶带运输设备的消耗，在煤水结合后实现了全过程管路运输，减低了运输成本，同时煤水混合后消除了粉尘对于运输巷道的影响，为工人提供了健康的作业环境。此外，该***在井下运输阶段实现全管路运输，结构简单易控制，为煤矿智能化运输提供新思路。

附图说明

图1为本发明煤矿开采***以及煤-水双资源的管道运输***示意图。

图2为本发明煤水管路中螺旋状垂直管路结构示意图。其中：（a）图是煤水管路细节示意图，（b）图是螺旋状垂直管路结构示意图。

图3为本发明煤水管路中叶轮装置示意图。

图4为本发明沉淀池煤水分离过程示意图。

附图标记说明

1-行人运输井，2-井底车场，3-轨道运输大巷，4-采区运输石门，5-采区水仓，6-采区下部车场，7-轨道运输上山，8-采区变电所，9-采区回风上山，10-采区煤仓，11-溜煤眼，12-煤炭破碎装置，13-煤水混合三通，14-区段运输平巷，15-区段回风平巷，16-采空区，17-工作面，18-采区上部车场，19-绞车房，20-采区回风石门，21-回风大巷，22-回风石门，23-风井，24-沉淀池，25-选煤厂，26-污水处理厂， 29-螺旋状垂直管路，30-叶轮，31-叶轮旋转方向，32-煤炭过滤网，33-起重机，34-卡车，35-过滤网装煤炭。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例：

如图1所示，以立井开采煤矿采用走向长壁式上山采区开采***为例，其中开拓***省掉了主井，只设置运输行人井（相当于副井），省掉了胶带运输大巷。

本发明煤矿开采***中煤-水双资源的管道运输***，包括采区水仓5、水仓压力泵站、煤炭破碎装置12、煤水混合三通13、井上煤水提升泵站和沉淀池24。

所述采区水仓5设置在采区下部车场6的最底层位，水仓压力泵站设在采区水仓5旁，水仓压力泵吸水口接入采区水仓的水中。所述煤炭破碎装置12设置在采区煤仓10的下方，煤炭破碎装置12设置的进料口接采区煤仓溜煤眼11。所述煤水混合三通13的第一接口连接煤炭破碎装置出料口，煤水混合三通的第二接口通过运水管路连接水仓压力泵出水口。所述煤水混合三通的第三接口通过铺设在采区轨道运输巷道（轨道运输上山）7、采区运输石门4、轨道运输大巷3以及运输行人井（对应普通开拓***的副井）1的煤水管路连接井上煤水提升泵站的提升泵的进水口。所述煤水提升泵站的提升泵的出水口接入沉淀池24。沉淀池的排水口通过管路接污水处理厂26。

所述煤水管路分为：水平巷道水平管路、倾斜巷道倾斜管路、垂直巷道垂直管路三种形式。如图2所示，所述垂直管路为螺旋状垂直管路29，虽然增加了运输路径，但为块煤在管路中垂直运输提供了可能。

如图3所示，在管路运输块体以及末煤形成的煤浆不可避免的会造成堵管现象，为此在煤水管路中按照设定的间距设置有若干叶轮装置，用于防止煤炭堵塞管路，最佳放置在煤水管路连接处，同样其目的为为以后长期使用时叶轮检修提供便利。所述叶轮装置的叶轮30具有两种工作状态：空转状态和自转状态，其中空转状态是在运输及压力小的时候，通过水流的冲力带动叶轮转动；自转状态是通过电机带动叶轮使其主动旋转。叶轮的旋转可使管路中的水流呈螺旋状，让煤炭在水介质中长时处于悬浮状态，防止堵管现象出现。由于煤矿生产通常不是连续的，每天需要定时的检修，在检修期间此管路只运输矿井水，来清理管路中不慎遗留的煤炭，防止堵管现象出现。

（1）在运输准备阶段，矿井水运输路线为：分散的矿井水→水仓→采区上下山→煤水混合处，如图1所示。通过在采区运输巷道中布置的排水沟道将相邻几个采煤工作面的水利用自重汇集至统一的采区水仓中，在采区水仓处设置水仓压力泵站，通过煤矿运输常用的运水管路将矿井水泵送至采区溜煤眼处的煤粒径筛选装置处。煤炭运输路线为：工作面→采区煤仓溜煤眼→煤炭破碎装置→煤水混合处，如图1所示。在工作面上采煤机采出的煤炭通过刮板输送机和胶带运输机运输至采区煤仓，通过溜煤眼将煤送进煤炭破碎装置中，破碎之后的煤炭与矿井水汇合。

其中水仓的布置应为采区的最底层位，使矿井水可以通过排水沟利用自重流向水仓，为运输***持续提供水，水仓的大小应根据所需排水量以及矿井涌水量设计。在采区煤仓溜煤眼处布置煤炭破碎装置，其煤炭破碎装置为简易破碎装置，通过带压的机械设备将大块煤炭压碎即可。

（2）在井下运输阶段，煤-水运输路线为：煤水混合处→采区轨道运输巷道→采区运输石门→轨道运输大巷→运输行人井如图1所示。破碎后的煤和水混合之后，进入管路运输，管路布置与矿井辅助运输路线一致，沿采区轨道行人上下山运输经采区运输石门，通过轨道运输大巷运输上井，该阶段全程使用管路运输煤水混合资源。

其中专门负责煤-水共同运输的管路其直径与现场泵站提供的压力匹配不易过大或过小，材质为高强度钢，内部表面结合BA防腐润滑材料，管路为分段连接布置，如图2所示，平均每段长10～15米，管路连接形式为可拆卸式，为长期使用时管路检修提供便利。管路组合后分为三种形式：水平巷道运输、倾斜巷道运输、垂直巷道运输，在垂直巷道运输时将管路做成螺旋状，虽然增加了运输路径，但为块煤在管路中垂直运输提供了可能。

在管路运输块体以及末煤形成的煤浆不可避免的会造成堵管现象，为此***在管路中设计了一种防止煤炭堵塞管路的叶轮装置如图3所示，该装置在管路中根据现场煤炭运输的压力大小按照一定的距离分段放置，最佳放置在管路连接处，同样其目的为为以后长期使用时叶轮检修提供便利。叶轮分为两种状态：空转状态以及自转状态，其中空转状态是在运输及压力小的时候，通过水流的冲力带动叶轮转动；自转状态是通过电机带动叶轮使其主动旋转。叶轮的旋转可使管路中的水流呈螺旋状，让煤炭在水介质中长时处于悬浮状态，同时叶轮在与煤接触的过程中也会给煤一个推力，防止堵管现象出现。由于煤矿生产通常不是连续的，每天需要定时的检修，在检修期间此管路只运输矿井水，来清理管路中不慎遗留的煤炭，防止堵管现象出现。

（3）在井上运输阶段，运输路线为：运输行人井→沉淀池→污水处理厂/选煤厂如图1所示。煤水管路从行人运输井延伸至地面特定的沉淀池，利用特制的过滤网将煤炭和水分离，通过地上管路将水运输至污水处理厂通过净化供矿井或矿区周围居民使用，将煤炭通过卡车运输至选煤厂进行进一步的加工分选。

其中用于煤水分离的沉淀池布置如图4所示，池面铺设煤炭过滤网32，煤水混合物在沉淀池中通过孔径小于0.5mm的过滤网静置、加压完成煤和水的分离，过滤之后位于下层位的水通过管路运输送至污水处理厂，煤通过起重机提升过滤网将煤放置在卡车中运送至选煤厂。

Claims (4)

1.一种煤矿开采***中煤-水双资源的管道运输***，包括采区水仓、水仓压力泵站、煤炭破碎装置、煤水混合三通以及运输管路、井上煤水提升泵站和沉淀池；其特征是：

所述采区水仓设置在采区的最底层位，水仓压力泵站设在采区水仓旁，利用水仓压力泵运输矿井水；所述煤炭破碎装置设置在采区煤仓溜煤眼下方，装置进料口与溜煤眼相接；所述煤水混合三通的第一接口连接煤炭破碎装置出料口，煤水混合三通的第二接口通过运水管路连接水仓压力泵站出水口；所述煤水混合三通的第三接口通过铺设在矿井运输巷道以及运输行人井（副井）的煤水管路连接井上煤水提升泵站的提升泵的进水口；所述煤水提升泵站的提升泵的出水口接入沉淀池。

2.根据权利要求1所述的煤矿开采***中煤-水双资源的管道运输***，其特征是：所述煤水管路按照巷道布置方向分为水平巷道水平管路、倾斜巷道倾斜管路、垂直巷道垂直管路三种形式；在所述垂直管路为螺旋状。

3.根据权利要求1所述的煤矿开采***中煤-水双资源的管道运输***，其特征是：在所述煤水管路中按照设定的间距设置有若干叶轮装置；所述叶轮装置的叶轮具有两种工作状态：空转状态和自转状态，其中空转状态是在运输压力小时通过水流的冲力带动叶轮转动；自转状态是通过电机带动叶轮使其主动旋转。

4.根据权利要求1所述的煤矿开采***中煤-水双资源的管道运输***，其特征是：所述沉淀池，池面铺设煤炭过滤网。