煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法
【專利摘要】煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法，包括以下步驟：1）第一個水力沖孔鉆孔作為測試孔，分別測出其不同時間段沖出煤泥水的濃度；2）應用公式以及關系圖，求出凈化該煤泥水所需要的兩種藥劑量；3）采用本發明給出的煤泥水沉淀系統裝置，使水力沖孔所產生的煤泥水加入所需要的沉淀藥劑后流入沉淀池；4）定時取沉淀池內煤泥水，在實驗室檢驗其濃度；5）沉淀達到要求后，上層溶液經排放管道排出，下部沉淀的煤泥挖出運出礦井。本發明通過現場實驗研究，得出試驗煤泥沉淀所需藥劑濃度與煤泥水濃度比值和沉淀時間的規律與關系式。此規律推廣至不同煤層，確定應用所需藥劑量，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凈化處理方法
技術領域
[0001]本發明屬煤礦井下高壓水射流沖孔技術領域，具體涉及一種煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法。
【背景技術】
[0002]目前，高壓水射流技術在井下應用廣泛，其特點是壓力高、流量大，往往會在工作面產生大量煤泥污水。進行水力沖孔，能夠減少打鉆時的煤塵，煤塵具有爆炸性，不利于煤礦的安全生產。井下工人由于長時間在充滿煤塵的環境中工作，容易得煤肺病，對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，就會導致資源的浪費。根據煤的堅固性系數不同，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定值，如果加入的藥劑量過多則容易造成沉淀的煤泥板結，沉淀過后所產生的濾液中含有化學物質造成環境污染。如果加入的藥劑量過少則造成沉淀不完全，達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備，長時間的抽出容易造成設備損害。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法，該方法根據煤的堅固性系數確定煤泥水的濃度，水力沖孔所產生的煤泥水加入藥劑后流入沉淀池沉淀，一段時間后檢驗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]為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法，包括以下步驟，
(1)在煤礦井下巷道內沖孔的區域的合適位置設置煤泥水快速沉淀裝置，煤泥水快速沉淀裝置包括沉淀池，測量出沉淀池的體積大小；
(2)在步驟(I)中的區域煤層第一個水力沖孔作為測試孔，分別在沖孔時間O?1.5h、1.5h~2h的時間段內取所產生的煤泥水各500ml，在地面實驗室分別測出這兩個時間段所采集的煤泥水濃度;并測試出沖孔過程中煤泥水的流量;該區域同一煤層水力沖孔所產生的煤泥水濃度測出的煤泥水濃度相同；
(3)根據測試出來的煤泥水的濃度和沉淀池的大小，確定該區域內的煤泥水的沉淀所需要的時間；
(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間的公式為:
yi = 18.161xf0.892(I)
式中:χι—電性中和劑百分比與煤泥水濃度的比值； yi 一沉淀所需要的時間；
由步驟(3)中的沉淀所需要的時間可求出電性中和劑百分比與不同時段煤泥水濃度的比值，煤泥水濃度已知，可求得不同時段所需電性中和劑百分比。
[0005]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間的公式為:
y2 = 9.9445x2—^139 (2)
式中:X2—高分子絮凝劑百分比與煤泥水濃度的比值；
J2一沉淀所需要的時間，
由步驟(3)沉淀時間可求出高分子絮凝劑百分比與不同時段煤泥水濃度的比值，煤泥水濃度已知，可求得不同時段所需高分子絮凝劑百分比；
(5)根據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兩個時間段中需要添加的電性中和劑和高分子絮凝劑的比例，求得所述兩個時間段所需要的添加電性中和劑和高分子絮凝劑的量；
(6)在巷道內待沖孔的區域布置鉆機和鉆桿，進行實際水力沖孔作業，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，由水力沖孔所產生的煤泥水經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；
(7)經沉淀池沉淀后，取上層溶液到實驗室檢驗煤泥水濃度，達標后，沉淀池內的上層溶液直接排出，經井下排水系統排出礦井，沉淀池內下部沉淀的煤泥挖出運出礦井。
[0006]煤泥水快速沉淀裝置還包括伸縮支架、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，伸縮支架上設有聚液斗，聚液斗呈上大下小、頂部敞口的殼體結構，吊架上端設在巷道頂壁上，煤泥水輸出管上設有抱箍，抱箍上部鉸接在吊架下端，煤泥水輸出管的進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有第一進液管，第一進液管上設有第一流量調節閥，高分子絮凝劑加入箱底部與煤泥水輸出管頂部之間設有第二進液管，第二進液管上設有第二流量調節閥，第一進液管與聚液斗之間的距離小于第二進液管與聚液斗之間的距離。
[0007]沉淀池一側中上部設有排水管，排水管上設有排水閥，煤泥水輸出管的出水口和排水閥的進水口分別位于沉淀池的相對兩側。
[0008]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，伸縮支架放置巷道底板上，聚液斗一側緊貼巷道壁并位于待沖孔的下方，開啟鉆機，高壓水通過鉆桿進行沖孔作業，煤泥水由鉆孔口流到聚液斗，再經過煤泥水輸出管流入到沉淀池內，與此同時，操控第一流量調節閥和第二流量調節閥，使電性中和劑加入箱和高分子絮凝劑混入到煤泥水內的速度與步驟(5)得到的比例一致。
[0009]步驟(7)中的煤泥水在沉淀池內沉淀過程中，排水閥關閉，待水位上升到沉淀池上邊沿處時，將排水閥打開持續排水。
[0010]采用上述技術方案，本發明中的伸縮支架可調節高度，這樣可調節聚液斗的高度，以適用于沖孔作業的不同高度。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以吊架下端為支點轉動，從而適合沖孔作業時聚液斗的高度。
[0011]本發明提供了一種煤泥水沉淀系統裝置，通過藥劑加入箱加入兩種藥劑，利用可調閥門來控制藥劑的加入量，煤泥水的流動又能使藥劑和煤泥水充分混合。本發明通過現場實驗研究，得出試驗煤泥沉淀所需藥劑濃度與煤泥水濃度比值和沉淀時間的規律與關系式，并通過這些關系式在煤泥水凈化處理推廣應用。本發明推廣至不同煤層，確定應用所需藥劑量，使沖孔煤泥快速高效沉淀。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明中煤泥水快速沉淀裝置的結構示意圖；
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間的關系圖；
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間的關系圖。
【具體實施方式】
[0013]本發明的煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法，包括以下步驟:
(I)在煤礦井下巷道I內沖孔的區域的合適位置設置煤泥水快速沉淀裝置，煤泥水快速沉淀裝置包括沉淀池2，測量出沉淀池2的體積大小；
如圖1所示，煤泥水快速沉淀裝置還包括伸縮支架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上設有聚液斗8，聚液斗8呈上大下小、頂部敞口的殼體結構，吊架4上端設在巷道I頂壁上，煤泥水輸出管5上設有抱箍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頂部之間設有第一進液管10，第一進液管10上設有第一流量調節閥11，高分子絮凝劑加入箱7底部與煤泥水輸出管5頂部之間設有第二進液管12，第二進液管12上設有第二流量調節閥13，第一進液管10與聚液斗8之間的距離小于第二進液管12與聚液斗8之間的距離。
[0014]沉淀池2—側中上部設有排水管14，排水管14上設有排水閥15，煤泥水輸出管5的出水口和排水閥15的進水口分別位于沉淀池2的相對兩側。
[0015](2)在步驟(I)中的區域煤層第一個水力沖孔作為測試孔，分別在沖孔時間O?1.5h、1.5h~2h的時間段內取所產生的煤泥水各500ml，在地面實驗室分別測出這兩個時間段所采集的煤泥水濃度;并測試出沖孔過程中煤泥水的流量;該區域同一煤層水力沖孔所產生的煤泥水濃度測出的煤泥水濃度相同；
(3)根據測試出來的煤泥水的濃度和沉淀池2的大小，確定該區域內的煤泥水的沉淀所需要的時間；
(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間的公式為:
yi = 18.161xf0.892(I)
式中:χι—電性中和劑百分比與煤泥水濃度的比值； yi 一沉淀所需要的時間；
由步驟(3)中的沉淀所需要的時間可求出電性中和劑百分比與不同時段煤泥水濃度的比值，煤泥水濃度已知，可求得不同時段所需電性中和劑百分比。
[0016]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間的公式為:
y2 = 9.9445x2—^139 (2)
式中:X2—高分子絮凝劑百分比與煤泥水濃度的比值； y2—沉淀所需要的時間，
由步驟(3)沉淀時間可求出高分子絮凝劑百分比與不同時段煤泥水濃度的比值，煤泥水濃度已知，可求得不同時段所需高分子絮凝劑百分比；
(5)根據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兩個時間段中需要添加的電性中和劑和高分子絮凝劑的比例，求得所述兩個時間段所需要的添加電性中和劑和高分子絮凝劑的量；
(6 )在巷道I內待沖孔的區域布置鉆機16和鉆桿17，進行實際水力沖孔作業，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，由水力沖孔所產生的煤泥水經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，煤泥沉淀的效果會更加快速。
[0017](7)經沉淀池2沉淀后，取上層溶液到實驗室檢驗煤泥水濃度，達標后，沉淀池2內的上層溶液直接排出，經井下排水系統排出礦井，沉淀池2內下部沉淀的煤泥挖出運出礦井。
[0018]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，伸縮支架3放置巷道I底板上，聚液斗8—側緊貼巷道I壁并位于待沖孔的下方，開啟鉆機16，高壓水通過鉆桿17進行沖孔作業，煤泥水由鉆孔口流到聚液斗8，再經過煤泥水輸出管5流入到沉淀池2內，與此同時，操控第一流量調節閥11和第二流量調節閥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的速度與步驟(5)得到的比例一致。
[0019]步驟(7)中的煤泥水在沉淀池2內沉淀過程中，排水閥15關閉，待水位上升到沉淀池2上邊沿處時，將排水閥15打開持續排水。
[0020]以下為某礦區水力沖孔所產生的煤泥水，利用本發明來處理煤泥水實驗效果為例來說明:
某煤礦某一煤層第一個測試孔在O?1.5h、l.5h~2h的時間段內分別取煤泥水500ml，在地面實驗室測得其濃度分別為0.1165kg/L、0.0271 kg/L。設置沉淀時間為I1s，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為3.092L/min。把沉淀時間代入公式(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。當以本計算結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裝置，煤泥的沉淀時間為103s，與所設置的誤差較小，可知所加入的藥劑量正確。
[0021]為了進一步驗證本發明的正確性，在另一個煤礦某煤層進行水力沖孔實驗，測試孔在O?1.5h、1.5h~2h的時間段內取煤泥水500ml，在地面實驗室測得其濃度分別為
0.2681kg/L、0.0529 kg/L。設置沉淀時間為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為4.096L/min。把沉淀時間代入公式(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。當以本計算結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裝置，煤泥的沉淀時間為165s，與所設置的誤差較小，可知所加入的藥劑量正確。
[0022]以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法，其特征在于:包括以下步驟， (1)在煤礦井下巷道內沖孔的區域的合適位置設置煤泥水快速沉淀裝置，煤泥水快速沉淀裝置包括沉淀池，測量出沉淀池的體積大小； (2)在步驟(I)中的區域煤層第一個水力沖孔作為測試孔，分別在沖孔時間O?1.5h、1.5h~2h的時間段內取所產生的煤泥水各500ml，在地面實驗室分別測出這兩個時間段所采集的煤泥水濃度;并測試出沖孔過程中煤泥水的流量;該區域同一煤層水力沖孔所產生的煤泥水濃度測出的煤泥水濃度相同； (3)根據測試出來的煤泥水的濃度和沉淀池的大小，確定該區域內的煤泥水的沉淀所需要的時間； (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間的公式為: yi = 18.161χΓ°.892(I) 式中:Xl—電性中和劑百分比與煤泥水濃度的比值； yi 一沉淀所需要的時間； 由步驟(3)中的沉淀所需要的時間可求出電性中和劑百分比與不同時段煤泥水濃度的比值，煤泥水濃度已知，可求得不同時段所需電性中和劑百分比； 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間的公式為: y2 = 9.9445x2—^139 (2) 式中:X2—高分子絮凝劑百分比與煤泥水濃度的比值； J2一沉淀所需要的時間， 由步驟(3)沉淀時間可求出高分子絮凝劑百分比與不同時段煤泥水濃度的比值，煤泥水濃度已知，可求得不同時段所需高分子絮凝劑百分比； (5 )根據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兩個時間段中需要添加的電性中和劑和高分子絮凝劑的比例，求得所述兩個時間段所需要的添加電性中和劑和高分子絮凝劑的量； (6)在巷道內待沖孔的區域布置鉆機和鉆桿，進行實際水力沖孔作業，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，由水力沖孔所產生的煤泥水經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； (7)經沉淀池沉淀后，取上層溶液到實驗室檢驗煤泥水濃度，達標后，沉淀池內的上層溶液直接排出，經井下排水系統排出礦井，沉淀池內下部沉淀的煤泥挖出運出礦井。2.根據權利要求1所述的煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法，其特征在于:煤泥水快速沉淀裝置還包括伸縮支架、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，伸縮支架上設有聚液斗，聚液斗呈上大下小、頂部敞口的殼體結構，吊架上端設在巷道頂壁上，煤泥水輸出管上設有抱箍，抱箍上部鉸接在吊架下端，煤泥水輸出管的進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有第一進液管，第一進液管上設有第一流量調節閥，高分子絮凝劑加入箱底部與煤泥水輸出管頂部之間設有第二進液管，第二進液管上設有第二流量調節閥，第一進液管與聚液斗之間的距離小于第二進液管與聚液斗之間的距離。3.根據權利要求2所述的煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法，其特征在于:沉淀池一側中上部設有排水管，排水管上設有排水閥，煤泥水輸出管的出水口和排水閥的進水口分別位于沉淀池的相對兩側。4.根據權利要求3所述的煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法，其特征在于: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，伸縮支架放置巷道底板上，聚液斗一側緊貼巷道壁并位于待沖孔的下方，開啟鉆機，高壓水通過鉆桿進行沖孔作業，煤泥水由鉆孔口流到聚液斗，再經過煤泥水輸出管流入到沉淀池內，與此同時，操控第一流量調節閥和第二流量調節閥，使電性中和劑加入箱和高分子絮凝劑混入到煤泥水內的速度與步驟(5)得到的比例一致。5.根據權利要求4所述的煤礦井下水力沖孔煤泥水凈化處理方法，其特征在于:步驟(7 )中的煤泥水在沉淀池內沉淀過程中，排水閥關閉，待水位上升到沉淀池上邊沿處時，將排水閥打開持續排水。
【文檔編號】C02F103/10GK105923724SQ201610320953
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】張明杰, 盧坤鵬, 宋景玲, 馮陣東, 范豪杰, 寶坤
【申請人】河南理工大學