煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法
【专利摘要】煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法，包括以下步骤：1）第一个水力冲孔钻孔作为测试孔，分别测出其不同时间段冲出煤泥水的浓度；2）应用公式以及关系图，求出净化该煤泥水所需要的两种药剂量；3）采用本发明给出的煤泥水沉淀系统装置，使水力冲孔所产生的煤泥水加入所需要的沉淀药剂后流入沉淀池；4）定时取沉淀池内煤泥水，在实验室检验其浓度；5）沉淀达到要求后，上层溶液经排放管道排出，下部沉淀的煤泥挖出运出矿井。本发明通过现场实验研究，得出试验煤泥沉淀所需药剂浓度与煤泥水浓度比值和沉淀时间的规律与关系式。此规律推广至不同煤层，确定应用所需药剂量，使冲孔煤泥快速高效沉淀。
【专利说明】
煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法
技术领域
[0001]本发明属煤矿井下高压水射流冲孔技术领域，具体涉及一种煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法。
【背景技术】
[0002]目前，高压水射流技术在井下应用广泛，其特点是压力高、流量大，往往会在工作面产生大量煤泥污水。进行水力冲孔，能够减少打钻时的煤尘，煤尘具有爆炸性，不利于煤矿的安全生产。井下工人由于长时间在充满煤尘的环境中工作，容易得煤肺病，对煤矿职工的健康有直接危害。煤泥污水中含有大量的煤，如果不加以处理，就会导致资源的浪费。根据煤的坚固性系数不同，所需要冲孔压力与冲出的煤泥水浓度也不相同，所需要的药剂量没有一个定值，如果加入的药剂量过多则容易造成沉淀的煤泥板结，沉淀过后所产生的滤液中含有化学物质造成环境污染。如果加入的药剂量过少则造成沉淀不完全，达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设备，长时间的抽出容易造成设备损害。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法，该方法根据煤的坚固性系数确定煤泥水的浓度，水力冲孔所产生的煤泥水加入药剂后流入沉淀池沉淀，一段时间后检验沉淀后的煤泥水浓度，合格后分别排出溶液和挖出沉淀后的煤泥。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法，包括以下步骤，
(1)在煤矿井下巷道内冲孔的区域的合适位置设置煤泥水快速沉淀装置，煤泥水快速沉淀装置包括沉淀池，测量出沉淀池的体积大小；
(2)在步骤(I)中的区域煤层第一个水力冲孔作为测试孔，分别在冲孔时间O?1.5h、1.5h~2h的时间段内取所产生的煤泥水各500ml，在地面实验室分别测出这两个时间段所采集的煤泥水浓度;并测试出冲孔过程中煤泥水的流量;该区域同一煤层水力冲孔所产生的煤泥水浓度测出的煤泥水浓度相同；
(3)根据测试出来的煤泥水的浓度和沉淀池的大小，确定该区域内的煤泥水的沉淀所需要的时间；
(4)采用电性中和剂作为一种加速沉淀药剂，电性中和剂与煤泥水浓度的比值和沉淀所需要的时间的公式为:
yi = 18.161xf0.892(I)
式中:χι—电性中和剂百分比与煤泥水浓度的比值； yi 一沉淀所需要的时间；
由步骤(3)中的沉淀所需要的时间可求出电性中和剂百分比与不同时段煤泥水浓度的比值，煤泥水浓度已知，可求得不同时段所需电性中和剂百分比。
[0005]采用高分子絮凝剂作为另一种加速沉淀药剂，高分子絮凝剂与煤泥水浓度的比值和沉淀所需要的时间的公式为:
y2 = 9.9445x2—^139 (2)
式中:X2—高分子絮凝剂百分比与煤泥水浓度的比值；
J2一沉淀所需要的时间，
由步骤(3)沉淀时间可求出高分子絮凝剂百分比与不同时段煤泥水浓度的比值，煤泥水浓度已知，可求得不同时段所需高分子絮凝剂百分比；
(5)根据煤泥水的流量与药剂加入装置的流量，利用步骤(4)所求得的O?1.5h和1.5h~2h两个时间段中需要添加的电性中和剂和高分子絮凝剂的比例，求得所述两个时间段所需要的添加电性中和剂和高分子絮凝剂的量；
(6)在巷道内待冲孔的区域布置钻机和钻杆，进行实际水力冲孔作业，把电性中和剂和高分子絮凝剂按步骤(5)中求得的量放置到煤泥水快速沉淀装置内，由水力冲孔所产生的煤泥水经过煤泥水快速沉淀装置依次分别与电性中和剂和高分子絮凝剂充分混合后流入沉淀池；
(7)经沉淀池沉淀后，取上层溶液到实验室检验煤泥水浓度，达标后，沉淀池内的上层溶液直接排出，经井下排水系统排出矿井，沉淀池内下部沉淀的煤泥挖出运出矿井。
[0006]煤泥水快速沉淀装置还包括伸缩支架、吊架、煤泥水输出管、电性中和剂加入箱和高分子絮凝剂加入箱，伸缩支架上设有聚液斗，聚液斗呈上大下小、顶部敞口的壳体结构，吊架上端设在巷道顶壁上，煤泥水输出管上设有抱箍，抱箍上部铰接在吊架下端，煤泥水输出管的进液端向上折弯并与聚液斗底部连接，煤泥水输出管的出液端向下折弯并位于沉淀池上方；电性中和剂加入箱底部与煤泥水输出管顶部之间设有第一进液管，第一进液管上设有第一流量调节阀，高分子絮凝剂加入箱底部与煤泥水输出管顶部之间设有第二进液管，第二进液管上设有第二流量调节阀，第一进液管与聚液斗之间的距离小于第二进液管与聚液斗之间的距离。
[0007]沉淀池一侧中上部设有排水管，排水管上设有排水阀，煤泥水输出管的出水口和排水阀的进水口分别位于沉淀池的相对两侧。
[0008]步骤(6)中的电性中和剂和高分子絮凝剂分别添加到电性中和剂加入箱和高分子絮凝剂加入箱内，伸缩支架放置巷道底板上，聚液斗一侧紧贴巷道壁并位于待冲孔的下方，开启钻机，高压水通过钻杆进行冲孔作业，煤泥水由钻孔口流到聚液斗，再经过煤泥水输出管流入到沉淀池内，与此同时，操控第一流量调节阀和第二流量调节阀，使电性中和剂加入箱和高分子絮凝剂混入到煤泥水内的速度与步骤(5)得到的比例一致。
[0009]步骤(7)中的煤泥水在沉淀池内沉淀过程中，排水阀关闭，待水位上升到沉淀池上边沿处时，将排水阀打开持续排水。
[0010]采用上述技术方案，本发明中的伸缩支架可调节高度，这样可调节聚液斗的高度，以适用于冲孔作业的不同高度。抱箍上部铰接在吊架下端，这样也可以使煤泥水输出管根据以吊架下端为支点转动，从而适合冲孔作业时聚液斗的高度。
[0011]本发明提供了一种煤泥水沉淀系统装置，通过药剂加入箱加入两种药剂，利用可调阀门来控制药剂的加入量，煤泥水的流动又能使药剂和煤泥水充分混合。本发明通过现场实验研究，得出试验煤泥沉淀所需药剂浓度与煤泥水浓度比值和沉淀时间的规律与关系式，并通过这些关系式在煤泥水净化处理推广应用。本发明推广至不同煤层，确定应用所需药剂量，使冲孔煤泥快速高效沉淀。
【附图说明】
[0012]图1为本发明中煤泥水快速沉淀装置的结构示意图；
图2为电性中和剂浓度百分比与煤泥水浓度的比值和沉淀时间的关系图；
图3为高分子絮凝剂浓度百分比与煤泥水浓度的比值和沉淀时间的关系图。
【具体实施方式】
[0013]本发明的煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法，包括以下步骤:
(I)在煤矿井下巷道I内冲孔的区域的合适位置设置煤泥水快速沉淀装置，煤泥水快速沉淀装置包括沉淀池2，测量出沉淀池2的体积大小；
如图1所示，煤泥水快速沉淀装置还包括伸缩支架3、吊架4、煤泥水输出管5、电性中和剂加入箱6和高分子絮凝剂加入箱7，伸缩支架3上设有聚液斗8，聚液斗8呈上大下小、顶部敞口的壳体结构，吊架4上端设在巷道I顶壁上，煤泥水输出管5上设有抱箍9，抱箍9上部铰接在吊架4下端，煤泥水输出管5的进液端向上折弯并与聚液斗8底部连接，煤泥水输出管5的出液端向下折弯并位于沉淀池2上方；电性中和剂加入箱6底部与煤泥水输出管5顶部之间设有第一进液管10，第一进液管10上设有第一流量调节阀11，高分子絮凝剂加入箱7底部与煤泥水输出管5顶部之间设有第二进液管12，第二进液管12上设有第二流量调节阀13，第一进液管10与聚液斗8之间的距离小于第二进液管12与聚液斗8之间的距离。
[0014]沉淀池2—侧中上部设有排水管14，排水管14上设有排水阀15，煤泥水输出管5的出水口和排水阀15的进水口分别位于沉淀池2的相对两侧。
[0015](2)在步骤(I)中的区域煤层第一个水力冲孔作为测试孔，分别在冲孔时间O?1.5h、1.5h~2h的时间段内取所产生的煤泥水各500ml，在地面实验室分别测出这两个时间段所采集的煤泥水浓度;并测试出冲孔过程中煤泥水的流量;该区域同一煤层水力冲孔所产生的煤泥水浓度测出的煤泥水浓度相同；
(3)根据测试出来的煤泥水的浓度和沉淀池2的大小，确定该区域内的煤泥水的沉淀所需要的时间；
(4)如图2所示，采用电性中和剂作为一种加速沉淀药剂，电性中和剂与煤泥水浓度的比值和沉淀所需要的时间的公式为:
yi = 18.161xf0.892(I)
式中:χι—电性中和剂百分比与煤泥水浓度的比值； yi 一沉淀所需要的时间；
由步骤(3)中的沉淀所需要的时间可求出电性中和剂百分比与不同时段煤泥水浓度的比值，煤泥水浓度已知，可求得不同时段所需电性中和剂百分比。
[0016]如图3所示，采用高分子絮凝剂作为另一种加速沉淀药剂，高分子絮凝剂与煤泥水浓度的比值和沉淀所需要的时间的公式为:
y2 = 9.9445x2—^139 (2)
式中:X2—高分子絮凝剂百分比与煤泥水浓度的比值； y2—沉淀所需要的时间，
由步骤(3)沉淀时间可求出高分子絮凝剂百分比与不同时段煤泥水浓度的比值，煤泥水浓度已知，可求得不同时段所需高分子絮凝剂百分比；
(5)根据煤泥水的流量与药剂加入装置的流量，利用步骤(4)所求得的O?1.5h和1.5h~2h两个时间段中需要添加的电性中和剂和高分子絮凝剂的比例，求得所述两个时间段所需要的添加电性中和剂和高分子絮凝剂的量；
(6 )在巷道I内待冲孔的区域布置钻机16和钻杆17，进行实际水力冲孔作业，把电性中和剂和高分子絮凝剂按步骤(5)中求得的量放置到煤泥水快速沉淀装置内，由水力冲孔所产生的煤泥水经过煤泥水快速沉淀装置依次分别与电性中和剂和高分子絮凝剂充分混合后流入沉淀池2;煤泥水先与电性中和剂混合，再与高分子絮凝剂混合，煤泥沉淀的效果会更加快速。
[0017](7)经沉淀池2沉淀后，取上层溶液到实验室检验煤泥水浓度，达标后，沉淀池2内的上层溶液直接排出，经井下排水系统排出矿井，沉淀池2内下部沉淀的煤泥挖出运出矿井。
[0018]步骤(6)中的电性中和剂和高分子絮凝剂分别添加到电性中和剂加入箱6和高分子絮凝剂加入箱7内，伸缩支架3放置巷道I底板上，聚液斗8—侧紧贴巷道I壁并位于待冲孔的下方，开启钻机16，高压水通过钻杆17进行冲孔作业，煤泥水由钻孔口流到聚液斗8，再经过煤泥水输出管5流入到沉淀池2内，与此同时，操控第一流量调节阀11和第二流量调节阀13，使电性中和剂加入箱6和高分子絮凝剂混入到煤泥水内的速度与步骤(5)得到的比例一致。
[0019]步骤(7)中的煤泥水在沉淀池2内沉淀过程中，排水阀15关闭，待水位上升到沉淀池2上边沿处时，将排水阀15打开持续排水。
[0020]以下为某矿区水力冲孔所产生的煤泥水，利用本发明来处理煤泥水实验效果为例来说明:
某煤矿某一煤层第一个测试孔在O?1.5h、l.5h~2h的时间段内分别取煤泥水500ml，在地面实验室测得其浓度分别为0.1165kg/L、0.0271 kg/L。设置沉淀时间为I1s，代入公式
(I)可求得电性中和剂浓度百分比与煤泥水浓度的比值为0.1327，求出电性中和剂的浓度百分比为1.546%，乳化液的流量为200L/min，所以电性中和剂的加入量应为3.092L/min。把沉淀时间代入公式(2)可求出高分子絮凝剂浓度百分比与煤泥水浓度的比值为0.1212，求出高分子絮凝剂的浓度百分比为1.412%，所以高分子絮凝剂的加入量为2.824L/min。当以本计算结果在药剂加入装置中加入药剂后，让煤泥水流入煤泥水沉淀系统装置，煤泥的沉淀时间为103s，与所设置的误差较小，可知所加入的药剂量正确。
[0021]为了进一步验证本发明的正确性，在另一个煤矿某煤层进行水力冲孔实验，测试孔在O?1.5h、1.5h~2h的时间段内取煤泥水500ml，在地面实验室测得其浓度分别为
0.2681kg/L、0.0529 kg/L。设置沉淀时间为180s，代入公式(I)可求得电性中和剂浓度百分比与煤泥水浓度的比值为0.0764，求出电性中和剂的浓度百分比为2.0483%，乳化液的流量为200L/min，所以电性中和剂的加入量应为4.096L/min。把沉淀时间代入公式(2)可求出高分子絮凝剂浓度百分比与煤泥水浓度的比值为0.07866，求出高分子絮凝剂的浓度百分比为2.1089%，所以高分子絮凝剂的加入量为4.2177L/min。当以本计算结果在药剂加入装置中加入药剂后，让煤泥水流入煤泥水沉淀系统装置，煤泥的沉淀时间为165s，与所设置的误差较小，可知所加入的药剂量正确。
[0022]以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法，其特征在于:包括以下步骤， (1)在煤矿井下巷道内冲孔的区域的合适位置设置煤泥水快速沉淀装置，煤泥水快速沉淀装置包括沉淀池，测量出沉淀池的体积大小； (2)在步骤(I)中的区域煤层第一个水力冲孔作为测试孔，分别在冲孔时间O?1.5h、1.5h~2h的时间段内取所产生的煤泥水各500ml，在地面实验室分别测出这两个时间段所采集的煤泥水浓度;并测试出冲孔过程中煤泥水的流量;该区域同一煤层水力冲孔所产生的煤泥水浓度测出的煤泥水浓度相同； (3)根据测试出来的煤泥水的浓度和沉淀池的大小，确定该区域内的煤泥水的沉淀所需要的时间； (4)采用电性中和剂作为一种加速沉淀药剂，电性中和剂与煤泥水浓度的比值和沉淀所需要的时间的公式为: yi = 18.161χΓ°.892(I) 式中:Xl—电性中和剂百分比与煤泥水浓度的比值； yi 一沉淀所需要的时间； 由步骤(3)中的沉淀所需要的时间可求出电性中和剂百分比与不同时段煤泥水浓度的比值，煤泥水浓度已知，可求得不同时段所需电性中和剂百分比； 采用高分子絮凝剂作为另一种加速沉淀药剂，高分子絮凝剂与煤泥水浓度的比值和沉淀所需要的时间的公式为: y2 = 9.9445x2—^139 (2) 式中:X2—高分子絮凝剂百分比与煤泥水浓度的比值； J2一沉淀所需要的时间， 由步骤(3)沉淀时间可求出高分子絮凝剂百分比与不同时段煤泥水浓度的比值，煤泥水浓度已知，可求得不同时段所需高分子絮凝剂百分比； (5 )根据煤泥水的流量与药剂加入装置的流量，利用步骤(4)所求得的O?1.5h和1.5h~2h两个时间段中需要添加的电性中和剂和高分子絮凝剂的比例，求得所述两个时间段所需要的添加电性中和剂和高分子絮凝剂的量； (6)在巷道内待冲孔的区域布置钻机和钻杆，进行实际水力冲孔作业，把电性中和剂和高分子絮凝剂按步骤(5)中求得的量放置到煤泥水快速沉淀装置内，由水力冲孔所产生的煤泥水经过煤泥水快速沉淀装置依次分别与电性中和剂和高分子絮凝剂充分混合后流入沉淀池； (7)经沉淀池沉淀后，取上层溶液到实验室检验煤泥水浓度，达标后，沉淀池内的上层溶液直接排出，经井下排水系统排出矿井，沉淀池内下部沉淀的煤泥挖出运出矿井。2.根据权利要求1所述的煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法，其特征在于:煤泥水快速沉淀装置还包括伸缩支架、吊架、煤泥水输出管、电性中和剂加入箱和高分子絮凝剂加入箱，伸缩支架上设有聚液斗，聚液斗呈上大下小、顶部敞口的壳体结构，吊架上端设在巷道顶壁上，煤泥水输出管上设有抱箍，抱箍上部铰接在吊架下端，煤泥水输出管的进液端向上折弯并与聚液斗底部连接，煤泥水输出管的出液端向下折弯并位于沉淀池上方；电性中和剂加入箱底部与煤泥水输出管顶部之间设有第一进液管，第一进液管上设有第一流量调节阀，高分子絮凝剂加入箱底部与煤泥水输出管顶部之间设有第二进液管，第二进液管上设有第二流量调节阀，第一进液管与聚液斗之间的距离小于第二进液管与聚液斗之间的距离。3.根据权利要求2所述的煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法，其特征在于:沉淀池一侧中上部设有排水管，排水管上设有排水阀，煤泥水输出管的出水口和排水阀的进水口分别位于沉淀池的相对两侧。4.根据权利要求3所述的煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法，其特征在于:步骤(6)中的电性中和剂和高分子絮凝剂分别添加到电性中和剂加入箱和高分子絮凝剂加入箱内，伸缩支架放置巷道底板上，聚液斗一侧紧贴巷道壁并位于待冲孔的下方，开启钻机，高压水通过钻杆进行冲孔作业，煤泥水由钻孔口流到聚液斗，再经过煤泥水输出管流入到沉淀池内，与此同时，操控第一流量调节阀和第二流量调节阀，使电性中和剂加入箱和高分子絮凝剂混入到煤泥水内的速度与步骤(5)得到的比例一致。5.根据权利要求4所述的煤矿井下水力冲孔煤泥水净化处理方法，其特征在于:步骤(7 )中的煤泥水在沉淀池内沉淀过程中，排水阀关闭，待水位上升到沉淀池上边沿处时，将排水阀打开持续排水。
【文档编号】C02F103/10GK105923724SQ201610320953
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】张明杰, 卢坤鹏, 宋景玲, 冯阵东, 范豪杰, 宝坤
【申请人】河南理工大学