一种增加矿井水仓容量的系统及方法与流程

本发明属于矿山开采技术领域，具体涉及一种增加矿井水仓容量的系统及方法。

背景技术：

在矿山开采的过程中，矿井水仓作为矿井涌水和生产用水的暂时存放地，对矿井防止突水具有非常重要的意义，因此煤炭安全生产规范要求水仓的空仓容量必须保持50%以上。在现有技术条件下，水仓的工作方式是一用一备，水仓的空仓容量只能勉强符合规范要求。

如图11所示，目前矿井水仓排水系统包括：主水仓5和副水仓6，所述主水仓5的进水沟设有闸板一1，出水管道设有排水阀门一3，所述副水仓6的进水沟设有闸板二2，出水管道设有排水阀门二4，所述矿井生产中产生的矿井水向主水仓5、副水仓6同时进行排水。当主、副水仓运行一段时间以后，其中一个水仓被煤泥淤积堆满，这是需要关闭该水仓进水沟的闸板，同时关闭该水仓的排水阀门，使该水仓停止进水，而另一个水仓则正常工作。在该水仓停止进水后，需要人工使用铁锹或装载机械进入水仓对该水仓内的煤泥进行清理，清理工作完成以后将该水仓进水沟闸板打开，同时打开该水仓的排水阀门，使该水仓可以进行正常进水作业；上述主、副水仓轮流进行进水、清理工作。

现有水仓的运行方式存在的缺点：1）目前水仓的空仓容量只能勉强保持50%左右，不能充分利用水仓的有效容积，安全隐患多；2）水仓清挖需要停止水仓进水；3）清挖周期长，每年需要定期清理水仓1-2次，在现有技术条件下，水仓采用人工清理，每次水仓清理需要耗时1-3个月；4）清理频繁，水仓清理的频率取决于水仓进水中悬浮物含量，当进水悬浮物含量较小的时候，根据煤炭安全生产规范在每年的雨季前需要对主、副水仓进行一次清理；当进水悬浮物含量较大的时候，根据煤炭安全生产规范中水仓空仓的容量规定，每年需要对主、副水仓进行两至三次清理；5）运行费用高，由于水仓空仓容量小，矿井水中的悬浮物不能充分沉淀，所以排水中悬浮物含量较高，导致：①主泵及排水管路磨损严重，维修费用高；②排水比重大，主泵能耗较高；③污水处理站药剂投入费用高，且影响污水处理的安全运行和水质的达标。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种增加矿井水仓容量的系统及方法，可以提高水仓的空仓容量，使水仓的空仓容量等于水仓的有效容量，高于国家标准，增加了矿山预防突水的能力。

本发明采用的技术方案是：一种增加矿井水仓容量的系统，包括矿井水仓，所述矿井水仓设有主水仓一和副水仓一，所述主水仓一和副水仓一分别与配水巷通过管道连通；所述主水仓一的进水沟设有进水阀门一，所述主水仓一的出水管道设有出水阀门一，所述副水仓一的进水沟设有进水阀门二，所述副水仓一的出水管道设有出水阀门二，所述进水阀门一、出水阀门一、进水阀门二与出水阀门二分别与电控装置电性连接；所述主水仓一底部连接有污泥泵一，所述污泥泵一通过排泥管道与副水仓一连接，所述副水仓一底部连接有污泥泵二，所述污泥泵二通过排泥管道与主水仓一连接；所述主水仓一或副水仓一内设置有清仓设备；

所述设置有清仓设备的主水仓一或副水仓一的仓体结构包括依次设置的通道、排泥硐室、存水硐室；所述通道设在水仓入口处；所述通道阶梯处设有排泥硐室，所述排泥硐室连通存水硐室；所述排泥硐室底部设有集泥池；所述另一未设置有清仓设备的主水仓一或副水仓一的结构包括依次连通设置的通道一、斜巷和存水硐室一。

进一步的，所述清仓设备由粗滤系统、污泥脱水系统、排泥系统、刮泥系统和控制系统组成；所述通道内设有粗滤系统和污泥脱水系统；所述排泥硐室内设有排泥系统；所述存水硐室内设有刮泥系统；所述粗滤系统、污泥脱水系统、排泥系统、刮泥系统分别连接控制系统，由控制系统控制实现机械化清淤。所述控制系统以及由控制系统控制的设备均采用exdi的安全标准。

进一步的，所述粗滤系统位于通道入口处，包括依次设置的格栅机、搅拌机一、提砂机和砂水分离器；所述格栅机设置在格栅井内；所述搅拌机一、提砂机设置在沉砂池内，所述搅拌机搅拌机一固定在沉砂池内横梁上，所述提砂机的出口与所述砂水分离器入口对应设置；所述格栅机出口处设有杂物收集装置一，所述砂水分离器出口处设有杂物收集装置二。

进一步的，所述污泥脱水系统设置在通道内靠近排泥硐室一侧；所述污泥脱水系统包括依次设置的筛分机、搅拌机二、喂料泵和污泥脱水机，所述筛分机的出口处与搅拌机二的入口处连接，所述搅拌机二的出口处与所述喂料泵的入口处连接，所述喂料泵的出口处与所述污泥脱水机的入口处连接；所述搅拌机二设置在中继槽内；所述筛分机处设置有杂物收集装置三，所述污泥脱水机出口处设置有杂物收集装置四。

进一步的，所述排泥系统包括搅拌机三和污泥泵；所述搅拌机三包括驱动装置、搅拌轴和搅拌叶，所述驱动装置连接搅拌轴，所述搅拌轴上固定设置有搅拌叶；所述搅拌机三的搅拌轴为中空结构，中空结构内安装有可上下活动的污泥泵；所述污泥泵连通有排污管，用于将污泥排出集泥池；所述排泥硐室中部固定有横梁，搅拌机三固定在横梁上；所述排泥硐室顶部固定有挂钩，所述挂钩上连接有驱动污泥泵上下活动的起吊装置，所述起吊装置另一端延伸至搅拌轴内底部与污泥泵连接。所述起吊装置一般包括吊链和吊绳，吊链一端连接吊钩，另一端连接有吊绳，所述吊绳另一端延伸至搅拌轴内底部与污泥泵连接。

进一步的，所述刮泥系统包括车体、驱动机构、供电装置、提耙机构、刮板、承重锚杆、止推锚杆、道轨和行走轮；

所述车体的两侧面分别设置有多个行走轮，行走轮架设在道轨上，可沿道轨移动；所述道轨设置在由承重锚杆和止推锚杆组成的悬挂支撑座上；所述承重锚杆固定在存水硐室的顶板上，止推锚杆垂直于承重锚杆安装在存水硐室侧壁上；

所述车体上固定设有驱动机构、供电装置和提耙机构；所述驱动机构包括电机和减速机；所述驱动机构通过传动轴与行走轮传动连接，驱动行走轮在道轨上方进行行走运动；所述提耙机构包括油缸、拉绳和耙架；所述耙架下方固定有刮板，所述油缸通过控制拉绳长度使耙架移动，进一步带动刮板移动提耙机构可控制刮板上下移动；所述供电装置分别与驱动机构的电机和提耙机构的油缸相连，向驱动机构和提耙机构提供动力。

进一步的，所述行走轮包括轮缘、轮毂和锥形踏面，采用单轮缘和锥形踏面结构的行走轮适用于曲线结构的存水硐室；所述行走轮的直径由轮外侧向轮内侧逐渐增大，形成锥形踏面。

进一步的，所述行走轮包括轮缘、轮毂和圆柱形踏面，采用双轮缘和圆柱形踏面结构的行走轮适用于直线结构的存水硐室；所述行走轮内外侧的直径相等，形成圆柱形踏面。

进一步的，所述道轨在转弯处的铺设采用外轨高度加高、内轨轨距加宽的方法；所述外轨高度加高是在道轨外轨原直线段高度的基础上加高一定的量△h，使外轨的高度大于内轨的高度；所述内轨轨距加宽是将道轨的内轨在原直线段轨距的基础上向向心侧移动一定的量e，使轨距增大。

一种增加矿井水仓容量的系统的使用方法，包括如下步骤：

主水仓一和副水仓一在正常运行的情况下，矿井水的工作流程为：若清仓设备设于副水仓一内，矿井生产中产生的矿井水在进入水仓前，关闭进水阀门一，接通出水阀门一、进水阀门二、出水阀门二，矿井水流入副水仓一，矿井水在副水仓一内进行沉淀和澄清后，通过出水阀门一、配水巷、出水阀门二溢流入主水仓一，当水仓液位到达排水液位的时候，启动外接排水泵排水；沉淀于副水仓一底部的煤泥被安装于副水仓一内的清仓设备排出；若清仓设备设于主水仓一内，矿井生产中产生的矿井水在进入水仓前，关闭进水阀门二，接通出水阀门一、进水阀门一、出水阀门二，矿井水流入主水仓一，矿井水在主水仓一内进行沉淀和澄清后，通过出水阀门一、配水巷、出水阀门二溢流入副水仓一，当水仓液位到达排水液位的时候，启动外接排水泵排水；沉淀于主水仓一底部的煤泥被安装于主水仓一内的清仓设备排出；

在清仓设备故障状态下，矿井水的工作流程为：若清仓设备设于副水仓一内，矿井生产中产生的矿井水在进入水仓前，关闭出水阀门二、进水阀门二，接通出水阀门一、进水阀门一，矿井水流入主水仓一内，矿井水在主水仓一进行沉淀和澄清后，通过出水阀门一流入配水巷，当水仓液位到达排水液位的时候，启动外接排水泵排水；当主水仓一进入运行状态后，利用污泥泵二将副水仓一内的泥水混合物排至主水仓一，副水仓一内泥水混合物排完后，对清仓设备进行维修；若清仓设备设于主水仓一内，矿井生产中产生的矿井水在进入水仓前，接通出水阀门二、进水阀门二，关闭出水阀门一、进水阀门一，矿井水流入副水仓一内，矿井水在副水仓一进行沉淀和澄清后，通过出水阀门二流入配水巷，当水仓液位到达排水液位的时候，启动外接排水泵排水；当副水仓一进入运行状态后，利用污泥泵一将主水仓一内的泥水混合物排至副水仓一，主水仓一内泥水混合物排完后，对清仓设备进行维修；

在清仓设备维修完成后，矿井水的工作流程为：若清仓设备设于副水仓一内，接通副水仓一进水阀门二、出水阀门二，同时关闭主水仓一的进水阀门一、出水阀门一，使用污泥泵一将主水仓一内的泥水混合物排至副水仓一，当主水仓一内的泥水混合物排完后，打开主水仓一排水出水阀门一，主副水仓切换至正常工作状态；若清仓设备设于主水仓一内，关闭副水仓一进水阀门二、出水阀门二，同时接通主水仓一的进水阀门一、出水阀门一，使用污泥泵二将副水仓一内的泥水混合物排至主水仓一，当副水仓一内的泥水混合物排完后，打开副水仓一排水出水阀门二，主副水仓切换至正常工作状态。

本发明的有益效果：

1、水仓清理可以在水仓不间断进水的情况下进行作业，本发明对水仓结构进行重新设计后，安装了自动刮泥设备、自动排泥设备，实现了水仓在连续进水的情况下可以进行清理水仓的作业。

2、水仓清理由被动清理进入了主动清理，减少了矿车、人员的集中投入、调动；水仓清理由水仓淤积至满再进行清理，变成了常态化的随时清理的状态；减少了对人员、矿车的集中使用，促进了生产，方便了管理，减少了清理人员数量、劳动强度，保障了人员的安全。

3、运行费用小，水仓进行及时有效的清理后，水仓排水含固量降低，减少了主泵及排水管路的磨损和维修费，减小了主泵能耗，降低了污水处理站药剂投入量，保证了污水处理的安全运行和水质的达标。

4、水仓空仓容量大，水仓进行及时有效的清理后，水仓内没有煤泥淤积的现象，矿井水仓的空仓容量等于有效容量，高于国家标准，水仓抗突水能力强大，保障了矿井生产安全。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为本发明的水仓结构示意图，其中图（a）为本发明中设有清仓设备的水仓结构示意图，图（b）为本发明中未设有清仓设备的水仓结构示意图。

图3为本发明清仓设备组成示意图。

图4为本发明中粗滤系统组成示意图。

图5为本发明中污泥脱水系统组成示意图。

图6为本发明中刮泥系统的正面结构示意图。

图7为本发明中刮泥系统的侧面结构示意图。

图8为本发明中单轮缘行走轮的结构示意图。

图9为本发明中双轮缘行走轮的结构示意图。

图10为本发明中道轨设置结构示意图，其中（a）为道轨弯道处轨距加宽示意图，（b）为道轨弯道处道轨加高示意图。

图11为现有矿井水仓结构示意图。

具体实施方式

为了能更清楚地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，一种增加矿井水仓容量的系统，包括矿井水仓，所述矿井水仓设有主水仓一7和副水仓一8，所述主水仓一7和副水仓一8分别与配水巷通过管道连通，所述主水仓一7的进水沟设有进水阀门一9，所述主水仓一7的出水管道设有出水阀门一11，所述副水仓一8的进水沟设有进水阀门二10，所述副水仓一8的出水管道设有出水阀门二12，所述进水阀门一9、出水阀门一11、进水阀门二10与出水阀门二12分别与电控装置13电性连接；所述主水仓一7底部连接有污泥泵一15，所述污泥泵一15通过排泥管道与副水仓一8连接，所述副水仓一8底部连接有污泥泵二14，所述污泥泵二14通过排泥管道与主水仓一7连接；所述主水仓7一或副水仓8一内设置有清仓设备；

如图2（a）、2（b）所示，所述设置有清仓设备的主水仓一7或副水仓一8的仓体结构包括依次设置的通道001、排泥硐室002、存水硐室003；所述通道001设在水仓入口处；所述通道001阶梯处设有排泥硐室002，所述排泥硐室002连通存水硐室003；所述排泥硐室002底部设有集泥池0021；所述另一未设置有清仓设备的主水仓一7或副水仓一8的结构包括依次连通设置的通道一004、斜巷005和存水硐室一006。

本优选实施例中，如图3所示，所述清仓设备由粗滤系统16、污泥脱水系统17、排泥系统18、刮泥系统19和控制系统组成；所述通道001内设有粗滤系统16和污泥脱水系统17；所述排泥硐室002内设有排泥系统18；所述存水硐室003内设有刮泥系统19；所述粗滤系统16、污泥脱水系统17、排泥系统18、刮泥系统19分别连接控制系统，由控制系统控制实现机械化清淤。所述控制系统以及由控制系统控制的设备均采用exdi的安全标准。

本优选实施例中，如图4所示，所述粗滤系统16位于通道001入口处，包括依次设置的格栅机1601、搅拌机一1603、提砂机1604和砂水分离器1605；所述格栅机1601设置在格栅井1608内；所述搅拌机一1603、提砂机1604设置在沉砂池1607内，所述搅拌机搅拌机一1603固定在沉砂池1607内横梁1609上，所述提砂机1604的出口与所述砂水分离器1605入口对应设置；所述格栅机1601出口处设有杂物收集装置一1602，所述砂水分离器1605出口处设有杂物收集装置二1606。

本优选实施例中，如图5所示，所述污泥脱水系统17设置在通道001内靠近排泥硐室002一侧；所述污泥脱水系统17包括依次设置的筛分机1701、搅拌机二1702、喂料泵1703和污泥脱水机1704，所述筛分机1701的出口处与搅拌机二1702的入口处连接，所述搅拌机二1702的出口处与所述喂料泵1703的入口处连接，所述喂料泵1703的出口处与所述污泥脱水机1704的入口处连接；所述搅拌机二1702设置在中继槽1707内；所述筛分机1701处设置有杂物收集装置三1705，所述污泥脱水机1704出口处设置有杂物收集装置四1706。

本优选实施例中，如图3所示，所述排泥系统18包括搅拌机三1801和污泥泵1802；所述搅拌机三1801包括驱动装置18011、搅拌轴18012和搅拌叶18013，所述驱动装置18011连接搅拌轴18012，所述搅拌轴18012上固定设置有搅拌叶18013；所述搅拌机三1801的搅拌轴18012为中空结构，中空结构内安装有可上下活动的污泥泵1802；所述污泥泵1802连通有排污管，用于将污泥排出集泥池0021；所述排泥硐室002中部固定有横梁1803，搅拌机三1801固定在横梁1803上；所述排泥硐室002顶部固定有挂钩1804，所述挂钩1804上连接有驱动污泥泵1802上下活动的起吊装置1805，所述起吊装置1805另一端延伸至搅拌轴18012内底部与污泥泵1802连接。所述起吊装置1805一般包括吊链和吊绳，吊链一端连接吊钩1804，另一端连接有吊绳，所述吊绳另一端延伸至搅拌轴18012内底部与污泥泵1802连接。

本优选实施例中，如图6-7所示，所述刮泥系统19包括车体1901、驱动机构1906、供电装置1907、提耙机构1908、刮板1902、承重锚杆1904、止推锚杆1905、道轨1903和行走轮1909；

所述车体1901的两侧面分别设置有多个行走轮1909，行走轮1909架设在道轨1903上，可沿道轨1903移动；所述道轨1903设置在由承重锚杆1904和止推锚杆1905组成的悬挂支撑座上；所述承重锚杆1904固定在存水硐室003的顶板上，止推锚杆1905垂直于承重锚杆1904安装在存水硐室003侧壁上；

所述车体1901上固定设有驱动机构1906、供电装置1907和提耙机构1908；所述驱动机构1906包括电机和减速机；所述驱动机构1906通过传动轴与行走轮1909传动连接，驱动行走轮1909在道轨1903上方进行行走运动；所述提耙机构1908包括油缸19081、拉绳19082和耙架19083；所述耙架19083下方固定有刮板1902，所述油缸19081通过控制拉绳19082长度使耙架19083移动，进一步带动刮板1902移动提耙机构1908可控制刮板1902上下移动；所述供电装置1907分别与驱动机构1906的电机和提耙机构1908的油缸19081相连，向驱动机构1906和提耙机构1908提供动力。

本优选实施例中，如图8所示，所述行走轮1909包括轮缘19091、轮毂19092和锥形踏面19093，采用单轮缘和锥形踏面结构的行走轮1909适用于曲线结构的存水硐室003；所述行走轮11的直径由轮外侧向轮内侧逐渐增大，形成锥形踏面19093。

本优选实施例中，如图9所示，所述行走轮1909包括轮缘19091、轮毂19092和圆柱形踏面19094，采用双轮缘和圆柱形踏面结构的行走轮1909适用于直线结构的存水硐室003；所述行走轮1909内外侧的直径相等，形成圆柱形踏面19094。

本优选实施例中，如图10（a）、（b）所示，所述道轨1903在转弯处的铺设采用外轨s1高度加高、内轨s2轨距加宽的方法；所述外轨s1高度加高是在道轨1903外轨s1原直线段高度的基础上加高一定的量△h，使外轨s1的高度大于内轨s2的高度；所述内轨s2轨距加宽是将道轨1903的内轨s2在原直线段轨距的基础上向向心侧移动一定的量e，移动至s2’，使轨距s0增大。

一种增加矿井水仓容量的系统的使用方法，包括如下步骤：

1）主水仓一7和副水仓一8均正常运行的情况下，矿井水的工作流程为：若清仓设备设于副水仓一8内，矿井生产中产生的矿井水在进入水仓前，关闭进水阀门一9，接通出水阀门一11、进水阀门二10、出水阀门二12，矿井水流入副水仓一8，矿井水在副水仓一8内进行沉淀和澄清后，通过出水阀门一11、配水巷、出水阀门二12溢流入主水仓一7，当水仓液位到达排水液位的时候，启动外接排水泵排水；沉淀于副水仓一8底部的煤泥被安装于副水仓一8内的清仓设备排出；若清仓设备设于主水仓一7内，矿井生产中产生的矿井水在进入水仓前，关闭进水阀门二10，接通出水阀门一11、进水阀门一9、出水阀门二12，矿井水流入主水仓一7，矿井水在主水仓一7内进行沉淀和澄清后，通过出水阀门一11、配水巷、出水阀门二12溢流入副水仓一8，当水仓液位到达排水液位的时候，启动外接排水泵排水；沉淀于主水仓一7底部的煤泥被安装于主水仓一7内的清仓设备排出；

2）在清仓设备故障状态下，矿井水的工作流程为：若清仓设备设于副水仓一8内，矿井生产中产生的矿井水在进入水仓前，关闭出水阀门二12、进水阀门二10，接通出水阀门一11、进水阀门一9，矿井水流入主水仓一7内，矿井水在主水仓一7进行沉淀和澄清后，通过出水阀门一11流入配水巷，当水仓液位到达排水液位的时候，启动外接排水泵排水；当主水仓一7进入运行状态后，利用污泥泵二14将副水仓一8内的泥水混合物排至主水仓一7，副水仓一8内泥水混合物排完后，对清仓设备进行维修；若清仓设备设于主水仓一7内，矿井生产中产生的矿井水在进入水仓前，关闭出水阀门一11、进水阀门一9，接通出水阀门二12、进水阀门二10，矿井水流入副水仓一8内，矿井水在副水仓一8进行沉淀和澄清后，通过出水阀门二12流入配水巷，当水仓液位到达排水液位的时候，启动外接排水泵排水；当副水仓一8进入运行状态后，利用污泥泵一15将主水仓一7内的泥水混合物排至副水仓一8，主水仓一7内泥水混合物排完后，对清仓设备进行维修；

3）在清仓设备维修完成后，矿井水的工作流程为：若清仓设备设于副水仓一8内，接通副水仓一8进水阀门二10、出水阀门二12，同时关闭主水仓一7的进水阀门一9、出水阀门一11，使用污泥泵一15将主水仓一7内的泥水混合物排至副水仓一8，当主水仓一7内的泥水混合物排完后，打开主水仓一7排水出水阀门一11，主副水仓切换至正常工作状态；若清仓设备设于主水仓一7内，关闭副水仓一8进水阀门二10、出水阀门二12，同时接通主水仓一7的进水阀门一9、出水阀门一11，使用污泥泵二14将副水仓一8内的泥水混合物排至主水仓一7，当副水仓一8内的泥水混合物排完后，打开副水仓一8排水出水阀门二12，主副水仓切换至正常工作状态。

工作原理：在矿井水进入存水硐室003前，先经过粗滤系统16除去水中的杂物和较大的颗粒物，经粗滤处理后的矿井水流入存水硐室003进行沉淀澄清；沉淀澄清后的矿井水储存在存水硐室003，当达到排水液位时，由排水泵排出；

沉淀于存水硐室003底部的煤泥，被刮泥系统19刮向集泥池0021，当集泥池0021内煤泥积满时，启动排泥系统18，集泥池0021内的煤泥被排泥系统18输送至污泥脱水系统17；

污泥脱水系统17对煤泥进行脱水后，煤泥收集于收集杂物收集装置后外运，污泥脱水系统17的滤液排向存水硐室003。

其中，驱动装置1906驱动车体1901移动，进一步带动刮板1902移动，利用刮板1902将污泥收集至集泥池0021，实现矿井水仓内机械刮泥，提高水仓的刮泥效率，减轻人员的劳动强度，给矿井的安全排水提供了保障。

本发明改变了原水仓的生产工艺与运行操作，现有水仓采用一用一备的生产工艺与运行操作，即一个水仓进行矿井水收集、沉淀、储存、排水的作用，另一个进行清理，轮流作业；本发明将主或副水仓中的一个水仓的功能改为了具有矿井水收集、沉淀、排泥、储存功能的水仓，将另外一个水仓的功能改为了储存清水的功能；本发明在具有矿井水收集、沉淀、排泥、储存、排水功能的水仓安装有排泥设施，使水仓在不间断进水的情况下可以进行水仓清理。

本发明通过改变水仓结构及增加清仓设备，通过粗滤系统拦截杂物、刮泥系统收集煤泥、排泥系统排泥输送、污泥脱水系统对污泥脱水等工艺流程，实现在水仓不间断进水的情况下，完成机械化清淤工作，使矿井水仓排泥实现自动化作业，且能够减少人员投入、提高煤泥的收集效率、增加水仓有效容积、提高矿井预防突水的能力，为井下无人开采提供了技术保障。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。