离心式矿用水仓清挖机研究与应用

李庆双　孙成国　李向鑫

摘要：离心式水仓清挖机较原有压滤式水仓清挖机相比能够减少大量人员需求，有效的减少井下运输压力，降低水仓清挖成本，减少水仓清挖工作的劳动量，是未来水仓清挖机发展的趋势。

关键词：水仓清挖机;压滤式;离心式

煤矿井下水仓是保证安全生产、防止矿井水灾的重要设施。随着矿井开采的延伸，矿井涌水量逐渐增大，排水泵不能及时排往地面的涌水积存在井下水仓中。由于大量涌水携带固体颗粒物进入水仓，使得井下水仓有效蓄水容积减小，必须定期对水仓内淤积的固体物进行清理。《煤矿安全规程》第一百八十条规定，主要水仓必须有主仓和副仓，一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用，并始终保持原设计容积的3/4以上，如此循环交替工作。

井下水仓清挖工作条件恶劣，淤积物中含水量大，搅动后往往变成半流态或流态，用传统的铁锹装矿车运出清仓方式劳动强度大，工作效率低，压滤式水仓清挖机，设备较多，操作复杂，需要人工较多，占地面积大。而离心式水仓清挖机不仅具备压滤式水仓清挖机所有优点同时具备安装占地面积小、安装简单，使用人员少，操作简单，容易维护保养是水仓清挖机今后发展的主要方向。

1、清仓机工作原理

清仓机有两部分组成，包括自动集料泵送车与矿用离心式固液分离机。工作时通过轨轮式/履带式清淤小车搅拌集料系统对煤矿井下煤泥进行搅拌，轨轮式/履带式清淤小车的泵送系统通过管路将煤泥输送至矿用固液分离机内，煤泥水混合物在矿用固液分离机作用下，使水、煤混合物分离，水经溢流管排出后回流到另一水仓，再由井口排水泵排出，固液离心机中的脱水煤泥进入矿车/皮带运输。

2、清仓机主要结构及其特性

2.1车体行走装置

车体行走系统主要有行走动力装置、行走轮组和车架组成。动力装置采用油泵液压驱动，使行走轮组能够在水仓中行走，在小车安装有行走踏板，前踩为前进，后踩为后退，中间位置为制动。

2.2搅拌集料系统

搅拌集料装置安装在车体行走机构前端，主要有搅拌装置、升降油缸、传动系统、机架、渣浆泵等部分组成。工作时调节升降油缸将搅拌装置处于合适位置，启动搅拌装置将收集到中间位置，泥浆泵将煤机直接通过管路输送到矿用离心式固液分离机。

2.3液压控制系统

液压系统采用全开式回路，用于驱动清淤机行走、螺旋集料输送机构运转和控制升降液压缸伸缩，能够很好的适用水仓湿热环境。

3、矿用离心式固液分离机

分离机主要由转鼓、螺旋推料器、差速器、机座、罩壳、润滑系统等部件组成。

3.1螺旋推料器

螺旋输送器能连续地把沉渣送至排渣口并排出机外。螺旋输送器的筒体与转鼓同心安装在轴承上，螺旋输送器边缘所形成的回转外廓通常同转鼓的形状相同。螺旋推料器由柱锥体及叶片构成，叶片焊接在筒体上成螺旋线形，螺旋出料口处增加布料内筒，螺旋采用单锥，可以确保沉降至转鼓内的物料可靠地被输送。

螺旋推料器在锥段采用变螺距的结构形式，主要的目的是增加沉降时间，提高分离效果;另外逐渐减小螺距使物料在锥段受到渐变的挤压作用，可以减小泥饼的含水量。

3.2转鼓

分离机转鼓由柱转鼓与锥转鼓组成。在转鼓的大端轴向分布有6个出液口。转鼓最大内直径为500mm，长径比为3/1。

3.3工作原理

分离机由一个电机驱动，由两对皮带轮分别传动，一对皮带轮与卧螺分离机转鼓相连，另一对与螺旋推料器相连，由于传动比不同，这样就使得转鼓与螺旋同向旋转但具有一定差转速。

转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，物料由进料管连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，在离心力场作用下，较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积的固相物连续不断地推至转鼓锥端，经排渣口排出机外。较轻的液相物则形成内层液环，由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓，经排液口排出机外。

4、对比分析

压滤式水仓清挖机有行走小车、搅拌罐、加压泵、液压站、压滤机组成。离心式水仓清挖机仅有行走小车、离心式固液分离机组成，结构更为简答紧凑，便于安装维护，安装占地面积较压滤式水仓清挖机减少80%，巷道开拓费用昂贵。可节约大量安装费用。

离心式固液分离机尺寸小（整机尺寸长2900mm×宽990mm×高1450mm）可以直接安装在原有的皮带上，不需要使用矿车接煤泥，每天可减少使用矿车30辆，减少推矿车人员6人。

压滤式水仓清挖机需要安装专人操作液压站、搅拌罐、加压泵，而离心式固液分离机可实现全自动无人操作，只需要安排1人巡回检查即可，每天可减少操作人员3人。

挖水仓期间离心式固液分离机可实现24小时无故障运行，不需要安排人员对其拆机检查，减少了维修量，延长施工时间提高工作效率。

5、结论

现代的煤矿向自动化发展，人员需求越来越少，离心式水仓清挖机较原有压濾式水仓清挖机相比能够减少大量人员需求，有效的减少井下运输压力，降低水仓清挖成本，减少水仓清挖工作的劳动量，是未来水仓清挖机发展的趋势。