1 概述

赵固二矿选煤厂隶属于河南能源化工集团焦煤公司，位于河南省焦作煤田东部，为赵固二矿矿井配套工程，入洗矿井所采优质二号无烟煤。该选煤厂设计生产能力3.50Mt/a，设计服务年限55.5a，于2010年7月建成投产。在日常生产过程中，选煤厂负责处理赵固二矿井下生产用水的回收处理。井下生产用水经斜管沉淀池处理后，底流与选煤生产煤泥水一起进入浓缩池，絮凝沉淀后，经泵打至快开隔膜式压滤机进行脱水，压滤成煤泥进入干燥系统或作为产品直接销售。

2 存在问题

由于矿井水底流自身特性，将其混入浓缩池进行沉降处理，再由快开式隔膜压滤机脱水处理。生产过程中存在以下问题：

(1) 矿井水底流物料粒度在-0.125mm所占比例为70.94%，灰分68.86%，说明矿井水底流中高灰细泥占比较大，其中黏土类矿物质主要为高岭土。黏土类矿物质由于自身的特性，易分散和悬浮于水中，所以在煤泥水中其沉降效果较差，从而增大了煤泥水处理难度，增加煤泥水处理絮凝剂和凝聚剂的消耗量。

(2) 矿井水底流中高灰细泥较多，使洗煤循环水水质变差，浓度偏高，这部分高灰细颗粒在洗煤水中恶性循环，影响选煤厂的正常生产和安全生产标准化建设。

(3) 矿井水底流进入浓缩池，势必增加浓缩池底流中细粒级物料的比例，增加快开隔膜式压滤机的压板时间，降低压滤机的使用效率，增大煤泥压滤成本。

(4) 高灰细粒煤泥混入洗煤生产煤泥中，影响煤泥灰分、发热量等技术指标，导致煤泥滞销，综合经济效益差。

3 优化改造措施

通过分析赵固二矿选煤厂现有矿井水污泥和浮选尾矿煤泥的各种煤质指标，决定引入2台SN－DY3000型带式压滤机，用于处理矿井水底流。

3.1 带式压滤机工作原理

图1  带式压滤机结构示意图

带式压滤机工作时，物料先经过化学预处理，即在待处理的物料中添加絮凝剂，提高煤泥脱水性，改善滤饼性质，增加物料的渗透性；随后，物料进入重力沉降区，进行重力浓缩脱水，减小物料的流动性，在此区域，物料中的自由水在重力作用下通过滤带流入接水槽；重力脱水后的煤泥流动性几乎丧失，随着滤带的行进进入楔形区预压脱水，在此区域内，滤带上下间距逐渐减小，物料受到挤压力由小变大，此阶段的主要目的是增加物料的挤压稳定性，为进入下一阶段的压力区做准备；物料脱离楔形脱水即进入压力区，随着滤带的行进和托辊直径的减小，物料受到的挤压力逐渐增大，体积逐渐减小，物料间隙的游离水被逐步挤压出来，形成滤饼。经过以上各阶段脱水处理，已形成的滤饼在刮刀作用下被刮离滤带，随后上下两条滤带分开，经过高压冲水清洗后进入下一脱水循环。

3.2 矿井水底流物料特性

表1  矿井水底流煤泥筛分试验数据

由矿井水底流的小筛分试验数据可以看出，物料粒度在-0.125mm所占比例70.94%，灰分68.86%，说明矿井水底流中高灰细泥占比较大，对这部分高灰细泥进行矿物分析，其中黏土类矿物质主要为高岭土。黏土类矿物质由于自身的特性，即易分散和悬浮于水中，所以在煤泥水中其沉降效果较差。为了提高带式压滤机对矿井水底流的处理效果，以絮凝剂的添加量为唯一变量对其进行单因素试验。

3.3 带式压滤机处理矿井水底流工艺参数分析

3.3.1 絮凝剂对带式压滤机处理效果的影响

设置絮凝剂的初始变量为300g/t干煤泥，步长为100g/t干煤泥，入料浓度为120g/L。

图2  絮凝剂添加量与煤泥水分、滤液固含量关系图

由图2可以看出，随着絮凝剂添加量的增加，物料脱水效果呈现一定程度的好转，即脱水后煤泥水分下降，滤液中固体物含量下降，说明增加絮凝剂用量可以提高物料的沉降效果，使物料在重力沉降区脱去更多的自由水；当絮凝剂添加量增至600g/t干煤泥时，脱水效果达到一个峰值；继续添加至700g/t干煤泥时，物料的脱水效果无明显变化，说明絮凝剂添加量在600g/t达到饱和状态，继续增加用量对脱水效果无明显影响。这说明，在300g/t～700g/t试验区间，600g/t干煤泥的添加量为最优选择。

表2  絮凝剂单因素试验数据

由上述试验结果可以得出结论，絮凝剂用量在一定范围内可以提高带式压滤机的处理效果。

3.3.2 带式压滤机运行速度对处理效果的影响

为提高带式压滤机对煤泥的脱水效果，综合絮凝剂用量对带式压滤机处理效果试验结果设计本试验，确定带式压滤机运行速度与煤泥脱水效果之间的关系。

设计带式压滤机的初始运行频率为25Hz，步长5Hz，入料浓度120g/L，絮凝剂添加量为600g/t干煤泥。

表3  带式压滤机运行速度单因素试验

由上述试验数据可以得出，随着带式压滤机运行频率的不断增加，其处理量呈现上升趋势，这说明滤带的运行速度与带式压滤机的处理量呈正比例关系；观察产品水分可以看出，频率在40Hz以下时，产品水分比较稳定，均在26%左右；运行频率高于40Hz时，产品水分呈明显上升态势，这是由于滤带运行速度较快，物料在重力沉降区脱去自由水的时间减少，从而导致产品水分的增加。

在调试现场可以直观地看到，若带式压滤机运行速度过慢，则必须调节阀门减小物料的上料速度，否则会造成物料直接从带式压滤机重力沉降区溢出；若运行速度过快，则会造成产品因重力脱水不充分而水分较高。综合以上试验结果可以确定，在本厂物料条件下，带式压滤机的最优运行频率为30Hz～40Hz。

4 改造效果

SN－DY3000型带式压滤机目前已在赵固二矿选煤厂洗水车间正式投用，通过前期调试，确定在本厂物料条件下带式压滤机的运行参数为：絮凝剂添加量为600g/t干煤泥，运行频率为30Hz～40Hz，在此运行参数条件下，可以保证带式压滤机处理量为12t/h～15t/h，产品水分为26%左右。

(1) 引入2台SN－DY3000型带式压滤机，使选煤厂矿井水底流和浓缩池底流实现了分离处理，有效解决了两者之间的相互干扰问题。

(2) 由于矿井水底流直接进入带式压滤机系统，不经过浓缩池沉降，从而使浓缩池高灰细泥含量大幅减少，因此降低了浓缩池药剂使用量，絮凝剂使用量降低0.01kg/t，凝聚剂使用量降低0.012kg/t，由此每年可节约生产成本15万元。

(3) 由于浓缩池底流细泥含量减小，进而缩短了快开隔膜压滤机的压板时间，提高了设备的运行效率，由原来的每板处理时间20min降低至15min，每板节省时间5min。

(4) 由于快开隔膜压滤机间断卸料，而带式压滤机有连续生产的特性，为选煤厂干燥系统滚筒干燥机连续入料提供了强大的支持。

(5) 完善了选煤厂煤泥水系统，增加了系统的灵活性，如遇矿井煤质变化造成煤泥量大幅增加，带式压滤机也可直接用于处理浓缩池底流煤泥。

5 结语

我国水资源愈来愈匮乏，矿井井下生产用水的回收复用极为有意义。目前，由于采煤机械化程度较高，矿井水中细泥含量大幅提高，这种情况极大地增加了矿井水回收复用难度，尤其是矿井水底流的回收处理。赵固二矿选煤厂引入2台SN－DY3000型带式压滤机，单独用作矿井水处理，有效解决了矿井水回收复用中存在的一系列问题，为选煤厂的矿井水处理提供了一种新的思路与途径。