孙铸
鹤岗矿业集团富力煤矿 黑龙江 鹤岗 154103
摘要：底卸式沉淀池的设计在节支降成、经济实用的原则下，采用合理的设计方式，实现安全生产，增加经济效益，为矿井防治水提供了安全保障。
关键词：底卸式；合理设计；经济效益；矿井防治水
引言
水在煤矿生产中，是一种不可缺少的主要资源，比如防尘、动力等。然而在生产过程中，流入井筒、巷道汇入工作面的各种来源的矿井水，又影响了煤矿的正常生产以及不同程度的危害。随着富力煤矿的采深加深，采掘系统的战线的面积扩大，采区的涌水量相应的增多。这些水夹杂着煤、泥沙等杂质经由回采工作面机道、采区石门、集中大巷一同往低处运动，由于流动距离远，水流减速后，很快就沉淀了下来，淤塞水沟漫过巷道，影响运输运输及文明生产，而进入水仓后的大量煤泥沉淀后，占据了水仓的有效容积，影响了矿井的抗灾能力，威胁矿井安全生产。
一、富力煤矿矿井防治水状况简介
富力煤矿井下采用三段接力式排水系统，第一段由-110水仓排至地面，第二段由-310水仓排至-110水仓，第三段由-610水仓排至-310水仓。其中三水平（-610）有2个水仓，水仓储水量4432m3，最大涌水量67m3/h，正常用水量49m3/h；二水平（-310）有4个水仓，水仓蓄水量4200m3；二水平竖井（-310竖井）有2个水仓，水仓储水量1596m3；一水平（-110）有6个水仓，水仓储水量4746m3。根据《煤矿防治水规定》中“正常涌水量在1000 m3/h以下时，主要水仓的有效容量应当能容纳8 h的正常涌水量”的要求，经计算，一、二、三水平水仓容量符合《煤矿防治水规定》的要求（见表1）。
水仓情况表 表1
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二、底卸式沉淀池的目的
在生产过程中，由于矿井水中含有大量煤泥颗粒，而采区设计中很少考虑煤泥的处理，以至于进入采区水仓、井底水仓中的大量煤泥沉淀后，占据了水仓的有效容积。为了保证矿井安全生产，工人清仓和水沟的劳动强度大大提高，这样既浪费了大量的人力、物力、财力，又都无法彻底改变现有状状。于是我矿于2014年初由矿领导商议后，提议在-610施工沉淀池用于沉淀矿井水中的杂质及煤泥等颗粒，减少沉淀物对水仓的影响，保证矿井的安全生产，而且还以减少不必要的用工、减少清仓周期、改善工人清仓的作业条件。
三、底卸式沉淀池的设计
沉淀池的设计原理使沉淀池内的水在此减速，使固体颗粒和杂质在此沉淀，流水沉淀池一般能沉淀大于或等于0.1mm以上的固体颗粒。若使0.1mm以上的颗粒沉淀，必须使水流速度小于100mm/s。而煤泥等颗粒度绝大部分大于0.1m以上，因此池内的平均流速预定为100mm/s.
1.设计参数的确定
①底卸式沉淀池宽度设计
B=0.278Qmaxv.h
试中：B---沉淀池的宽度，m
Qmax---最大涌水量
v---沉淀池的平均水流速度：100mm/s
h---流动深度，m；等于进水沟的水流深度
②底卸式沉淀池最少长度设计
L=αV.hVO-ω
试中：L---沉淀池的长度，m
VO---固体颗粒在静水中的平均沉降速度，mm/s,当固体颗粒粒度在0.1mm—0.2mm时，可取VO=9.6mm/s。
α——系数，考虑又不同颗粒度的水力混合物存在，
α=1.5V0.75+V0 ,当V0 =9.6时，α=1.4；
ω——V的垂直分速度，当速度V＜90mm/s时，ω=0.1V，当V=90∽130mm时，ω=(0.03∽0.05)V0。
由于施工条件限制，沉淀池设计为5米宽（中间有隔断，以确保一面清仓，一面继续沉淀），120米长，由于煤泥等颗粒度大于0.1mm以上，v取100mm/s,最大涌水量264m3/h,以上数据带入公式，V实=13.6mm/s,V实≦V,所以设计宽度符合设计要求，根据V实所得数据入公式②得到L=1.4米，而实际设计长度为120米大于要求的1.4米，所以设计长度、宽度均符合设计要求。但由于实际水流进入沉淀池的初速度为325mm/s，所以在设计该沉淀池时为让水流速度降到100mm/s以下，在沉淀池每5米，施工一挡水墙以达到减缓水流速度的作用，共修建25个挡水墙，实际测算20个挡水墙时速度已降为100mm/s以下，后面沉淀池备用以防水流速度过大沉淀效果不好。平剖面详见图示1、图示2。
2.通风系统
为保证清池时有新鲜风流，要求该沉淀池挡水墙（矿车装载巷道与沉淀池出水口处留有通风口以保证装载巷道内有新鲜风）与巷道顶板留有一定的高度，特别是沉淀池出水口巷道与水仓透口连接处必须保持畅通，以保证有风流通过。
3.清池
相较于上两段水仓的清理工作，-610水仓充分利用底卸式沉淀池的沉淀作用，并在它的下部铺设双轨道（轨道坡度为逆水流方向5‰），并使其每个矿车对应一个沉淀池卸载口，当需清理沉淀池的时候，（一侧清池，另一侧保持水流通过继续沉淀），只需打开下部的煤泥卸载口，沉淀物利用重力作用自动装入矿车，用卸载口闸门控制煤泥的装载量。所以减轻了施工人员的劳动强度，改善施工人员的作业环境，提高了单位用工效率，节约了人工成本。
四、经济效益分析
1.底卸式沉淀池，不仅解决了煤泥淤塞巷道水沟，占用水仓有效容积等问题，更重要的是解决了水仓淤积过快，威胁安全生产的难题。
2.节省平巷，绞车道清理人员各一人，减少水泵司机和设备维修人员等，每年可节省人工成本8万余元。
3.经沉淀后的煤泥，可利用矿车运输到翻煤滚笼进入煤仓，经皮带系统运送到地面，实现了资源的回收，节省了矿井绞车提升量。据沉淀池投入使用至今，每天可清理沉淀池煤泥15矿车，按每车2.0吨，每吨煤价格400元，每年可产生经济效益432万余元，按沉淀池服务年限为15年计算可为矿井增效0.65亿元，节约人工成本120余万元。
五、结论
该沉淀池的使用，有效地减少了煤泥等杂质进入水仓，保证了水仓的有效容积，提高了矿井的抗灾能力，产生了可观的经济效益，经过3年的使用，证明了底卸式沉淀池在矿井防治水方面具有推广价值，为富力矿其他水平技术改造提供了可靠的技术支撑。
作者简介：孙铸，男，86-02, 党员, 2007年-2011年就读于黑龙江科技大学资源与环境工程学院采矿系，现任鹤岗分公司富力煤矿地测科防治水技术员。