本发明涉及矿井水预处理技术领域，具体涉及一种井下综采工作面的矿井水的除固装置及除固工艺。
背景技术：
井下综采工作面进行煤炭开采时会产生大量的采区矿井水，其会夹带末煤和细砂等固粒一起从工作面流经回采、运输巷道，并通过流水巷中的水沟集中流向沉淀池和井下水仓。由于矿井水中含有大量粗细不均的煤泥颗粒，其中的大颗粒粒煤随矿井水流动过程中，容易停留在水沟内，导致巷道水沟的清理负担加重，甚至会出现煤泥淤堵巷道水沟和轨道的事故；而其中的细颗粒煤泥随矿井水流进沉淀池和水仓内，进入水仓的煤泥经过一段时间会大量沉淀，需要及时清理，否则会严重占据水仓的固有容积，造成水仓蓄水能力不足，导致矿井不能正常开采。
目前，主要是依靠人工清挖与清淤泵抽取对井下沉淀池、水仓和水沟内的淤堵进行清理，前者存在机械化水平低，人工挖掘所需施工人员多，危险系数较高，劳动强度大，清挖效率低等情况；后者存在采用清淤泵对其进行抽排时容易吸入淤积的大颗粒煤泥，加剧了输送管道以及泵的叶轮、蜗壳等部件磨损等问题，而且当前的清理方式的突出问题是只是实现了短暂的“治标不治本”清淤疏通功能，并没有从源头上根本解决井下淤积的问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：
通过采用一种新的除固装置及除固工艺，将矿井水中夹带分离末煤和细砂等的固体颗粒进行脱除，使固含量极低的澄清矿井水排入水沟并流向沉淀池和井下水仓，从根本上解决井下淤积的问题，实现真正的“清水入仓”。
本发明的任务之一在于提供一种工作面矿井水除固装置，其采用了以下技术方案：
一种工作面矿井水除固装置，其包括依次连接的真空吸污装置、气液固三相分离装置及旋流澄清装置；
所述的真空吸污装置包括至少一组储污罐和文丘里喷射器，所述的文丘里喷射器连接在所述的储污罐的上方，所述的文丘里喷射器上设置有气源入口、进气口和排气口；所述的储污罐包括储污罐本体，在所述的储污罐本体上设置有吸污管、排污管、输气管及抽气管；
所述的气液固三相分离装置包括采用串联连接的气体分离平底旋流器和固液分离旋流器，所述的气体分离平底旋流器包括气体分离平底旋流器主体，在所述的气体分离平底旋流器主体的顶部设置有第一溢流口，在其侧上部设置有第一进料口及与所述的气体分离平底旋流器主体底面相切的第一排料口；
所述的固液分离旋流器包括固液分离旋流器主体，所述的固液分离旋流器主体的顶部设置有第二溢流口，其侧部设置有第二进料口，其底部设置有第二排料口；所述的旋流澄清装置包括锥盘旋流澄清器，主要包括锥盘旋流澄清器主体、浆料入口、净水口及沉物口；
所述的储污罐通过所述的排污管与所述的气体分离平底旋流器的第一进料口连接，所述的气体分离平底旋流器的第一排料口与所述的固液分离旋流器的第二进料口连接，通过所述的固液分离旋流器内部进行浓缩得到的含有微细颗粒的矿井水经所述的第二溢流口流出，经所述的浆料入口进入所述的旋流澄清装置进一步处理。
上述技术方案直接带来的有益技术效果为：
通过依次连接的真空吸污装置、气液固三相分离装置及旋流澄清装置，三者协同配合来对工作面矿井水进行处理，其中，在气液固三相分离装置中将得到的含有微细颗粒的矿井水流出并进入旋流澄清装置中，通过向旋流澄清装置中加入絮凝药剂的方式，最终得到清澈矿井水。
作为本发明的一个优选方案，在所述的吸污管、排污管、输气管及抽气管上均设置有电动阀门；所述的进气口通过法兰连接至所述的抽气管。
上述技术方案中，优选通过plc控制的电动阀门，方便操作。
作为本发明的另一个优选方案，所述的气体分离平底旋流器主体为高度可调的柱段。
进一步的，所述的旋流澄清装置还包括药剂管道混合器和蠕动泵，所述的药剂管道混合器和蠕动泵位于所述的锥盘旋流澄清器的前方，所述的药剂管道混合器用于向所述的锥盘旋流澄清器中投放药剂。
进一步优选，所述的真空吸污装置的前端设置有高压气泵。
本发明的另一任务在于提供上述一种工作面矿井水除固工艺，包括以下步骤：
a、使得所述的储污罐内形成真空负压，并将含固矿井水和空气吸入储污罐内；
b、所述的储污罐中的气体和矿井水以一定的动能输送至所述的气体分离平底旋流器中；
c、在所述的气体分离平底旋流器内部进行气液分离得到气体和第一底流矿浆物，气体由第一溢流口排出，第一底流矿浆物通过第一排料口排出并通过第二进料口进入固液分离旋流器内部；
d、在所述的固液分离旋流器内部进行浓缩得到含有微细颗粒的矿井水和高浓度底流矿浆物，含有微细颗粒的矿井水由第二溢流口排出，并根据余压进入所述的旋流澄清装置；高浓度底流矿浆物通过所述的第二排料口排出，并给入置于其下方的脱水筛，进行进一步脱水；
e、所述的旋流澄清装置对含有微细颗粒的矿井水通过加入絮凝药剂和旋流方法进行再次澄清，得到清澈矿井水和微细颗粒絮团，其中清澈矿井水通过其净水口溢出，微细颗粒絮团通过沉物口排出，并给入所述的脱水筛，将水分脱除；
f、通过所述的净水口溢出的清澈矿井水，通过管道连通至井下水仓，作为井下开采回用水，经所述的脱水筛筛检得到的固体颗粒运至井上。
进一步优选，步骤a中，将吸污管、输气管和排污管的电动阀门关闭，通过高压气泵提供气源压力至所述的文丘里喷射器，并作用在所述的进气口产生负压，从而使得所述的储污罐内形成真空负压。
进一步优选，步骤b中，含固矿井水与空气在储污罐充入至一定量时，此时储污罐达到正压平衡状态，则吸污管的电动阀门通过plc控制并关闭，同时，所述的输气管与排污管打开，储污罐中含固矿井水与空气受正压压力以一定动能输送至所述的气体分离平底旋流器中。
本发明除固工艺原理为：
首先，采用真空吸污装置来抽取矿井水，该步骤可以避免使用清淤泵抽取矿井水造成的叶轮磨损较快的情况；
其次，通过气液固三相分离装置实现固液基本分离；
最后，通过旋流澄清装置使微细颗粒的进一步脱除，真正实现清水入仓。
本发明上述工艺步骤相互配合，从根本上解决了井下淤积的问题。
与现有技术相比，本发明带来了以下技术效果：
本发明工作面矿井水除固装置，其结构与工艺简单、体积较小、便于移动，无磨损件，处理量大，维修率低，适合井下综采工作面的恶劣环境，可从根本上解决上述问题。
附图说明
图1为本发明工作面矿井水除固装置的结构示意图；
图中，1-真空吸污装置，2-气液固三相分离装置，3-旋流澄清装置，10-文丘里喷射器，11-气源入口，12-进气口，13-排气口，14-电动阀门v1，15-抽气管，16-电动阀门v2，17-输气管，18-电动阀门v3，19-吸污管，111-储污罐，112-排污管，113-电动阀门v4；21-第一进料口，22-第一溢流口，23-气体分离平底旋流器主体，24-第一排料口，25-第二溢流口，26-固液分离旋流器，27-第二排料口；31-浆料入口，32-净水口，33-沉物口。
具体实施方式
本发明提出了一种工作面矿井水除固装置及除固工艺，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
如图1所示，本发明一种工作面矿井水除固装置，包括真空吸污装置1、气液固三相分离装置2、旋流澄清装置3，作为本发明的主要改进点，将三者之间连接来实现对工作面矿井水的处理。其中，通过真空吸污装置1来抽取矿井水从而避免使用清淤泵抽取矿井水造成的叶轮磨损较快的情况，通过气液固三相分离装置2来实现固液基本预分离；通过旋流澄清装置使得微细颗粒进一步脱除，从而实现真正的清水入仓。
具体的，上述的真空吸污装置1包括至少一组文丘里喷射器10和储污罐111，其中，文丘里喷射器10连接在储污罐111的上方，具体的连接方式为：由进气口12通过法兰连接至抽气管15，并且其之间设有电动阀门v114；文丘里喷射器上设置有气源入口11、进气口12和排气口13；储污罐包括储污罐本体，在储污罐本体上设置有吸污管19、排污管112、输气管17及抽气管15，对应的管上分别设置有电动阀门v318、v4113、v216、v114。
优选在上述的真空吸污装置的前端设置有高压气泵，优选高压气泵共设置两台，并进行转换交替使用。
实际操作时，首先，通过高压气泵提供气源压力至文丘里喷射器10(储污罐111的吸污管19、输气管17与排污管112的电动阀门v2-16、v3-18、v4-113在plc自动控制下处于关闭状态)，通过文丘里作用在其进气口产生高强度负压，从而将储污罐111中气体抽走，使储污罐111为真空状态；然后，文丘里喷射器10的进气口12的电动阀门v114在某一负压值状态下自动关闭，同时，使储污罐111的吸污管19的电动阀门v318在某一负压值状态下自动处于开启状态，则含固矿井水和空气依靠与大气压压差由吸污管19压入至储污罐111。
上述的气液固三相分离装置2采用两级串联设置，包括气体分离平底旋流器和固液分离旋流器26，气体分离平底旋流器包括气体分离平底旋流器主体23，在气体分离平底旋流器主体的顶部设置有第一溢流口22，在其侧上部设置有第一进料口21及与气体分离平底旋流器主体底面相切的第一排料口24；
固液分离旋流器26包括可更换溢流直径和插入深度的第二溢流口25，可调换直径第二排料口27及第二进料口；其两者的连接方式为第一排料口24与第二进料口采用法兰连接。
实际操作时，储污罐111中含固矿井水与空气受正压压力以一定动能给入气液固三相分离装置，首先通过第一进料口进入气体分离平底旋流器主体23内部，在气体分离平底旋流器主体23内部进行气液分离得到气体和第一底流矿浆物，气体由第一溢流口22排出，第一底流矿浆物通过第一排料口24排出，并经第二进料口进入固液分离旋流器26内部；在固液分离旋流器26内部进行浓缩得到含有微细颗粒的矿井水和高浓度底流矿浆物，含有微细颗粒的矿井水由第二溢流口25排出，并根据余压进入旋流澄清装置3；高浓度底流矿浆物通过第二排料口27排出，并给入置于其下方的脱水筛，进行进一步脱水。
上述的旋流澄清装置3包括锥盘旋流澄清器、药剂管道混合器和蠕动泵，其中，药剂管道混合器和蠕动泵位于锥盘旋流澄清器的前方，药剂管道混合器用于向锥盘旋流澄清器中投放药剂，如药剂为pac或磁种子等絮凝药剂。
上述的锥盘旋流澄清器主要包括锥盘旋流澄清器主体、浆料入口31、净水口32及沉物口33；实际操作时，旋流澄清装置3对含有微细颗粒的矿井水通过加入絮凝药剂和旋流方法进行再次澄清，得到清澈矿井水和微细颗粒絮团，其中清澈矿井水通过其净水口32溢出，微细颗粒絮团通过沉物口33排出，并给入脱水筛，将水分脱除；通过其净水口32溢出的清澈矿井水，通过管道连通至井下水仓，作为井下开采回用水，脱水筛筛上固体颗粒给入工作面的原煤传输皮带，运输至井上。
下面结合上述装置对本发明除固工艺做详细说明。
本发明一种工作面矿井水除固工艺，包括以下步骤：
步骤一、吸污管19、输气管17与排污管112的电动阀门v216、v318、v4113在plc自动控制下处于关闭状态，高压气泵提供气源压力至文丘里喷射器10，通过文丘里作用在其进气口产生高强度负压，从而将储污罐111中气体抽走，使储污罐111为真空状态；进气口12的电动阀门v114在某一负压值状态下自动关闭，同时，使吸污管19的电动阀门v318在某一负压值状态下自动处于开启状态，则含固矿井水和空气依靠与大气压压差由吸污管19压入至储污罐111；
步骤二、含固矿井水与空气在储污罐111充入至一定量时，储污罐111则达到正压平衡状态，则吸污管19的电动阀门v318受plc控制关闭，同时，其输气管17与排污管112打开；储污罐111中含固矿井水与空气受正压压力以一定动能给入气液固三相分离装置2；
步骤三、在气体分离平底旋流器主体23内部进行气液分离得到气体和第一底流矿浆物，气体由第一溢流口22排出，第一底流矿浆物通过第一排料口24排出并进入固液分离旋流器26内部；在固液分离旋流器26内部进行浓缩得到含有微细颗粒的矿井水和高浓度底流矿浆物，含有微细颗粒的矿井水由第二溢流口25排出，并根据余压进入旋流澄清装置3；高浓度底流矿浆物通过第二排料口27排出，并给入置于其下方的脱水筛，进行进一步脱水；
步骤四、旋流澄清装置3对含有微细颗粒的矿井水通过加入絮凝药剂和旋流方法进行再次澄清，得到清澈矿井水和微细颗粒絮团，其中清澈矿井水通过净水口32溢出，微细颗粒絮团通过沉物口33排出，并给入脱水筛，将水分脱除。
步骤五、通过净水口32溢出的清澈矿井水，通过管道连通至井下水仓，作为井下开采回用水，脱水筛上固体颗粒给入工作面的原煤传输皮带，运输至井上。
注：本发明中述及的真空吸污装置、气液固三相分离装置、旋流澄清装置其结构及工作方式，如无特别说明，采用本领域技术人员的常规操作方式。
本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。
需要说明的是：在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。
1.一种工作面矿井水除固装置，其特征在于：其包括依次连接的真空吸污装置、气液固三相分离装置及旋流澄清装置；
所述的真空吸污装置包括至少一组储污罐和文丘里喷射器，所述的文丘里喷射器连接在所述的储污罐的上方，所述的文丘里喷射器上设置有气源入口、进气口和排气口；所述的储污罐包括储污罐本体，在所述的储污罐本体上设置有吸污管、排污管、输气管及抽气管；
所述的气液固三相分离装置包括采用串联连接的气体分离平底旋流器和固液分离旋流器，所述的气体分离平底旋流器包括气体分离平底旋流器主体，在所述的气体分离平底旋流器主体的顶部设置有第一溢流口，在其侧上部设置有第一进料口及与所述的气体分离平底旋流器主体底面相切的第一排料口；
所述的固液分离旋流器包括固液分离旋流器主体，所述的固液分离旋流器主体的顶部设置有第二溢流口，其侧部设置有第二进料口，其底部设置有第二排料口；所述的旋流澄清装置包括锥盘旋流澄清器，主要包括锥盘旋流澄清器主体、浆料入口、净水口及沉物口；
所述的储污罐通过所述的排污管与所述的气体分离平底旋流器的第一进料口连接，所述的气体分离平底旋流器的第一排料口与所述的固液分离旋流器的第二进料口连接，通过所述的固液分离旋流器内部进行浓缩得到的含有微细颗粒的矿井水经所述的第二溢流口流出，经所述的浆料入口进入所述的旋流澄清装置进一步处理。
2.根据权利要求1所述的一种工作面矿井水除固装置，其特征在于：在所述的吸污管、排污管、输气管及抽气管上均设置有电动阀门；所述的进气口通过法兰连接至所述的抽气管。
3.根据权利要求1所述的一种工作面矿井水除固装置，其特征在于：所述的气体分离平底旋流器主体为高度可调的柱段。
4.根据权利要求1所述的一种工作面矿井水除固装置，其特征在于：所述的旋流澄清装置还包括药剂管道混合器和蠕动泵，所述的药剂管道混合器和蠕动泵位于所述的锥盘旋流澄清器的前方，所述的药剂管道混合器用于向所述的锥盘旋流澄清器中投放药剂。
5.根据权利要求1所述的一种工作面矿井水除固装置，其特征在于：所述的真空吸污装置的前端设置有高压气泵。
6.一种工作面矿井水除固工艺，其特征在于，其采用权利要求1～5任一项所述的工作面矿井水除固装置，所述的除固工艺包括以下步骤：
a、使得所述的储污罐内形成真空负压，并将含固矿井水和空气吸入储污罐内；
b、所述的储污罐中的气体和矿井水以一定的动能输送至所述的气体分离平底旋流器中；
c、在所述的气体分离平底旋流器内部进行气液分离得到气体和第一底流矿浆物，气体由第一溢流口排出，第一底流矿浆物通过第一排料口排出并通过第二进料口进入固液分离旋流器内部；
d、在所述的固液分离旋流器内部进行浓缩得到含有微细颗粒的矿井水和高浓度底流矿浆物，含有微细颗粒的矿井水由第二溢流口排出，并根据余压进入所述的旋流澄清装置；高浓度底流矿浆物通过所述的第二排料口排出，并给入置于其下方的脱水筛，进行进一步脱水；
e、所述的旋流澄清装置对含有微细颗粒的矿井水通过加入絮凝药剂和旋流方法进行再次澄清，得到清澈矿井水和微细颗粒絮团，其中清澈矿井水通过其净水口溢出，微细颗粒絮团通过沉物口排出，并给入所述的脱水筛，将水分脱除；
f、通过所述的净水口溢出的清澈矿井水，通过管道连通至井下水仓，作为井下开采回用水，经所述的脱水筛筛检得到的固体颗粒运至井上。
7.根据权利要求6所述的一种工作面矿井水除固工艺，其特征在于：步骤a中，将吸污管、输气管和排污管的电动阀门关闭，通过高压气泵提供气源压力至所述的文丘里喷射器，并作用在所述的进气口产生负压，从而使得所述的储污罐内形成真空负压。
8.根据权利要求6所述的一种工作面矿井水除固工艺，其特征在于：步骤b中，含固矿井水与空气在储污罐充入至一定量时，此时储污罐达到正压平衡状态，则吸污管的电动阀门通过plc控制并关闭，同时，所述的输气管与排污管打开，储污罐中含固矿井水与空气受正压压力以一定动能输送至所述的气体分离平底旋流器中。
技术总结