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一种煤水分离设备及分离方法
申请号	CN202210723086.5	申请日	2022-06-24	公开(公告)号	CN115095289B	公开(公告)日	2023-03-24
申请人	中国矿业大学;			发明人	唐俊; 罗中正; 张磊; 高远; 宋廷奎; 肖炎; 阿塔日;
摘要	本发明公开了一种煤水分离设备,包括分离装置容纳箱体和动力装置箱体，在筛网的旋转段中段通过设置差速传动装置，使筛网与螺杆传动轴之间产生差速旋转角速度，带动混合物旋转离心，大大提高了脱水率；筛网的旋转段后段，通过将筛网设置为锥状，在螺旋式推进扇叶的推动作用下，同时在端盖的挤压作用下，对混合物产生较大的缩聚挤压作用，实现了更高的脱水率和脱水效率；分离步骤：筛网固定段重力沉降脱水；旋转段筛网大径段离心分离和重力沉降的双重作用脱水；旋转段筛网小径段缩聚挤压脱水；盖板挤压脱水后，进入收集仓。本发明的设备和方法能够对煤水进行连续高效的分离，脱水效果好、效率高，提高井下冲孔作业的效率和安全性。
权利要求	1.一种煤水分离设备,其特征在于，包括分离装置容纳箱体(1)和动力装置箱体(2)，所述分离装置容纳箱体(1)内部设置有沿其长度方向水平布置的螺杆传动轴(3)，所述螺杆传动轴(3)的尾部通过轴承转动连接于分离装置容纳箱体(1)的后端板(4)上，螺杆传动轴(3)的前端伸出分离装置容纳箱体(1)前端面，并通过齿轮传动结构与动力装置箱体(2)内的动力电机连接；分离装置容纳箱体(1)的前端面和动力装置箱体(2)的后端面为相互贯通的开口结构；在分离装置容纳箱体(1)内部还设有筛网(5)，所述筛网(5)与螺杆传动轴(3)同轴设置，从分离装置容纳箱体(1)前端面至后端板(4)依次分为固定段(6)和旋转段(7)，旋转段(7)包括筒状大径段(8)和锥状小径段(9)，固定段(6)为与筒状大径段(8)等径设置的筒状筛网段，其前端与分离装置容纳箱体(1)前端面固定连接，后端与旋转段(7)的前端通过大直径轴承连接，旋转段(7)的后端通过轴承转动连接于分离装置容纳箱体(1)的后端板(4)上；动力装置箱体(2)内的动力电机还通过传动轴(10)与差速传动装置(11)一端连接，差速传动装置(11)另一端与旋转段筛网传动连接；在螺杆传动轴(3)与与筛网(5)之间的空腔内设有螺旋式推进扇叶(12)，所述螺旋式推进扇叶(12)沿螺杆传动轴(3)的长度方向螺旋分于螺杆传动轴(3)外圆周上，其直径略小于其所在段的筛网(5)直径；在分离装置容纳箱体(1)的后端板(4)上设有出料通孔，出料通孔上覆有盖板(13)；出料通孔的开设位置落于锥状小径段(9)尾部所覆盖的范围内；固定段(6)上方的分离装置容纳箱体的上端板(14)上开设有与旋转段(7)腔体连通的进料口；分离装置容纳箱体(1)下端板上沿其长度方向开设多个排水通孔(16)。 2.根据权利要求1所述的一种煤水分离设备，其特征在于，在分离装置容纳箱体(1)下端板(15)与筛网(5)之间还设有过滤网(17)，所述过滤网(17)网孔孔径小于筛网(5)的网孔孔径，其内嵌于分离装置容纳箱体(1)内，与下端板(15)之间的空腔形成底部水仓。 3.根据权利要求1或2所述的一种煤水分离设备，其特征在于，所述进料口顶部设有进料仓(18)，所述进料仓(18)呈漏斗状。 4.一种利用如权利要求1至3任一权利要求所述的煤水分离设备进行煤水分离的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将煤水混合物通过进料口注入筛网(5)的固定段(6)，在重力沉降作用下，部分水分初步与煤分离，透过筛网(5)排出分离装置容纳箱体(1)；启动动力电机，螺杆传动轴(3)旋转，继而带动螺旋式推进扇叶(12)转动将初步脱水后的煤水混合物向下一段推送；脱除的水分通过排水通孔(16)排出分离装置容纳箱体(1)；步骤二：初步脱水后的煤水混合物进入筛网(5)的旋转段(7)中的筒状大径段(8)，启动差速传动装置(11)，旋转段筛网做与螺杆传动轴(3)旋转方向相反的逆时针转动，此时的煤水混合物同时受离心分离和重力沉降的双重作用，进一步对煤水混合物中的水分进行脱除，经过二次脱水后的煤水混合物在螺旋式推进扇叶(12)的带动下继续向下一段推送；脱除的水分通过排水通孔(16)排出分离装置容纳箱体(1)；步骤三：二次脱水后的煤水混合物进入旋转段(7)中的锥状小径段(9)，此时的煤水混合物在螺杆传动轴(3)的推力和缩聚挤压力作用下，混合物中残留的水分大量脱除；脱除的水分通过排水通孔(16)排出分离装置容纳箱体(1)；步骤四：经过三次脱水的煤水混合物在锥状小径段(9)不断积聚，在盖板(13)的压力作用下，煤水混合物中的水分被进一步压榨脱除排出；当混合物的量达到盖板(13)的承受极限后，端盖被顶开，混合物进入收集仓。 5.根据权利要求4所述的一种煤水分离的方法，其特征在于，所述的旋转段筛网与螺杆传动轴(3)旋转方向相反，且旋转段筛网的旋转速度高于螺杆传动轴(3)旋转速度，其转速为200～600rpm，螺杆传动轴(3)转速为20～50rpm。
说明书全文	一种煤水分离设备及分离方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种煤水分离设备及分离方法，属于煤矿安全技术领域。背景技术 [0002] 在进行水力冲孔的作业过程当中，由于煤体力学强度低、瓦斯含量大、初始解吸速度快，导致孔内形成大量的煤、水、气混合物，极易造成喷孔现象。喷出的煤水混合物影响冲孔作业的正常进行，还极易对人员及设备造成伤害，增加了水力冲孔作业的危险性，另外可能导致瓦斯逸散，造成瓦斯事故隐患。因此，安全合理分类排放冲孔所产生的多相混合物，对于解决钻孔喷孔问题，提高水力冲孔的安全性和高效性至关重要。 [0003] 目前，煤矿井下所采用的煤水分离方法多为重力沉降或单纯的筛网过滤，存在着分离效果差、效率低等问题，在煤水混合流流量较大时无法及时完成相应的分离工作，导致冲孔工作无法及时开展，直接影响钻孔及冲孔工作的进行，甚至对矿井对应区域的施工和生产工作造成不利影响。发明内容 [0004] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种煤水分离设备及分离方法，该设备和方法能够对煤水进行连续高效的分离，脱水效果好、效率高，提高井下冲孔作业的效率和安全性。 [0005] 为了实现上述目的，本发明提供一种煤水分离设备,包括分离装置容纳箱体和动力装置箱体，所述分离装置容纳箱体内部设置有沿其长度方向水平布置的螺杆传动轴，所述螺杆传动轴的尾部通过轴承转动连接于分离装置容纳箱体的后端板上，螺杆传动轴的前端伸出分离装置容纳箱体前端面，并通过齿轮传动结构与动力装置箱体内的动力电机连接；分离装置容纳箱体的前端面和动力装置箱体的后端面为相互贯通的开口结构； [0006] 在分离装置容纳箱体内部还设有筛网，所述筛网与螺杆传动轴同轴设置，从分离装置容纳箱体前端面至后端板依次分为固定段和旋转段，旋转段包括筒状大径段和锥状小径段，固定段为与筒状大径段等径设置的筒状筛网段，其前端与分离装置容纳箱体前端面固定连接，后端与旋转段的前端通过大直径轴承连接，旋转段的后端通过轴承转动连接于分离装置容纳箱体的后端板上； [0007] 动力装置箱体内的动力电机还通过传动轴与差速传动装置一端连接，差速传动装置另一端与旋转段筛网传动连接； [0008] 在螺杆传动轴与与筛网之间的空腔内设有螺旋式推进扇叶，所述螺旋式推进扇叶沿螺杆传动轴的长度方向螺旋分于螺杆传动轴外圆周上，其直径略小于其所在段的筛网直径； [0009] 在分离装置容纳箱体的后端板上设有出料通孔，出料通孔上覆有盖板；出料通孔的开设位置落于锥状小径段尾部所覆盖的范围内； [0010] 固定段上方的分离装置容纳箱体上端板上开设有与旋转段腔体连通的进料口；分离装置容纳箱体下端板上沿其长度方向开设多个排水通孔。 [0011] 进一步地，在分离装置容纳箱体下端板与筛网之间还设有过滤网，所述过滤网网孔孔径小于筛网的网孔孔径，其内嵌于分离装置容纳箱体内，与下端板之间的空腔形成底部水仓。 [0012] 进一步地，所述进料口顶部设有进料仓，所述进料仓呈漏斗状。 [0013] 一种煤水分离的方法，包括如下步骤： [0014] 步骤一：将煤水混合物通过进料口注入筛网的固定段，在重力沉降作用下，部分水分初步与煤分离，透过筛网排出分离装置容纳箱体；启动动力电机，螺杆传动轴旋转，继而带动螺旋式推进扇叶转动将初步脱水后的煤水混合物向下一段推送；脱除的水分通过排水通孔排出分离装置容纳箱体； [0015] 步骤二：初步脱水后的煤水混合物进入筛网的旋转段中的筒状大径段，启动差速传动装置，旋转段筛网做与螺杆传动轴旋转方向相反的逆时针转动，此时的煤水混合物同时受离心分离和重力沉降的双重作用，进一步对煤水混合物中的水分进行脱除，经过二次脱水后的煤水混合物在螺旋式推进扇叶的带动下继续向下一段推送；脱除的水分通过排水通孔排出分离装置容纳箱体； [0016] 步骤三：二次脱水后的煤水混合物进入旋转段中的锥状小径段，此时的煤水混合物在螺杆传动轴的推力和缩聚挤压力作用下，混合物中残留的水分大量脱除；脱除的水分通过排水通孔排出分离装置容纳箱体； [0017] 步骤四：经过三次脱水的煤水混合物在锥状小径段不断积聚，在盖板的压力作用下，煤水混合物中的水分被进一步压榨脱除排出；当混合物的量达到盖板的承受极限后，端盖被顶开，混合物进入收集仓。 [0018] 进一步地，所述的旋转段筛网与螺杆传动轴旋转方向相反，且旋转段筛网的旋转速度高于螺杆传动轴旋转速度，其转速为200～600rpm，螺杆传动轴转速为20～50rpm。 [0019] 本发明通过将旋转离心、重力脱除和缩聚挤压多种分离方法结合，实现了高效、迅速的将煤水混合物进行分离。其中，在筛网的旋转段中段通过设置差速传动装置，使筛网与螺杆传动轴之间产生差速旋转角速度，带动混合物旋转离心，大大提高了脱水率；筛网的旋转段后段，通过将筛网设置为锥状，在螺旋式推进扇叶的推动作用下，同时在端盖的挤压作用下，对混合物产生了较大的缩聚挤压作用，实现了更高的脱水率和脱水效率，综合脱水率高达98％以上；通过在分离装置容纳箱体底部设置集水和排水装置，尾部设置煤收集装置，方便了产物的收集和计量。本发明避免了传统分离方法所存在的分离效果差、脱水不充分、收集不方便的问题，实现了连续高效的冲孔废液的煤水分离，提高了井下冲孔作业的效率和安全性，有利于废料、废液的分类处理和循环利用，具有较高的实用价值和环保价值。附图说明 [0020] 图1是本发明煤水分离设备的结构示意图； [0021] 图2是本发明分离装置容纳箱体的结构示意图； [0022] 图3是本发明煤水分离方法的工作流程图。 [0023] 图中：1、分离装置容纳箱体，2、动力装置箱体，3、螺杆传动轴，4、后端板，5、筛网，6、固定段，7、旋转段，8、大径段，9、小径段，10、传动轴，11、差速传动装置，12、螺旋式推进扇叶，13、盖板，14、上端板，15、下端板，16、排水通孔，17、过滤网，18、进料仓。具体实施方式 [0024] 下面结合附图对本发明作进一步说明。 [0025] 如图1和图2所示，一种煤水分离设备,包括分离装置容纳箱体1和动力装置箱体2，所述分离装置容纳箱体1内部设置有沿其长度方向水平布置的螺杆传动轴3，所述螺杆传动轴3的尾部通过轴承转动连接于分离装置容纳箱体1的后端板4上，螺杆传动轴3的前端伸出分离装置容纳箱体1前端面，并通过齿轮传动结构与动力装置箱体2内的动力电机连接；分离装置容纳箱体1的前端面和动力装置箱体的后端面为相互贯通的开口结构； [0026] 在分离装置容纳箱体1内部还设有筛网5，所述筛网5与螺杆传动轴3同轴设置，从分离装置容纳箱体1前端面至后端板4依次分为固定段6和旋转段7，旋转段7包括筒状大径段8和锥状小径段9，固定段6为与筒状大径段8等径设置的筒状筛网段，其前端与分离装置容纳箱体1前端面固定连接，后端与旋转段7的前端通过大直径轴承连接，旋转段7的后端通过轴承转动连接于分离装置容纳箱体1的后端板4上； [0027] 动力装置箱体2内的动力电机还通过传动轴10与差速传动装置11一端连接，差速传动装置11另一端与旋转段7筛网传动连接； [0028] 在螺杆传动轴3与与筛网5之间的空腔内设有螺旋式推进扇叶12，所述螺旋式推进扇叶12沿螺杆传动轴3的长度方向螺旋分于螺杆传动轴3外圆周上，其直径略小于其所在段的筛网直径； [0029] 在分离装置容纳箱体1的后端板上设有出料通孔，出料通孔上覆有盖板13；出料通孔的开设位置落于锥状小径段9尾部所覆盖的范围内； [0030] 固定段6上方的分离装置容纳箱体1上端板14上开设有与旋转段7腔体连通的进料口；分离装置容纳箱体1下端板15上沿其长度方向开设多个排水通孔16。 [0031] 为了进一步提高煤水分离效果，在分离装置容纳箱体下端板与筛网之间还设有网孔孔径小于筛网孔径的过滤网17，所述过滤网17内嵌于分离装置容纳箱体1内，与下端板15之间的空腔形成底部水仓。 [0032] 为了提高进料速度以及防止混合物散落，所述进料口顶部设有进料仓18，所述进料仓18呈漏斗状。 [0033] 如图3所示，一种煤水分离的方法，包括如下步骤： [0034] 步骤一：将煤水混合物通过进料口注入筛网5的固定段6，在重力沉降作用下，部分水分初步与煤分离，透过筛网5排出分离装置容纳箱体1；启动动力电机，螺杆传动轴3旋转，继而带动螺旋式推进扇叶12转动将初步脱水后的煤水混合物向下一段推送；脱除的水分通过排水通孔16排出分离装置容纳箱体1； [0035] 步骤二：初步脱水后的煤水混合物进入筛网5的旋转段7中的筒状大径段8，启动差速传动装置11，旋转段筛网做与螺杆传动轴3旋转方向相反的逆时针转动，此时的煤水混合物同时受离心分离和重力沉降的双重作用，进一步对煤水混合物中的水分进行脱除，经过二次脱水后的煤水混合物在螺旋式推进扇叶12的带动下继续向下一段推送；脱除的水分通过排水通孔16排出分离装置容纳箱体1； [0036] 步骤三：二次脱水后的煤水混合物进入旋转段7中的锥状小径段9，此时的煤水混合物在螺杆传动轴3的推力和缩聚挤压力作用下，混合物中残留的水分大量脱除；脱除的水分通过排水通孔16排出分离装置容纳箱体1； [0037] 步骤四：经过三次脱水的煤水混合物在锥状小径段9不断积聚，在盖板13的压力作用下，煤水混合物中的水分被进一步压榨脱除排出；当混合物的量达到盖板13的承受极限后，端盖被顶开，混合物进入收集仓。 [0038] 为了获得一个较大的差速旋转角速度，以提高脱水效率，所述的旋转段7筛网与螺杆传动轴3旋转方向相反，且旋转段7筛网的旋转速度高于螺杆传动轴3旋转速度，其转速为200～600rpm，螺杆传动轴3转速为20～50rpm。