关于久米纳影响煤泥水沉降的研究和探索

摘要：随着煤炭行业的发展转向清洁化，煤泥水的处理至关重要。张集选煤厂针对因矿井使用久米纳注浆加固材料导致煤泥水系统水质恶化、煤泥水难沉降、难处理的问题，对久米纳影响煤泥水沉降进行研究和探索。

关键词：选煤厂；久米纳；煤泥水

1引言

淮南矿业集团张集选煤厂属于矿井型动力煤选煤厂，2009年核定生产能力为750万吨/年。张集选煤厂采用智能干选+跳汰水洗；旋流器+高频筛回收粗煤泥；高压隔膜压滤机回收细煤泥的选煤工艺。张集选煤厂近年来都会阶段性出现因矿井使用久米纳导致煤泥水水质恶化、煤泥水难沉降、难处理的情况。因此进行关于久米纳影响煤泥水沉降的研究和探索。

2久米纳对煤泥水沉降的影响

久米纳是一种无机双组份注浆加固材料，主要成分为：硫铝酸盐水泥、石膏、硅酸盐水泥、硅酸钠等。通过消耗水化产物中的C－H和生成更多的C－S－H来起到改善水泥基材料的微观结构，从而提高材料的力学性能和耐久性，此外，通过对二氧化硅特殊处理，能够防止颗粒聚集沉降，使二氧化硅更容易注入到细小裂缝中，防止上部结石体下沉引起塌方，有较强的抗渗性和堵水效果。由于C－S－H的化学组成是不固定的，呈无定形的胶体状，其Ca/Si比随液相中Ca（OH）2浓度的提高而增加。久米纳作为注浆加固材料注入矿井工作面后，与水的作用更加复杂，即其中的一部分水在凝胶结构的表面上形成氢键，另一部分则物理吸附于表面上。

由于久米纳的特殊性质，当煤泥水中含有大量久米纳生成的凝胶且煤泥水浓度较高时，无论是添加聚丙烯酰胺溶液还是氯化钙溶液，都很难破坏煤泥水的胶体特性，煤泥水难以沉降。

3煤泥水沉降实验

2023年10月，因矿井工作面过断层，片帮、漏顶严重，矿井在工作面大量加注久米纳矿用无机加固双组份速凝材料，对漏点进行注浆、耦合加固。张集选煤厂煤泥水出现难以沉降现象，浓缩机溢流浓度一度达到265g/L。在煤质发生变化时，需要对煤泥水系统进行差异化管理，对于泥质含量高的原煤，要保持循环水的硬度，增加凝聚剂、絮凝剂的使用量[2]。通过对含有久米纳的煤泥水进行不同药剂种类和量以及不同加药顺序和量的配比实验，以寻求提高特殊情况下煤泥水沉降速度的加药制度。

3.1改变药剂剂量和加药顺序煤泥水沉降实验

3.1.1实验程序和方法（标准量筒沉淀法）

（1）配制0.1%浓度的絮凝剂溶液、30%氯化钙溶液；

（2）采1桶煤泥水样，测煤泥水浓度；

（3）取1000ml煤泥水样于量筒中，搅拌均匀，通过改变药剂剂量和加药顺序做多组实验；

（4）通过注射器添加药剂，混合均匀后静置，观察沉降效果。通过改变药剂剂量和加药顺序，做多组试验

实验过程中在改变加药顺序时，先添加絮凝剂再添加凝聚剂，有白色絮状物悬浮，底部煤泥沉降集聚，悬浮白色絮状物上方部分煤泥受到白色絮状物阻碍未能沉降到底部。

由表1分析可知

（1）煤泥水浓度、药剂剂量影响煤泥沉降速度，煤泥水浓度大，需要较大的药剂剂量才能提高沉降速度。

（2）当煤泥水浓度达到一定程度，没有沉降空间就无法沉降，要提高沉降速度必须先将煤泥水稀释。

（3）按照加药制度，凝聚剂与絮凝剂配合使用时，要先添加凝聚剂后添加絮凝剂，以提高药剂作用效果。从表1标记两项实验数据来看，先添加凝聚剂后添加絮凝剂相对于先添加絮凝剂后添加凝聚剂煤泥水沉降效果较差，违背了加药原则。说明久米纳影响了药剂凝聚、絮凝的作用过程。

3.1.2改变药剂剂量煤泥水沉降实验（煤泥水稀释50%）程序和方法（标准量筒沉淀法）

（1）将所有絮凝剂产品配制为0.1%浓度的溶液；

（2）将煤泥水样稀释50%；

（3）在实验前将稀释后的煤泥水样搅拌均匀；

（4）取1000ml稀释后煤泥水样，借助注射器将一定量已配制好的絮凝剂溶液加入，混合均匀静置，通过改变药剂剂量做多组实验；

（5）当泥线通过1000ml刻度时，开始用秒表计时；

（6）测量泥线每次通过特定刻度所用的时间。

10月13日和10月14日分别从旋流器溢流采样，浓度分别为260g/L和253g/L，采用自然沉降和上述试验方法分别进行试验，煤泥水均不沉降。同时，煤泥水稀释50%后，再采用上述加药方式时，煤泥水出现不同程度沉降。

由表2分析可知：煤泥水浓度、药剂剂量影响煤泥沉降速度，煤泥水浓度大，需要较大的药剂剂量才能提高沉降速度。

3.2不同药剂剂量和加药种类

浓度193g/L煤泥水稀释50%后，再采用上述加药方式时，在增加絮凝剂用量的情况下，煤泥水能够较好沉降。

由表3分析可知

（1）4#絮凝剂对煤泥水的沉降作用效果较好，较为稳定，适合目前的煤质。4#药剂是我厂目前使用的药剂，说明絮凝剂药剂选型没有问题。

（2）煤泥浓度较大，需要较大的药剂量才能保障煤泥沉降效果。

4对煤泥水中影响沉降的物质进行的试验

采用500mL旋流器溢流煤泥水，加入500mL清水稀释后，添加10mL絮凝剂后再添加氯化钙溶液，煤泥水会在沉降的过程中，出现底部煤泥沉降集聚，中部出现清液及絮团，上部出现浊液的现象。把中部清液及絮团单独倒出来进行冲洗，就能得到一种胶状物。这种胶状物比较黏，会悬浮在水中，在煤泥水中会粘附煤泥向上浮。可能是造成煤泥水难沉降的原因。

5结论

（1）根据实验数据和现场实际情况分析，怀疑久米纳对煤泥水沉降的影响主要在于，抑制絮凝剂的沉降效果，絮团孔隙大导致煤泥沉降不密实，煤泥沉降空间不足造成的煤泥水不沉降。

（2）溢流水浓度较高时，添加药剂已经难以保持正常生产过程中煤泥水沉降，必须向系统中大量补加清水，或停止一台浓缩机，并对停开的浓缩机中快速抽取底流同时添加清水和过量的药剂。

（3）在改变药剂剂量和加药顺序试验中，稀释的煤泥水中先加入絮凝剂充分使煤泥充分沉降后，再加入氯化钙，会生成白色絮状物飘在煤泥水中，白色絮状物质轻、发黏、不易搅烂；在稀释的煤泥水中先加入氯化钙充分混合，再加入絮凝剂，白色絮状物会混在煤泥中，导致絮团孔隙大。不加氯化钙不会出现白色絮状物。初步怀疑白色絮状物是久米纳在水中形成胶体后，在氯化钙溶液电解质的聚沉作用下形成的产物。这是由于久米纳是一种C－S－H凝胶体系，添加氯化钙会与久米纳反应进一步抑制絮凝剂沉降效果，在煤泥水系统中形成一种上浮的悬浮物，一方面影响絮凝剂絮凝效果，另一方面在浓缩机中形成影响煤泥水沉降的隔断层，造成煤泥水难以沉降。

6结语

实验结果表明，通过稀释煤泥水、适当药剂使用量、改变加药顺序的方法，可一定程度改善煤泥水沉降效果，但沉降效果不够理想，难以满足生产需要，且稀释煤泥水、增加药剂使用量在实际生产经营管理方面是不可取的。总而言之久米纳对煤泥水的沉降影响是巨大的，但是久米纳作为矿井处理工作面过断层，片帮、漏顶的注浆加固材料，无法杜绝使用，还需对久米纳影响煤泥水沉降做进一步研究和实验。研制出能够与久米纳发生中和反应使其不再影响煤泥水沉降的物质，从根本上解决久米纳影响煤泥水沉降的困扰。

参考文献

[1]杨 庆，王亚鑫，曹效鑫，等． 污水处理碳中和运行技术研究进展[J].北京工业大学学报，2022，48 （ 3） ：292－305．