移动式井下打钻煤泥水净化回收工艺、装置及打钻系统的制作方法

本发明涉及煤炭及处理，特别涉及一种移动式井下打钻煤泥水净化回收工艺、装置及打钻系统。

背景技术：

1、煤炭一直是全球主要的能源资源之一，广泛用于发电、工业生产和供暖等各种应用。然而，煤炭开采和处理所伴随的环境问题、资源浪费和经济效益方面的挑战一直是煤炭工业面临的重要问题之一。在传统的矿井钻探过程中，煤泥水的处理一直是一个技术挑战。煤泥水未经处理直接排放，会对环境造成严重影响。目前的处理方法多依赖于地面设施，增加了处理成本且效率不高。

2、目前打钻煤泥水基本不进行单独处理，大多数都通过水沟流入水仓，因粒度细难沉降，经一级水仓、二级水仓，最后流入最后一级水仓，同时因不沉降，还得从溢流排出，进行处理。造成这部分煤泥水来回循环。同时打钻工作面的喷雾喷水还需要从较远的地方引水，造成了水资源的大量浪费。

3、因此，本领域中亟需一种可持续、高效、经济和环保的井下打钻煤泥水处理的方案。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种移动式井下打钻煤泥水净化回收工艺、装置及打钻系统。本发明以创新的思维和独特的工艺步骤，将处理设备与移动设备相结合，旨在实现高效、经济和可持续的井下水资源的利用，实现井下水的闭路循环，从而提高矿业钻探的效率和可持续性。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种移动式井下打钻煤泥水净化回收装置，该装置用于回收处理打钻机在煤炭开采作业中产生的煤泥水，并为打钻机提供煤炭开采作业所需的用水；该装置包括：

3、煤泥水桶，其用于回收打钻机在煤炭开采作业中产生的煤泥水；

4、隔膜压滤机，其对煤泥水桶中收集的煤泥水进行压滤处理，得到滤液和滤饼；

5、循环水池，其收集所述滤液形成循环水，并将该循环水提供至所述打钻机，以满足煤炭开采作业的用水需求；

6、皮带输送机，其将所述滤饼向外输送；

7、以及履带式移动机构，其为整个装置提供移动功能，所述煤泥水桶、隔膜压滤机、循环水池和皮带输送机均设置在所述履带式移动机构上。

8、优选的是，其中，所述煤泥水桶中的煤泥水通过压滤给料泵打入所述隔膜压滤机中，所述隔膜压滤机产生的滤液通过滤液泵打入所述循环水池，所述循环水池中的循环水通过循环水供料泵提供至所述打钻机，以对所述打钻机的打钻工作面进行喷水。

9、优选的是，该装置还包括监测模块和智能控制模块，所述监测模块包括湿度传感器、非接触式温度传感器、粉尘浓度传感器以及固含量检测仪，所述湿度传感器用于检测待打钻的煤炭开采面的湿度，所述非接触式温度传感器用于检测打钻机的钻头表面的温度，所述粉尘浓度传感器用于检测打钻机工作环境中的粉尘含量，所述固含量检测仪用于检测隔膜压滤机排出的滤液的固含量。

10、优选的是，所述智能控制模与所述打钻机、隔膜压滤机、循环水供料泵、履带式移动机构以及监测模块均连接，所述智能控制模根据监测模块的监测结果对所述隔膜压滤机进行控制，以调节所述隔膜压滤机处理得到的滤液的固含量至最优固含量值，该最优固含量值由所述智能控制模根据监测模块的监测结果以及打钻机的工作功率分析得到。

11、优选的是，所述智能控制模包括控制主机以及智能优化模块，所述智能优化模块包括基于机器学习的第一预测子模块和第二预测子模块、数据比较子模块以及基于机器学习的优化分析子模块；

12、所述第一预测子模块根据湿度传感器检测得到的湿度值rhx、打钻机的工作功率px以及预先设定的粉尘浓度阈值tcmax预测得到达到粉尘控制需求所需的单位时间内喷向打钻机工作面的最小清水喷水量wmin1；

13、所述第二预测子模块根据湿度传感器检测得到的湿度值rhx、打钻机的工作功率px以及预先设定的打钻机表面的最高温度阈值ttmax预测得到达到温度控制需求所需的单位时间内喷向打钻机工作面的最小清水喷水量wmin2；

14、所述数据比较分析子模块获取最小喷水量wmin1和wmin2中的较大者作为清水喷水量最小约束值wmin0，比较分析过程记为wmin0＝max(wmin1,wmin2)，max表示取最大值函数。

15、优选的是，所述优化分析子模块用于分析获取隔膜压滤机处理得到的滤液的最优固含量值，即循环水的最优固含量值，记为gmax；

16、所述优化分析子模块以rhx、px、wd、wmin0为输入，(1-gmax)×wd≥wmin0为约束条件，分析得到最优固含量值gmax；

17、其中，wd为预先设定的单位时间内喷向打钻机工作面的循环水总量，也即单位时间内由循环水池提供至打钻机的循环水总量。

18、本发明还提供一种移动式井下打钻煤泥水净化回收工艺，其采用如上所述的装置实现，该工艺包括以下步骤：

19、s1、先通过湿度传感器检测待打钻的煤炭开采面的湿度rhx，预先设定打钻机的工作功率px、粉尘浓度阈值tcmax、打钻机表面的最高温度阈值ttmax、单位时间内喷向打钻机工作面的循环水总量wd，然后将rhx、px、tcmax、ttmax、wd输入到智能优化模块中，得到隔膜压滤机处理得到的滤液的最优固含量值gmax；

20、s2、进行煤炭开采工作：控制主机控制打钻机以功率为px工作，对待打钻的煤炭开采面进行打钻作业，同时控制循环水供料泵将循环水池中的循环水供至打钻机，并喷向打钻机工作面，将打钻机作业中产生的煤泥水收集至煤泥水桶，控制压滤给料泵将煤泥水桶中的煤泥水打入隔膜压滤机中，控制隔膜压滤机的工作，使隔膜压滤机产生的滤液的固含量为gmax；控制皮带输送机将隔膜压滤机产生的滤饼外运；整个煤炭开采工作过程中，控制履带式移动机构同步向煤炭开采面方向移动；

21、s3、每当履带式移动机构向前移动一个单位距离l时，均进行如下操作，直至完成所有煤炭开采工作：

22、先控制打钻机暂停工作，然后通过湿度传感器检测当前煤炭开采面的湿度rh'x，将rhx更新为rh'x，按照步骤s1的方法获得此时智能优化模块分析得到的隔膜压滤机处理得到的滤液的最优固含量值g'max；将gmax更新为g'max1，按照步骤s2的方法执行控制操作。

23、优选的是，步骤s1具体为：

24、s1-1、先通过湿度传感器检测待打钻的煤炭开采面的湿度rhx，预先设定打钻机的工作功率px、粉尘浓度阈值tcmax、打钻机表面的最高温度阈值ttmax、单位时间内喷向打钻机工作面的循环水总量wd；

25、s1-2、将rhx、px、tcmax输入到智能优化模块的第一预测子模块中，预测得到wmin1；将rhx、px、ttmax输入到智能优化模块的第二预测子模块中，预测得到wmin2；

26、s1-3、所述数据比较分析子模块获取wmin1和wmin2，分析得到清水喷水量最小约束值wmin0；

27、s1-4、将rhx、px、wd、wmin0输入到优化分析子模块中，并以(1-gmax)×wd≥wmin0作为约束条件，分析得到使打钻机单位时间内打钻获取的煤炭总质量的预测值为最大值时的固含量值，记为最优固含量值gmax。

28、优选的是，所述第一预测子模块、第二预测子模块均是以多层感知神经网络模型mlp为基础网络框架，通过训练数据集训练后得到；所述优化分析子模块是以fnn前馈神经网络为基础网络框架，通过训练数据集训练后得到。

29、本发明还提供一种具有煤泥水净化回收功能的移动式井下打钻系统，其包括打钻机以及如上所述的移动式井下打钻煤泥水净化回收装置。

30、本发明的有益效果是：

31、本发明提供了一种移动式井下打钻煤泥水净化回收装置、净化回收工艺以及基于该装置的打钻系统，本发明的井下打钻煤泥水净化回收装置可以与井下打钻机同步移动，能够实现井下水的闭路循环；本发明提供了一种高效、经济和可持续的井下打钻煤泥水处理方案，其取代了传统水仓处理的方式，能降低储存和水仓清理成本，减少水资源浪费，提高井下空间的利用率，能够有助于减少煤炭工业对自然资源的依赖，减小对环境造成的负担；本发明具有广阔的市场应用前景。

32、本发明中，通过分析冲水在煤炭打钻作业中所起到的综合作用，利用智能优化模块通过基于机器学习算法的方案，能够根据具体情况(煤炭湿度rhx打钻机的工作功率px、循环水总量wd、降温和抑尘需求等)分析得到最优固含量值，在最优固含量值条件下，不仅能够起到满足要求的抑制粉尘、冷却钻头的作用，还能够提高揭煤效率，并可减轻后续煤泥水净化回收装置的水处理负荷，从而节约能耗、降低生产成本。