煤矿井下中央水仓是用于贮存全矿井下涌水和沉淀煤泥,预防矿井水灾的重要设施。水仓中积存煤泥的及时清理是确保完成其功能,实现安全生产的关键环节,《煤矿安全规程》对此有专门严格规定。由于井下作业空间的严苛性以及煤泥的特殊粘结性,水仓煤泥清理成为困扰业界多年的棘手难题,以致目前,水仓煤泥主要采用人工清挖的方式,工人劳动强度大,清挖效率低,是煤矿生产中机械化程度较低的工作环节之一。本文以河南理工大学与焦作煤业(集团)新乡能源有限公司科技合作项目《煤矿水仓自动清淤系统工艺与装备关键技术研究》为工作基础,力求开发一种全新的水仓煤泥清挖工艺系统,并研制其配套装备,以期对清挖问题有根本性的突破。本文主要内容如下:(1)对煤矿水仓清挖作业过程及环境进行了分析研究,提出了一种“非造浆清挖”的工艺系统。其能完成从煤泥清挖到转送全过程的自动、并行、连续作业,具有工艺过程简单,输送污染少,作业效率高的显著特点。(2)针对新工艺中煤泥管道输送过程的要求特点,专门对水仓煤泥这一特殊的输送对象进行了理化特性基础研究。根据焦煤集团赵固二矿采集的水仓煤泥样品,测试了煤泥的浓度、粒度、塌落度、失水率等多组试验数据,分析各种理化性质对煤泥输送性的影响。综合多种因素,建立了水仓煤泥管道可输送性的评判指标(TIF),对相关应用领域具有通用参考意义。(3)对水仓煤泥进行了大型环管输送试验,建立了水仓煤泥的流变模型,获得了水仓煤泥的流变曲线和流变方程,为新工艺中的管道输送奠定了基础。(4)研究了无轴螺旋集料、双螺旋上料、全液压控制、卡轨自行走等多种关键技术,完成了水仓煤泥清挖泵送一体机的研制。(5)搭建了试验平台,完成了样机地面试验,并在焦煤集团古汉山煤矿进行了工业性试验,试验表明:该机能高效完成水仓煤泥清挖和泵送,效果良好。非造浆清挖工艺与传统工艺相比,效率提高了3-10倍。