礦井中水深度處理制備乳化液的集中供液系統(tǒng)技術(shù)研究

閆 亮

(西山煤電集團(tuán)設(shè)計院(有限公司)，山西 太原 030053)

引 言

煤炭作為我國的主體能源，而且在未來很長一段時間內(nèi)煤炭依然在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著采煤技術(shù)、采煤工藝及綜采設(shè)備自動化水平的不斷提升，我國煤炭生產(chǎn)已逐步發(fā)展為自動化生產(chǎn)。乳化液作為綜采工作面?zhèn)鬟f動力的介質(zhì)，其傳輸效率及質(zhì)量、濃度直接決定綜采設(shè)備的工作的穩(wěn)定性和安全性。尤其是乳化液的濃度，在工作面配制乳化液存在無法精準(zhǔn)控制其精度的問題，導(dǎo)致其濃度過大會提升配比成本，濃度過小對設(shè)備造成很大的影響[1]。為此，煤礦生產(chǎn)逐步將乳化液配制系統(tǒng)置于地面實現(xiàn)集中配制和遠(yuǎn)程供液。本文著重對配液純水的制備和集中供液系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1 項目概述

為實現(xiàn)對乳化液地面的集中配液和遠(yuǎn)程供液，本項目著重對乳化液地面配液系統(tǒng)和遠(yuǎn)程工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1.1 乳化液地面配液系統(tǒng)概述

乳化液地面配液系統(tǒng)需完成地面集中配液站的建設(shè)、配液用純水的制備、乳化液配制以及原液和乳化液的儲存等工作面。其中，配液所用純水的制備為本項目的主要研究內(nèi)容之一，擬采用深度處理工藝對礦井水進(jìn)行處理，已達(dá)到滿足制備乳化液的要求。地面配液系統(tǒng)的另一個核心分系統(tǒng)為自動配比系統(tǒng)，基于自動配比系統(tǒng)實現(xiàn)對乳化液的實時監(jiān)測，并實時調(diào)整水和乳化油的閥口開度，實現(xiàn)對乳化液濃度的實時調(diào)整[2]。乳化液自動配比系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 乳化液自動配比系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作面集中供液系統(tǒng)

工作面集中工業(yè)系統(tǒng)是實現(xiàn)乳化液遠(yuǎn)程供液的關(guān)鍵，其主要有乳化液泵站、噴霧泵站、遠(yuǎn)程供液管道系統(tǒng)，以及供配電系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成[3]。根據(jù)我礦的實際情況，如果將集中供液系統(tǒng)安裝在地面，由于距離井下綜采工作面太遠(yuǎn)，會造成管路投資和管路沿線壓力損失太大，因此在井下選擇合適地點建設(shè)乳化液集中供液硐室，通過高壓乳化液輸送管路為周邊的2個～3個綜采工作面集中供液，是最為經(jīng)濟合理的方案。

2 礦井水深度處理系統(tǒng)的設(shè)計

我礦開采時所排出的水質(zhì)滿足如下要求：

煤礦矸石山高山水池水，具體水質(zhì)要求達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2001)一級A標(biāo)準(zhǔn)。目前，可應(yīng)用于礦井水深度處理的方法包括有電子阻垢深度處理法、電滲析深度處理法、離子交換深度處理法以及反滲透深度處理法[4]。經(jīng)對當(dāng)前礦井水深度處理相關(guān)技術(shù)的研究及各類方法優(yōu)劣勢的對比，采用反滲透技術(shù)對礦井水進(jìn)行處理?；诜礉B透深度處理技術(shù)的原理，設(shè)計如圖2所示的礦井水深度處理工藝流程。

圖2 基于反滲透法的礦井水深度處理工藝流程

如圖2所示，礦井水的深度處理系統(tǒng)包括有預(yù)處理系統(tǒng)和發(fā)滲透系統(tǒng)。其中，預(yù)處理系統(tǒng)主要由石英砂過濾器、活性炭過濾器等，其參數(shù)如表1所示。

表1 預(yù)處理系統(tǒng)參數(shù)

反滲透系統(tǒng)的核心部件為反滲透膜。在市場調(diào)研和實用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，采用海德能公司生產(chǎn)的CPA3-8040聚酰胺復(fù)合膜，單根膜脫鹽率為99.3%。本套反滲透采用五支壓力容器，成2:1排列，每支壓力容器內(nèi)裝4支膜，共用16支膜。

3 乳化液地面配液系統(tǒng)的設(shè)計

目前，為解決傳統(tǒng)乳化液自動配比系統(tǒng)精度不高以及響應(yīng)不及時的問題，本項目基于電磁換向設(shè)計乳化液自動配比系統(tǒng)[5]。該系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 基于電磁閥乳化液自動配比系統(tǒng)原理圖

如圖1所示，基于電磁閥的乳化液自動配比系統(tǒng)的核心元器件為隔爆電磁閥、單向閥等。系統(tǒng)可根據(jù)工作面乳化液的濃度實時控制配比泵控制乳化油的流量對乳化液的濃度進(jìn)行調(diào)整，為保證乳化液箱內(nèi)的乳化液出現(xiàn)沉降的現(xiàn)象，在乳化液箱內(nèi)設(shè)置有對應(yīng)的內(nèi)循環(huán)裝置，使得所得的乳化液更加均勻?；谏鲜鲈碓O(shè)計乳化液自動配比系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件選型如表2所示。

表2 乳化液自動配比系統(tǒng)關(guān)鍵元器件選型

4 乳化液遠(yuǎn)程供液系統(tǒng)的設(shè)計

遠(yuǎn)程供液技術(shù)是目前國內(nèi)煤礦綜采工作面裝備配置的一個新技術(shù)，其特點是將乳化液泵站從回采工作面移動電子列車分離，移至工作面集中供液硐室固定布置，通過特高壓管路系統(tǒng)將乳化液輸送至回采工作面，同時保證支架液壓系統(tǒng)末端壓力。遠(yuǎn)程供液系統(tǒng)由乳化液泵站系統(tǒng)、遠(yuǎn)程供液管道組成。其中，乳化液泵站系統(tǒng)利用原有綜采工作面泵站系統(tǒng)，根據(jù)供液量可配置四泵兩箱。硐室內(nèi)安裝工程包括移位安裝原乳化液泵組、乳化液箱組等。遠(yuǎn)程供液管道系統(tǒng)由無縫鋼管、特高壓鋼管連接器、閘閥、安全閥、分流器組、壓力表等組成。主要功能是將高壓乳化液遠(yuǎn)程高壓輸送至工作面偏口，為工作面液壓支架、兩順槽超前支架、轉(zhuǎn)載機和皮帶機尾自移等操作和動作提供動力。

乳化液高壓及回液輸送管路系統(tǒng)配置如下：

1) 進(jìn)液管路鋼管材質(zhì)為27SiMn，規(guī)格D108 mm×10 mm×5 000 mm，鋼管外表面防腐采用噴漆處理，管路鋼管之間使用特高壓鋼管連接器進(jìn)行連接。

2) 回液管路中鋼管材質(zhì)為27SiMn，規(guī)格為D108 mm×5 mm×5 000 mm，鋼管的外表面防腐采用噴漆處理，管路鋼管之間的連接使用高壓鋼管連接器進(jìn)行連接。

5 結(jié)語

乳化液作為綜采工作面生產(chǎn)不可或缺的動力傳遞介質(zhì)，其濃度及質(zhì)量不僅決定著工作面的安全性，還在一定程度上影響著綜采設(shè)備的使用壽命。鑒于我礦的實際情況，采用反滲透技術(shù)對礦井水進(jìn)行深度處理后用于地面乳化液的配制，并通過乳化液泵站和遠(yuǎn)程傳輸管路將乳化液運輸至工作面，滿足工作面的生產(chǎn)需求。