矿井中水深度处理制备乳化液的集中供液系统技术研究
2020-11-12闫亮
闫 亮
(西山煤电集团设计院(有限公司)，山西 太原 030053)
引 言
煤炭作为我国的主体能源，而且在未来很长一段时间内煤炭依然在我国能源结构中占据主导地位。随着采煤技术、采煤工艺及综采设备自动化水平的不断提升，我国煤炭生产已逐步发展为自动化生产。乳化液作为综采工作面传递动力的介质，其传输效率及质量、浓度直接决定综采设备的工作的稳定性和安全性。尤其是乳化液的浓度，在工作面配制乳化液存在无法精准控制其精度的问题，导致其浓度过大会提升配比成本，浓度过小对设备造成很大的影响[1]。为此，煤矿生产逐步将乳化液配制系统置于地面实现集中配制和远程供液。本文着重对配液纯水的制备和集中供液系统进行研究。
1 项目概述
为实现对乳化液地面的集中配液和远程供液，本项目着重对乳化液地面配液系统和远程工业系统进行研究。
1.1 乳化液地面配液系统概述
乳化液地面配液系统需完成地面集中配液站的建设、配液用纯水的制备、乳化液配制以及原液和乳化液的储存等工作面。其中，配液所用纯水的制备为本项目的主要研究内容之一，拟采用深度处理工艺对矿井水进行处理，已达到满足制备乳化液的要求。地面配液系统的另一个核心分系统为自动配比系统，基于自动配比系统实现对乳化液的实时监测，并实时调整水和乳化油的阀口开度，实现对乳化液浓度的实时调整[2]。乳化液自动配比系统的结构如图1所示。
图1 乳化液自动配比系统结构示意图
1.2 工作面集中供液系统
工作面集中工业系统是实现乳化液远程供液的关键，其主要有乳化液泵站、喷雾泵站、远程供液管道系统，以及供配电系统和电控系统组成[3]。根据我矿的实际情况，如果将集中供液系统安装在地面，由于距离井下综采工作面太远，会造成管路投资和管路沿线压力损失太大，因此在井下选择合适地点建设乳化液集中供液硐室，通过高压乳化液输送管路为周边的2个～3个综采工作面集中供液，是最为经济合理的方案。
2 矿井水深度处理系统的设计
我矿开采时所排出的水质满足如下要求：
煤矿矸石山高山水池水，具体水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2001)一级A标准。目前，可应用于矿井水深度处理的方法包括有电子阻垢深度处理法、电渗析深度处理法、离子交换深度处理法以及反渗透深度处理法[4]。经对当前矿井水深度处理相关技术的研究及各类方法优劣势的对比，采用反渗透技术对矿井水进行处理。基于反渗透深度处理技术的原理，设计如图2所示的矿井水深度处理工艺流程。
图2 基于反渗透法的矿井水深度处理工艺流程
如图2所示，矿井水的深度处理系统包括有预处理系统和发渗透系统。其中，预处理系统主要由石英砂过滤器、活性炭过滤器等，其参数如表1所示。
表1 预处理系统参数
反渗透系统的核心部件为反渗透膜。在市场调研和实用经验的基础上，采用海德能公司生产的CPA3-8040聚酰胺复合膜，单根膜脱盐率为99.3%。本套反渗透采用五支压力容器，成2:1排列，每支压力容器内装4支膜，共用16支膜。
3 乳化液地面配液系统的设计
目前，为解决传统乳化液自动配比系统精度不高以及响应不及时的问题，本项目基于电磁换向设计乳化液自动配比系统[5]。该系统原理如图3所示。
图3 基于电磁阀乳化液自动配比系统原理图
如图1所示，基于电磁阀的乳化液自动配比系统的核心元器件为隔爆电磁阀、单向阀等。系统可根据工作面乳化液的浓度实时控制配比泵控制乳化油的流量对乳化液的浓度进行调整，为保证乳化液箱内的乳化液出现沉降的现象，在乳化液箱内设置有对应的内循环装置，使得所得的乳化液更加均匀。基于上述原理设计乳化液自动配比系统的关键元器件选型如表2所示。
表2 乳化液自动配比系统关键元器件选型
4 乳化液远程供液系统的设计
远程供液技术是目前国内煤矿综采工作面装备配置的一个新技术，其特点是将乳化液泵站从回采工作面移动电子列车分离，移至工作面集中供液硐室固定布置，通过特高压管路系统将乳化液输送至回采工作面，同时保证支架液压系统末端压力。远程供液系统由乳化液泵站系统、远程供液管道组成。其中，乳化液泵站系统利用原有综采工作面泵站系统，根据供液量可配置四泵两箱。硐室内安装工程包括移位安装原乳化液泵组、乳化液箱组等。远程供液管道系统由无缝钢管、特高压钢管连接器、闸阀、安全阀、分流器组、压力表等组成。主要功能是将高压乳化液远程高压输送至工作面偏口，为工作面液压支架、两顺槽超前支架、转载机和皮带机尾自移等操作和动作提供动力。
乳化液高压及回液输送管路系统配置如下：
1) 进液管路钢管材质为27SiMn，规格D108 mm×10 mm×5 000 mm，钢管外表面防腐采用喷漆处理，管路钢管之间使用特高压钢管连接器进行连接。
2) 回液管路中钢管材质为27SiMn，规格为D108 mm×5 mm×5 000 mm，钢管的外表面防腐采用喷漆处理，管路钢管之间的连接使用高压钢管连接器进行连接。
5 结语
乳化液作为综采工作面生产不可或缺的动力传递介质，其浓度及质量不仅决定着工作面的安全性，还在一定程度上影响着综采设备的使用寿命。鉴于我矿的实际情况，采用反渗透技术对矿井水进行深度处理后用于地面乳化液的配制，并通过乳化液泵站和远程传输管路将乳化液运输至工作面，满足工作面的生产需求。
