閆 亮

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

引 言

煤炭作為我國(guó)的主體能源，而且在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤炭依然在我國(guó)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(dòng)化水平的不斷提升，我國(guó)煤炭生產(chǎn)已逐步發(fā)展為自動(dòng)化生產(chǎn)。乳化液作為綜采工作面?zhèn)鬟f動(dòng)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(huì)提升配比成本，濃度過小對(duì)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(shí)現(xiàn)集中配制和遠(yuǎn)程供液。本文著重對(duì)配液純水的制備和集中供液系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1 項(xiàng)目概述

為實(shí)現(xiàn)對(duì)乳化液地面的集中配液和遠(yuǎn)程供液，本項(xiàng)目著重對(duì)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(chǔ)存等工作面。其中，配液所用純水的制備為本項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容之一，擬采用深度處理工藝對(duì)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(gè)核心分系統(tǒng)為自動(dòng)配比系統(tǒng)，基于自動(dòng)配比系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)乳化液的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)調(diào)整水和乳化油的閥口開度，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳化液濃度的實(shí)時(shí)調(diào)整[2]。乳化液自動(dòng)配比系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 乳化液自動(dòng)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(shí)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(shí)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(huì)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(diǎn)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(gè)～3個(gè)綜采工作面集中供液，是最為經(jīng)濟(jì)合理的方案。

2 礦井水深度處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

我礦開采時(shí)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(jí)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(duì)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(shì)的對(duì)比，采用反滲透技術(shù)對(duì)礦井水進(jìn)行處理。基于反滲透深度處理技術(shù)的原理，設(shè)計(jì)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(chǎng)調(diào)研和實(shí)用經(jīng)驗(yàn)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(jì)

目前，為解決傳統(tǒng)乳化液自動(dòng)配比系統(tǒng)精度不高以及響應(yīng)不及時(shí)的問題，本項(xiàng)目基于電磁換向設(shè)計(jì)乳化液自動(dòng)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(dòng)配比系統(tǒng)原理圖

如圖1所示，基于電磁閥的乳化液自動(dòng)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(shí)時(shí)控制配比泵控制乳化油的流量對(duì)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(duì)應(yīng)的內(nèi)循環(huán)裝置，使得所得的乳化液更加均勻。基于上述原理設(shè)計(jì)乳化液自動(dòng)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(dòng)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(jì)

遠(yuǎn)程供液技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)煤礦綜采工作面裝備配置的一個(gè)新技術(shù)，其特點(diǎn)是將乳化液泵站從回采工作面移動(dòng)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(shí)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(jī)和皮帶機(jī)尾自移等操作和動(dòng)作提供動(dòng)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(dòng)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(shí)際情況，采用反滲透技術(shù)對(duì)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(yùn)輸至工作面，滿足工作面的生產(chǎn)需求。