關于綜采工作面“三機”冷卻水回收復用裝置的創新設計及應用

翟文

(神華寧夏煤業集團 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

關于綜采工作面“三機”冷卻水回收復用裝置的創新設計及應用

翟文

(神華寧夏煤業集團 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

綜采工作面“三機”,即:刮板輸送機、轉載機、破碎機的電動機采用水冷式電動機,冷卻水引自井下供水系統,經過電動機冷卻循環后,直接排入工作面現場,一方面造成水資源的浪費,增加了生產成本;其次冷卻水與工作面煤泥相混形成水煤泥,需要大量人力進行清除;再次因工作面機輔兩巷起伏不平時,工作面冷卻水經常排不干凈,造成機輔兩巷積水、現場文明生產差;更嚴重得是影響正常的生產進度,影響煤質,進而影響煤炭銷售價格。

鑒于以上情況,梅花井煤礦綜采一隊在1102206工作面回采過程中,根據現場實際情況,在沒有任何前例借鑒的情況下,自行設計一套冷卻水再回收利用裝置,將刮板輸送機、轉載機、破碎機的電動機冷卻水進行回收再利用,回收的冷卻水通過過濾后,再用于工作面采煤機、液壓支架噴霧用水。并在2014年2月中旬將這套冷卻水回收再利用裝置實驗安裝完成,成功投入使用,效果極佳。

綜采工作面 三機冷卻水 回收 再利用

1 工作面冷卻水再利用裝置設計原理與選型計算

1.1 原理

如圖1所示，當工作面設備開機時，圖中所示的5個電磁閥得電，工作面刮板輸送機、破碎機、轉載機電動機冷卻系統自動啟動，工作面刮板輸送機機尾電動機、機頭電動機冷卻水通過DN25膠管(圖中1、2)，破碎機電動機、轉載機電動機冷卻水通過DN19膠管(圖中3、4)回收至自制水箱，在水箱底部焊接一個出水口，用于接風動隔膜泵5，風動隔膜泵進、出水管為DN32膠管，水箱內壁裝設有電子水位傳感器7，當水位上升到電子水位傳感器7位置，風動隔膜泵風量電磁閥6得電，風量電磁閥打開，風動隔膜泵5啟動，水箱內收集的冷卻水通過風動隔膜泵5打壓，經過DN32管路，排至設備列車的清水過濾站8，經過濾站過濾后，再接入噴霧泵站9，然后用于采煤機、液壓支架噴霧降塵使用。當工作面設備停機時，圖中所示的工作面冷卻水回水管上的4個電磁閥先失電(圖中1、2、3、4)，電磁閥自動關閉，工作面刮板輸送機、破碎機、轉載機電動機冷卻系統自動停止，風動隔膜泵5繼續抽水，直至自制水箱內的水位低于電子水位傳感器7位置后，風量電磁閥6、風動隔膜泵5出水口的電磁閥失電，整個冷卻水再利用裝置停止。自制水箱尺寸為1.5m×0.9m×0.7m，在水箱上部焊接四個直通用于接電動機冷卻水回水，出水口焊接在水箱底部，用于配接風動隔膜泵，水位傳感器設置在水箱高度四分之三處，水箱用于暫時儲存回收的冷卻水，同時可以解決冷卻水回水與風動泵吸水的不同步性。

1.2 選型校驗

BQG-350/0.2型風動隔膜泵主要參數：標定工況流量350L/min(最大流量651L/min)、標定工況出料壓力0.2MPa(出料口最大壓力0.83MPa)，最大工作風壓0.83MPa。

1.2.1 風動隔膜泵壓力損失驗算

沿程壓力損失：

式中：Δp1—管路沿程壓力損失；

L1—管路長度，500m；

d1——管路直徑，0.032m

V1——工作面管路介質流速， 2.5m/s；

γ——水的重度， 1000Kg/m3；

λ1——摩擦系數，其值由雷諾系數Re決定；

μ——介質的運動粘度，0.00000131m2/s；

膠管局部壓力損失占直管段壓力損失的20%

風動隔膜泵傳輸距離的壓力損失滿足要求。

圖1 工作面冷卻水再利用裝置原理示意圖

圖2 工作面冷卻水再利用裝置結構示意圖

風動隔膜泵出口到清水過濾站高差為10m，因高差產生壓強為：

因高差產生的壓強對風動隔膜泵傳輸距離沒有影響。

1.2.2 風動隔膜泵工作風壓、流量要求

井下壓風系統壓力一般是0.75 MPa，符合風動隔膜泵工作要求；工作面刮板輸送機、破碎機、轉載機電動機冷卻水回收量總和為240L/min，1.1倍為264L/min小于風動隔膜泵工況流量350L/min，風動隔膜泵流量符合要求。

故BQG-350/0.2型風動隔膜泵滿足設計要求。

2 工作面冷卻水再利用裝置經濟性分析

2.1 冷卻水再利用裝置成本計算

材料消耗：DN25膠管 270m(價格15.2元/m)，DN19膠管30m(價格11元/m)，DN32膠管500m(價格27元/m)，風動隔膜泵1臺(價格1650元/臺)，風量電磁閥1個(價格100元/m)，水位傳感器1個(價格45元/個)，兩位兩通電磁閥5個(價格100元/個)，自制水箱1個(500元)；

成本為：15.2×270+11×30+27×500+1650+100+45+500+500=20729元

在這個工作面回采結束后，這套冷卻水回收再利用裝置可以回收，安裝于下一個回采工作面使用，這樣可以重復使用于多個回采工作面。

2.2 冷卻水回收再利用裝置經濟效益分析

經過實測：破碎機、轉載機電動機冷卻水平均流量均為0.9L/s，刮板輸送機機尾、機頭電動機冷卻水平均流量均為1.1L/s，每天按用水20h，水價6.7元/m3。

每天回收冷卻水量：(0.9+0.9+1.1+1.1)×3.6×20=288m3

每年節約水量：288m3×30×12=103680m3

每年節約資金：103680m3×6.7元/m3=694656元

計算使用6.7元/m3的水價是水電公司報價，不包括在向井下供水過程中使用加壓泵打壓消耗的電能，和將冷卻水直接排放到工作面現場后，排水消耗的電能。在節水同時也將這兩項電能節約下來，因此，工作面冷卻水回收再利用裝置經濟效益大于上述所計算資金。

3 工作面冷卻水回收再利用裝置特點

(1)這種冷卻水再利用裝置具有結構簡單、安裝方便、設備費用造價低、操作簡單可靠，節約資金大的特點；(2)風動隔膜泵啟、停采用風量電磁閥控制，當水箱水位達到設置電子水位傳感器位置時，風量電磁閥得電自動打開，風動隔膜泵啟動，當水箱內水位低于設置的電子水位傳感器位置時，風量電磁閥失電自動關閉，風動隔膜泵停止運行，這樣使得風動隔膜泵啟、停實現了自動控制；(3)如圖1所示，在工作面刮板輸送機機尾、機頭電動機、破碎機電動機、轉載機電動機冷卻水回水管上，以及風動隔膜泵出水管上分別安裝兩位兩通電磁閥，實現工作面設備開機自動啟動冷卻水、停機自動關閉冷卻水。(4)梅花井煤礦1102206工作面是一個自動化工作面，在正對轉載機橋身段安裝一部攝像頭，將視頻信號傳輸到工作面自動化控制臺，在控制臺可以直接通過視頻監視整個冷卻水再利用裝置的運行情況，從而使得整個裝置更加可靠，充分利用了自動化工作面的特點；(5)如圖2所示，自制水箱底部焊接了滑靴裝置，并將滑靴裝置與自移式馬蹄兒機尾使用連接鏈固定，隨著采煤工作面的推移，馬蹄兒機尾帶著冷卻水再利用裝置移動，只需增加或減少風動泵5到清水過濾站8這一段的DN32膠管，極大的較少了作業人員搬移自制水箱的勞動量；(6)因井下工作面到處取風都比較方便，自制水箱出水采用風動泵抽取，風動泵和電動泵相比，安全可靠，價格低廉，故障率較低，同時節約電能；(7)工作面冷卻水再利用裝置不但實現了節能減排，減少工作面排水量，有利于工作面和機巷的文明衛生，降低了安全隱患，提高了系統的綜合效能，同時很大程度的提高綜采工作面煤質發熱量。

4 結語

本文提出的綜采工作面冷卻水回收再利用技術，在神華寧夏煤業集團公司梅花井煤礦1102206自動化綜采工作面進行了現場應用，既創造了良好的工作環境，又節約了水資源，提高了經濟效益，降低了生產成本，真正實現了極少的投入，創造出巨大的經濟效益。

翟文(1976—),男,碩士研究生,高級工程師,注冊安全工程師,1997年8月參加工作,一直從事采礦技術管理工作,現任神寧集團梅花井煤礦生產副礦長。