煤礦綜采工作面用水處理設備淺析

王楊 高洪強 王海龍

摘 要：以往煤礦企業水處理設備只針對對外排水或者生活飲用水進行處理。對井下設備用水并不進行處理。特別是綜采工作面用的液壓支架用水并未進行處理。原水中雜質過多，金屬含量超標，致使缸柱密封磨損漏液，滑閥、缸柱鍍層出現劃痕失去原有機械性能，工作面內跑冒滴漏嚴重。不僅浪費大量水資源和乳化油，而且后續檢修費用巨大，造成噸煤成本大幅度增加。有很多煤礦直接用礦井水為液壓支架供液。這樣的水質嚴重超標，會造成液壓支架的滑閥閥芯磨損超差、液壓缸缸筒鍍層出現劃痕或者脫落及隨架反沖洗濾芯堵塞無法正常使用。最終造成整個液壓系統癱瘓停止運轉。液壓支架不能滿足使用，使得回采工作受限不能正常開展。大多數礦井的解決方案是不斷的更換液壓支架的液壓元件。只是更換配件并未從根本上解決問題。不斷地更換液壓件造成噸煤成本無限增加。另外在僅采完一個工作面后液壓支架全部升井大修。大修時全部更換液壓件，大修液壓缸。維修成本居高不下。要從根本上解決問題，就必須從源頭改變，具體說就是將液壓支架供液的水質進行處理達標。

關鍵詞：煤礦;水處理;過濾;軟化;全自動;應用

中圖分類號：X752 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）09-0172-02

1 現狀及危害

當前社會大多數的應用創新主要是針對解決現實生活、生產中存在的實際問題。不僅要高效還要簡單快速。針對煤炭企業，在經歷了煤炭的低迷期，絕大多數煤礦不再像以前一樣輝煌。為了降低現有生產成本，提升收益，大部分煤企為壓縮噸煤成本都在做著不同應對，大多數煤企多以修舊利廢、借支降耗、回收再利用、科技創新等一系列降本增效的辦法改善困境。但也有很多一些煤礦不假思索盲目的增加產量，這樣做設備維護及保養跟不上，不僅造成采煤設備損壞頻繁，反而加大了維護資金投入，造成一系列惡性循環。近年國家調控力度不斷增加，對各地區煤企影響日趨明顯，煤價的不斷下降，從前輝煌的煤企失去以往的輝煌。要從根本上降低檢修費用，減少人員及工時的不必要浪費，是長期需要各個煤炭企業探索的主路。其中綜采工作面用水過濾設備在綜采工作面的應用越來越多的被一些煤礦重視。

綜合機械化采煤工作面的主要設備是轉載機、運輸機、破碎機和液壓支架（即綜采三機一架），維護量最大，需要投入精力和人力最多的是保證液壓支架的正常服務。通常情況下，綜采工作面用液壓支架所用的傳動介質為乳化油和水相互進行一定濃度的配比作為傳動介質，在此傳動介質中乳化油的濃度為3%～5%。其中乳化油的主要作用是潤滑和防銹，在設備表面形成一層保護鍍膜[1]。因此水質好壞，影響著液壓支架液壓系統各液壓元部件的使用時常。

液壓支架的液壓系統不達標，就會造成液壓支架缸、柱、閥的跑冒滴漏，不僅造成一定程度的浪費，而且影響回采進度。給正常生產秩序帶來麻煩，嚴重制約礦回采能力。在近幾年自動化工作面在全國范圍內得到推廣，電液控液壓支架普遍得到應用。電液控液壓支架簡單的按鈕操作，可實現集中控制、臨架操作、實時監控，并且對推拉缸的推出量及護幫情況進行實時在線監控等諸多優勢，更加大了電液控液壓支架的使用程度。但是電液控液壓支架對液壓支架傳動介質質量要求更高。在以往的實際生產中，各煤礦對液壓支架使用的傳動介質很少提出要求。一直以來是直接用礦井原水作為液壓支架的傳動介質。這樣的水中含有的大量雜質、微生物和金屬離子嚴重超標。液壓缸缸筒出現劃痕就會造成缸筒內原有鍍層出現不同程度的脫落，使得缸筒生銹，最終造成液壓缸內密封失效串液。整個液壓面臨系統癱瘓。液壓支架停止工作，使回采工作受限。大多數礦井的解決方法是頻繁的更換液壓支架的反沖洗過濾器濾芯、閥、液壓缸、鎖等液壓元件。簡單的更換配件并未從根本上解決問題。無限制的投入從根本上造成噸煤成本大幅度上升。另外在僅采完一個工作面后液壓支架全部升井大修。大修時全部更換液壓件，大修液壓缸。維修成本居高不下。以ZY12000-26/56型液壓支架，工作面200m長為例，僅所有缸柱的大修的費用大約就達到5萬元，再加上管、閥、鎖等液壓件的檢修費用，每架液壓支架檢修大約需要11萬元。那么此工作面液壓支架的維修費用在11（萬元）×114（架）=1254萬左右。

還有一些礦井使用乳化油和普通水的混合物作為液壓支架的供液介質，很多礦井不能按標準及時、精準的添加乳化油。二是以應付檢查為目的。再加上工作面損失嚴重。這就使得乳化油的投入變得沒有作用，沒有實際意義，反而使得噸煤成本又有所增加。即使添加乳化油能夠實時達到標準，水質的不合格仍然使得供液介質不達標，不能起到保護液壓件的作用。

不僅普通閥組對液壓支架傳動介質要求高，而且電液控液壓支架對使用的液壓傳動介質的質量要求更高，從根本上講是影響液壓系統運行狀況的主要因素。在投入使用合格優質的乳化油的同時，對水的質量有著很高要求。一般情況下低濃度液壓支架液壓系統的使用傳動介質（其中乳化油濃度3%～5%）的質量，非常重要的因素就是取決于水的質量是否達標。在國家標準中乳化液用水的質量一定要符合MT76-2002標準以及2015年國家發布的煤礦礦井水利用技術導則（GB/T31392-2015）中所要求的所有項目。所用的水必須不含固體或液體的污染物、固體顆粒物在1mg/L以下等，水的pH值在6～9之間[2]。

2 解決方案

要從根本上解決液壓支架用水的質量，必須先進行水質化驗，根據化驗結果進行設計處理方案。

2.1除雜質

正常情況下，綜采工作面水存在嚴重問題的多為一些建立10年以上的礦井。根本上原水水質不能達標，再有原用水管為碳鋼材質，并未進行任何防腐處理，時間長造成管路內部結銹并脫落。再有新更換的部分管路，管中攜帶有砂石等雜質。綜上是造成綜采工作面液壓支架用水水質嚴重污染的主要原因。

所以第一步要進行去雜質處理，把水中可見顆粒物、雜質過濾掉，一般采用金屬濾網，過濾精度在50～100目之間均可。

2.2去除懸浮顆粒

下一步設立石英砂罐。主要作用是將水中的懸浮物阻攔下來，主要針對細微的懸浮物。罐中所用的石英砂濾料要選取優質天然石英礦石，經過篩選而成的一種水處理濾料。一般分為兩種：一種是普通石英砂;另一種是精制酸洗砂。石英砂的特性有：硬度大，抗腐蝕性好，密度大，機械強度高，截污能力強，使用周期長。在選取石英砂時要保證石英砂的損壞率和磨損性;另外石英砂濾料密度也應該根據具體情況做出要求;石英砂濾料中應不含雜質，石英砂濾料在經過水浸泡后所出液應不含有毒物質。在礦用水處理使用的石英砂選取粒徑方面一般選取為30～70目之間的為最佳，在各種粒徑范圍的石英砂濾料，小于指定下限粒徑和大于指定上限粒徑都應該有要求。所使用的石英砂過濾后水的水質從肉眼可見應該有明顯改善。供給液壓支架一段時間后，缸柱鍍層的劃痕得的有效控制，缸柱密封的劃傷損壞從基本上得到治理，滑閥內磨損漏液顯著減少。總之從根本上制止顆粒物雜質進入液壓系統。

2.3去除金屬離子

接下來串聯多介質罐;罐內多介質濾料是經過高溫碳化處理的，呈蜂窩多孔狀，放大后觀察表面粗糙，孔隙率達占本身體積一半以上，一般情況比表面積大，截流、過濾和吸附作用很強。此濾料的主要成分是：硅、鐵、鋁、碳，對鐵、鋁在水中溶解后形成的鐵鹽和鋁鹽有良好的絮凝沉降作用。并且根據實際水質可連續使用5年至10年不用更換濾料。綜上所述，多介質濾料的使用不單過濾效果好而且使用壽命長，減少維護投入，對于煤礦企業來說非常合適。

2.4去除微生物、重金屬離子及細菌

接下來繼續串聯活性炭罐。罐內活性炭濾料為顆粒狀，微孔發達，比表面積大，機械強度高，吸附速度快，凈化度高，不易脫粉，使用壽命長，可有效去除水中臭味、氯、氰及多種重金屬離子等有害物質，并且可去除水中大腸桿菌等微生物，還可以駝色。水處理中一般選用優質果殼椰子殼為原料，雜質含量低，顆粒度適當，阻力小，易于再生。

為保證出水質量在三個過濾罐末端加設機密過濾器（又稱保安過濾器），此過濾器筒體一般為不銹鋼材質，內部采用PP熔噴管狀濾芯作為過濾原件。其優點是過濾精度高，濾芯孔徑均勻;過濾阻力小，通量大，截污能力強，使用壽命長;耐酸、堿等化學溶劑;不易變形;并且價格低廉，運行費用低，濾芯可更換。能有效去除0.01μm及以上顆粒。

為實現石英砂罐、多介質罐和活性炭罐內濾料的使用壽命及使用效果特在每個罐安裝多路控制閥，用于控制水對罐內濾料的清洗，其中多路閥箭頭所指方向指向符號對應位置時為過濾狀態，指向符號位置是正向清洗狀態，指向符號位置時為反洗狀態。

經過以上四個過濾罐的過濾，水質基本達到MT/76-2002中液壓支架（柱）用乳化油、濃縮物及其高含水液壓液中對水的要求。

綜上所述，此過濾系統結構簡單，操作方便，成本低，維護費用低，滿足系統要求。一般安設在乳化液泵箱補液口前端，正常情況下3T/h就能滿足使用要求。

3 達到效果

在檢修完的液壓支架的液壓系統中使用凈化水設備可有效控制跑、帽、滴、漏現象的發生;減少液壓缸、柱的損壞，減少滑閥等液壓元件的損壞。不僅減少了采煤投入，更節省了檢修費用，液壓支架的維護量也大大減少，有效的保證了回采的連續性不收設備制約。

經過拆解發現使用凈化水設備液壓缸鍍層劃痕及脫落現象基本沒有，其密封件的劃傷損壞得到控制。各種滑閥內部元件無研磨劃傷漏液現象，整個液壓系統清潔穩定。

參考文獻

[1] MT76-2011，液壓支架用乳化油、濃縮液及其高含水液壓液[S].

[2] GB/T31392-2015，煤礦礦井水利用技術指導[S].