乳化液集中配比供液站的工藝方案與系統(tǒng)組成詳談

因井下水質(zhì)差，人工配比出來的乳化液精度低，影響液壓設(shè)備性能，上海自動化儀表有限公司通過在井下安裝水處理與變頻條件下乳化液自動配比一體化裝置，建設(shè)乳化液集中供液站，將配比好的乳化液輸送到各個工作面，有效地保護了綜采支架各元件，提高了其使用壽命。該系統(tǒng)實現(xiàn)了地面調(diào)度室遠程控制，已在新陽能源井下穩(wěn)定運行，取得了良好效果。

乳化液是煤礦液壓設(shè)備的傳動介質(zhì)，在液壓系統(tǒng)中起血液作用，乳化液濃度過高或過低都不利于設(shè)備性能的發(fā)揮。山東新陽能源有限公司（以下簡稱新陽能源）井下水質(zhì)較差，具有較強堿性，配比出來的乳化液對綜采支架元件腐蝕較大，支架經(jīng)常出現(xiàn)串漏液現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)。為此，新陽能源結(jié)合工作面需液要求，建設(shè)了乳化液集中配比供液站。該系統(tǒng)應(yīng)用反滲透膜水處理技術(shù)設(shè)計了井下水處理裝置，研制了變頻條件下的乳化液自動配比裝置，配比出的乳化液濃度符合要求，保證綜采支架的正常使用。

1 工藝方案

乳化液集中配比供液站主要由預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、乳化液自動配比系統(tǒng)、乳化液輸送系統(tǒng)、遠程集中控制系統(tǒng)等組成，見圖 1。各系統(tǒng)由相應(yīng)的設(shè)備或裝置組成，見圖 2。

該系統(tǒng)中，礦井水（以下統(tǒng)稱原水）通過處理后成為符合要求的純凈水。乳化油經(jīng)投加裝置與純凈水配比成為符合要求的乳化液，并進入乳化液箱，由離心泵打壓至采區(qū)泵站水箱，供各個工作面使用。

設(shè)備安裝示意圖

2 乳化液集中配比供液站組成

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)由原水箱、原水泵、錳砂過濾器、活性炭過濾器等組成，它的作用是去除原水中粒度大于 20 μm 的機械雜質(zhì)以及經(jīng)過絮凝的小分子有機物和部分的膠體，使出水濁度≤ 5mg/L。

2.1.1 原水箱

原水箱是一個容積為 15m 3 的水箱，水箱采用304 不銹鋼拼接而成，水箱內(nèi)安裝了電磁閥自動補水裝置，當(dāng)水箱內(nèi)低水位時自動補水。原水采用老空水，老空水經(jīng)過采空區(qū)層層凈化，水質(zhì)較好，一方面減少了礦井排水費用，另一方面也提高了原水水質(zhì)。

2.1.2 原水泵

原水泵是不銹鋼立式多級離心泵，流量為 20m 3 /h，揚程 47m，所配電機功率為 5.5kW。原水泵的作用是為預(yù)處理系統(tǒng)提供壓力 0.4 MPa 左右原水。

2.1.3 錳砂過濾器、活性炭過濾器

錳砂過濾器、活性炭過濾器（統(tǒng)稱粗過濾裝置）是粗濾的主體。材質(zhì)是玻璃鋼，其內(nèi)壁采取了防腐襯膠處理，下部采用濾帽方式布水。共設(shè)置 2 臺錳砂過濾器、2 臺活性炭過濾器。

錳砂、活性炭過濾器尺寸為Φ1000×1850mm，可承受壓力≤ 0.6 MPa。錳砂過濾器中裝有不同規(guī)格的各種顆粒型錳砂，以去除水質(zhì)中各種顆粒型等比較大的懸浮物，從而降低后續(xù)設(shè)備的運行負荷?；钚蕴窟^濾器內(nèi)裝有果殼類活性炭，其主要目的是除去水質(zhì)中的色度、異味等。4 臺過濾器內(nèi)部濾料總填裝高度為 1m，每臺過濾器ding端裝有手動控制閥，可進行反洗。

2.2 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)是整個水處理裝置的核心部分，它由精密過濾器、高壓泵、反滲透膜及膜殼、阻垢劑投加裝置、閥組及流量計組成。

2.2.1 精密過濾器

精密過濾器被安裝在反滲透系統(tǒng)的框架上，它是由不銹鋼壓力容器、15 支聚丙烯噴熔濾芯（長1016m，過濾精度 5μm）、排污閥和排氣閥組成。該壓力容器尺寸為 Φ2325×1000 mm，其承受壓力≤ 0.6 MPa。

精密過濾器的主要作用是濾除掉水中所含的直徑大于 5μm 的細微雜質(zhì)，以進一步確保反滲透系統(tǒng)的運行安全。

2.2.2 高壓泵

高壓泵是不銹鋼立式多級離心泵，流量為20m 3 /h，揚程 142 m，所配電機功率為 15 kW。高壓泵的作用是為反滲透系統(tǒng)提供壓力 1.5MPa左右原水。

2.2.3 阻垢劑投加裝置

阻垢劑投加裝置由投加泵及阻垢劑箱組成。主要作用是向凈化的水中投加阻垢劑，以防止這些鈣、鎂離子生成的難溶性的鹽在反滲透系統(tǒng)中膜表面上沉淀結(jié)垢，從而影響膜的使用壽命。

2.2.4 反滲透膜及膜殼

反滲透膜規(guī)格為 CPA3-8040，共 9 支。膜殼采用的是玻璃鋼壓力容器，其承受壓力為 2.5 MPa，接口為側(cè)聯(lián)式卡套聯(lián)接，數(shù)量為 3 支，每支這樣的膜殼共裝有上述反滲透膜 3 支。

反滲透膜及膜殼組成的單元被稱為膜組件，本凈化水裝置共使用了 3 個這樣的膜組件，它們呈豎式排列。兩段的凈水從每只膜殼一端的中心孔排出，共同匯集在一起向純水箱輸送，流量為 10m 3 /h。

2.2.5 閥組及流量計

閥組由高壓泵進水球閥、高壓泵出水節(jié)流閥、濃縮水節(jié)流球閥等組成，安裝在相應(yīng)管路上。流量計由凈水流量計、濃縮水流量計等組成，安裝在相應(yīng)管路上。本系統(tǒng)的產(chǎn)水量是由“濃縮水節(jié)流閥”來調(diào)定的。

2.2.6 純水箱

純水箱是一個容積為 15m 3 的水箱，水箱采用304 不銹鋼拼接而成。該水箱作用是儲存凈化水，為后續(xù)乳化液配比提供水源。

2.3 乳化液自動配比系統(tǒng)

乳化液自動配比系統(tǒng)由乳化液油箱、計量泵、流量計、乳化液箱等組成，它能自動配比出符合濃度要求的乳化液。

2.3.1 乳化液油箱

乳化液油箱是一個容積為 3m 3 油箱，油箱采用304不銹鋼拼接而成。該油箱的作用是儲存乳化油，為后續(xù)乳化液配比提供乳化油。

2.3.2 計量泵

該計量泵為變頻式計量泵，流量 1000 L/min，電壓 380 V，功率 0.75 kW。計量泵的作用是將乳化油油箱中的乳化油投加入系統(tǒng)中，以實現(xiàn)乳化液的配比。

2.3.3 流量計

在水和乳化油管路中都裝有流量計，來實時監(jiān)測水和油的流量狀態(tài)。通過 PLC 的計算，準(zhǔn)確實現(xiàn)配比出來的乳化液濃度保持在設(shè)定的范圍之內(nèi)。

2.3.4 乳化液箱

乳化液箱是一個容積為 15m 3 液箱，液箱材質(zhì)采用 304 不銹鋼拼接而成。液箱內(nèi)設(shè)計有液位傳感器，低液位時配比系統(tǒng)運行，高液位時配比系統(tǒng)自動停止。

2.4 乳化液集中輸送系統(tǒng)

該系統(tǒng)由一臺多級泵、流量計、管路等組成，多 級 泵 型 號 為 MD85-45×3， 流 量 85m 3 /h, 揚 程135m，功率 55 kW，管路為 DN50 鍍鋅鋼管。該系統(tǒng)的作用主要是向各采區(qū)泵站集中輸送配比好的乳化液，然后由采區(qū)泵站輸送至回采工作面。

2.5 遠程集中控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)由顯示屏、檢測元件、執(zhí)行元件、傳輸線路等組成，具有就地和遠程控制功能。可以實時顯示系統(tǒng)中的配液濃度、配液量、各個工作面用液量、設(shè)備運行時間等參數(shù)，具有數(shù)據(jù)儲存及上傳功能，并實現(xiàn)在地面調(diào)度室遠程控制系統(tǒng)的運行。

3 運行結(jié)論

該乳化液集中配比供液站已在新陽能源井下穩(wěn)定運行，達到了設(shè)計要求。

該系統(tǒng)采用了變頻條件下的自動配比，并采用紊流技術(shù)，使配比準(zhǔn)確度有了顯著提高，增強了液壓支架的潤滑度及防腐性能，減少了設(shè)備的維修費用，延長了設(shè)備的使用壽命。該系統(tǒng)采用了集中配液，并通過井下分支機構(gòu)輸送到各個工作面，實現(xiàn)了工作面乳化液的集中供應(yīng)。

4 效益分析

使用該系統(tǒng)可減少液壓支架各部件損壞量及乳化油的用量。

（1）按一個工作面計算：

① 減少推移維修 10 個 / 月，費用 3.0 萬元 / 月；

② 減少閥組維修 7 個 / 月，節(jié)約 1.75 萬元 / 月；

③ 減少立柱維修 10 個 / 月，節(jié)約 5.9 萬元 / 月；

④ 減少了兩名維修人員，每人每月按 4500 元計算，節(jié)約人工費用 0.9 萬元 / 月；

⑤ 節(jié)約乳化油 800 kg/ 月，節(jié)約費用 0.51 萬元；共計節(jié)約費用 12.06 萬元 / 月。

（2）目前該乳化液集中配比站供 2 個工作面使用，每月可節(jié)約 24.12 萬元，每年可節(jié)約 289.44萬元。

5 結(jié)束語

該乳化液集中配比供液站投入使用后將極大提高泵站的工作性能，提高效率，減少液壓支架的維修費用，上海自動化儀表有限公司減輕工人的勞動強度，具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益，極具推廣價值。