礦用乳化液及其配制水的凈化處理關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

摘 要：統(tǒng)計(jì)表明煤礦綜采設(shè)備70%的液壓系統(tǒng)故障是由傳動(dòng)液體污染造成的。文章分析了水的污染源與凈化的方式，提出了煤礦井下水處理必要性和乳化液凈化的重要性，并對(duì)礦井水在線自清洗綜合供水凈化裝置和乳化液在線式自動(dòng)高壓過(guò)濾站的應(yīng)用進(jìn)行研究，通過(guò)水的凈化和乳化液在線自清洗過(guò)濾，保護(hù)了設(shè)備液壓系統(tǒng)，提高了設(shè)備使用壽命，降低了事故，收到較好安全經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水；乳化液；在線；反沖洗；凈化；處理；過(guò)濾

1 概述

大自然中沒(méi)有100%的絕對(duì)純水，或多或少的存在污染物，水中污染物有二大類：可溶性污染物和不可溶性污染物，即顆粒污染物?？扇苄晕廴疚镌谝欢l件下可變成顆粒污染物，如水垢、氧化鐵等。水結(jié)垢是由可溶性污染物和不可溶性污染物造成，水的腐蝕性主要是由可溶性污染物造成的。水的主要指標(biāo)濁度即透明度，是由顆粒污染物造成的，大量微米級(jí)的顆粒污染物造成水的透明度下降，即使特別透明的水中可溶性污染物也可能很多。解決水的質(zhì)量，要去除可溶性污染物和不可溶性污染物。水質(zhì)不處理，將給用水設(shè)備帶來(lái)?yè)p害，甚至不能使用。

2.1 煤礦井下生產(chǎn)用水存在的主要問(wèn)題

（1）水中固體含量多，并有大顆粒。（2）水的腐蝕性大，硬度高、結(jié)垢嚴(yán)重。（3）水在輸送過(guò)程中的二次污染嚴(yán)重。

2.2 煤礦液壓控制系統(tǒng)設(shè)備對(duì)水的要求

液壓控制系統(tǒng)對(duì)液壓介質(zhì)要求較高，在液壓支架使用過(guò)程中乳化液介質(zhì)的質(zhì)量，是影響液壓件系統(tǒng)運(yùn)行狀況的重要因素，統(tǒng)計(jì)表明煤礦綜采設(shè)備70%的液壓系統(tǒng)故障是由乳化液污染造成的，而混合用水的質(zhì)量，是影響乳化液的質(zhì)量關(guān)鍵因數(shù)。大量實(shí)踐已經(jīng)證明：污染解決，設(shè)備故障降低；污染不解決，事故高發(fā)。純水配制的乳化液，能徹底解決乳化液系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢、污染的問(wèn)題，可大幅減少液壓件、閥組和千斤頂?shù)膿p壞和修理量，節(jié)約大量資金。

煤礦井下配液用水多為地下或地面供水，其清潔度、酸堿度和硬度都很難達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，因此要保證設(shè)備液壓控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，就必須對(duì)井下配液用水進(jìn)行前期處理，采取強(qiáng)制精細(xì)水過(guò)濾處理措施，強(qiáng)制進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)分析，使所用水的質(zhì)量符合MT 76-2002標(biāo)準(zhǔn)，確保不含固體或液體的污染物，水的PH值在7到9.5之間，固體顆粒物在1mg/L以下。

3 工業(yè)生產(chǎn)常用的水凈化和過(guò)濾方法

目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的工業(yè)用水凈化方式主要有以下幾種：

（1）絮凝沉淀，將微小的懸浮顆粒，絮凝成大的顆粒，沉淀到水的下部；主要用于污水處理。（2）生物過(guò)濾與化學(xué)綜合反應(yīng)，主要用于污水處理。（3）濾餅過(guò)濾，過(guò)濾精度高、設(shè)備復(fù)雜、費(fèi)用較高。（4）網(wǎng)式過(guò)濾（表面過(guò)濾），不銹楔形網(wǎng)、纖維網(wǎng)等。（5）深層過(guò)濾，石英砂過(guò)濾、纖維顆粒過(guò)濾。（6）膜過(guò)濾， 微孔過(guò)濾膜、反滲透膜。（7）過(guò)濾方式，表面過(guò)濾和深層過(guò)濾。表面過(guò)濾又有全流量過(guò)濾和十字流過(guò)濾（橫流過(guò)濾）。

采用何種凈化方法要結(jié)合礦井水的初始水質(zhì)和使用要求綜合考慮。

4 確定經(jīng)濟(jì)合理的井下生產(chǎn)用水方案

4.1 根據(jù)礦井的實(shí)際供水狀況，總的供水原則

供給水要達(dá)到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)用水設(shè)備對(duì)水質(zhì)的不同要求，工作面安裝一到兩臺(tái)具有不同級(jí)過(guò)濾級(jí)別的水過(guò)濾設(shè)備，供給不同設(shè)備使用。

4.2 如供水達(dá)不到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，有一點(diǎn)渾濁，水質(zhì)尚可，濁度不大于80NTU的。也可根據(jù)用水設(shè)備對(duì)水質(zhì)的不同要求，工作面安裝高納污量具有分等級(jí)的水過(guò)濾設(shè)備，供給不同設(shè)備使用。

4.3 如來(lái)水達(dá)不到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，渾濁度高，水質(zhì)腐蝕性大，最好在井上水處理廠進(jìn)行一定的處理后送入井下，工作面安裝高納污量、具有分等級(jí)的水過(guò)濾設(shè)備，供給不同設(shè)備使用。

5 煤礦井下供水凈化過(guò)濾關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備

目前國(guó)內(nèi)井下使用成熟的供水凈化設(shè)備主要采用井下在線自清洗綜合供水凈化裝置，在神華、潞安等大型礦區(qū)，特別是使用支架電液控制的單位大量運(yùn)用，效果良好。

5.1 在線自清洗裝置基本過(guò)濾方式

過(guò)濾水的質(zhì)量最主要的決定因素是過(guò)濾材料，衡量過(guò)濾技術(shù)的先進(jìn)性主要從以下四個(gè)方面考慮：（1）空隙率；（2）速率；（3）納污量；（4）精度；四者的統(tǒng)一是一種理想的過(guò)濾技術(shù)。常用過(guò)濾方式有：

5.1.1 進(jìn)水粗過(guò)濾

5.1.2 纖維顆粒過(guò)濾

5.1.3 RO保安過(guò)濾

5.1.4 反滲透膜過(guò)濾

反滲透膜是一種十字流過(guò)濾，它是將膜節(jié)流下的污物和離子由濃縮液帶離，一部分水分子透過(guò)反滲透膜。推薦使用的是抗氧化膜，見(jiàn)圖5。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用經(jīng)驗(yàn)，纖維顆粒過(guò)濾料反沖洗效果好，具有過(guò)濾時(shí)構(gòu)成的濾層有著空隙率從上到下自然變小的理想濾料的特點(diǎn)，有強(qiáng)力的吸附作用，截污量大，在反沖洗時(shí)濾料充分散開(kāi)，易于清洗，故精細(xì)過(guò)濾時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用。

5.2 井下在線自清洗綜合供水凈化裝置主要特點(diǎn)

在線自清洗綜合供水凈化裝置有如下主要特點(diǎn)：

（1）不需要用電，使用費(fèi)用極低，手動(dòng)操作，體積小。（2）一臺(tái)設(shè)備同時(shí)分級(jí)供水，一級(jí)粗過(guò)濾水，二級(jí)精過(guò)濾水，三級(jí)純水，全部解決綜采工作面設(shè)備用水凈化。（3）一級(jí)過(guò)濾、二級(jí)過(guò)濾長(zhǎng)期無(wú)需更換濾材， 長(zhǎng)期反復(fù)使用，無(wú)需拆開(kāi)清洗。只需定期更換純水部分的濾材。（4）粗過(guò)濾設(shè)計(jì)為反向沖洗加不銹鋼刷子刮刷，清洗徹底。精密過(guò)濾，過(guò)濾精度高，納污量大，反洗可靠。RO保安過(guò)濾采用高精度大裕度納污量設(shè)計(jì)，確保反滲透膜的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。

5.3 方案選擇

俄霍布拉克煤礦1404工作面的支架采用德國(guó)蒂芬巴赫公司生產(chǎn)的電液控系統(tǒng)，對(duì)水質(zhì)、乳化液的要求極高。本面選用一臺(tái)國(guó)產(chǎn)JMSGLQ-50型井下在線自清洗精密水過(guò)濾裝置，安裝在井下順槽設(shè)備列車上，進(jìn)水管與井下總供水管相連，出水用DN軟管與用水點(diǎn)連接。該設(shè)備根據(jù)纖維顆粒濾料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)運(yùn)行工藝設(shè)計(jì)，單臺(tái)處理水量大，出水質(zhì)好，壓力波動(dòng)小。以壓差值為主，時(shí)間為輔作為反沖洗條件，實(shí)現(xiàn)在線反沖洗，保證過(guò)濾濾料長(zhǎng)期反復(fù)使用。

主要參數(shù)：過(guò)濾精度：粗過(guò)濾120μm，精過(guò)濾10μm，過(guò)濾水介質(zhì)系統(tǒng)壓力最大2.5Mpa，最小0.7Mpa，進(jìn)水濁度≤80NTU，出水濁度≤5NTU，滿水量4.5t?？偭髁浚?0t/h，粗過(guò)濾70t/h，精過(guò)濾35t/h，純水最大4t/h，附直飲水口，PH值6.7-7.5，硬度≤50ppm。

優(yōu)點(diǎn)：可滿足綜采工作面全部設(shè)備用水要求；體積小，只需一臺(tái)礦車位置，使用費(fèi)用低，維護(hù)量低。其中4t/h的純水完全滿足乳化液配水，產(chǎn)的濃水，回用加入的清水站水箱。即滿足主要問(wèn)題-乳化液配水，又技術(shù)合理、成本低。缺點(diǎn)：設(shè)備操作程序嚴(yán)格。

6 煤礦井下乳化油質(zhì)量要求

良好的水質(zhì)是配出優(yōu)質(zhì)乳化液的前提條件，同時(shí)優(yōu)質(zhì)的乳化油也是配出優(yōu)質(zhì)乳化液的關(guān)鍵因素。

乳化油（濃縮液）要求。一般采用進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)高端油品，要求乳化油（濃縮液）具有良好的穩(wěn)定性、防銹性、防腐蝕性、密封材料相容性、潤(rùn)滑性。主要指標(biāo)為：外觀在溫度為10～35℃時(shí)，產(chǎn)品為透明均一流體；40℃運(yùn)動(dòng)粘度不大于100mm2/s。；閃點(diǎn)不低于110℃；凝點(diǎn)不高于-5℃；耐凍融性：產(chǎn)品經(jīng)-16～-21℃凍凝，并經(jīng)室溫10～35℃下融化，重復(fù)五個(gè)循環(huán)后，外觀恢復(fù)原狀；較好的水中分散性：產(chǎn)品加入水中應(yīng)能均勻分散。

7 乳化液的凈化處理

7.1 乳化液要求

乳化液應(yīng)避免機(jī)械雜質(zhì)污染和細(xì)菌污染，防止煤沫進(jìn)入乳化液中，特別是在運(yùn)輸和更換膠管、換油時(shí)。即使短時(shí)間使用污染的臟水，細(xì)菌或化學(xué)污染的物質(zhì)都會(huì)導(dǎo)致乳化液遭受污染變質(zhì)產(chǎn)生腐蝕性，產(chǎn)生沉淀物，從而使閥芯卡堵、腐蝕、磨耗不能工作。所以對(duì)使用中的乳化液應(yīng)進(jìn)行濃度、成份、PH值、微生物污染和不清潔度等方面的監(jiān)測(cè)。同時(shí)禁止乳化液在高溫條件下運(yùn)行，乳化液的最高運(yùn)行溫度為55℃，一般情況下不允許超過(guò)45℃，高溫可使乳化液的穩(wěn)定性降低而析皂，密封件壽命降低；使用中必須加強(qiáng)對(duì)進(jìn)回液的清潔過(guò)濾。

7.2 乳化液的凈化

采用在線式自動(dòng)高壓過(guò)濾站可以在不影響系統(tǒng)壓力，流量的基礎(chǔ)上，對(duì)泵站輸出乳化液進(jìn)行的高精度過(guò)濾，泵站出口的主進(jìn)液進(jìn)行過(guò)濾，它能夠截留、過(guò)濾和除去液壓系統(tǒng)乳化液中的污染物，并回收反沖洗液體；從源頭上控制液壓系統(tǒng)因乳化液污染造成的故障，顯著的提高支架液壓系統(tǒng)各元件的使用壽命及液壓系統(tǒng)的可靠性；同時(shí)它可以在不關(guān)閉泵源，不進(jìn)行零部件拆卸的情況下，通過(guò)其內(nèi)部巧妙的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)“反沖洗”功能，將濾芯處積聚的污染物排除，提高了濾芯的耐污能力，從而減少了系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間，大大的提高工作效率。

7.3 使用情況

俄霍布拉克煤礦1404工作面選用國(guó)產(chǎn)的ZGLZ-2000Ⅳ自動(dòng)高壓過(guò)濾站。其基本參數(shù)如下：過(guò)濾精度：25μm；公稱壓力：31.5Mpa；公稱流量：2000L/min；傳感器泄液口：DN10；進(jìn)出液口：DN50G；反沖洗出液口：DN12；控制方式：時(shí)間控制；壓力控制；壓力時(shí)間控制。兩組反沖洗過(guò)濾裝置并聯(lián)，進(jìn)、出液采用兩組大通徑鋼管組件連接，進(jìn)、出液鋼管兩頭都通，雙進(jìn)雙出，這樣下井安裝布置時(shí)無(wú)方向性，布局合理，簡(jiǎn)潔大方，充分考慮到了人性化操作的需要；將反沖液和傳感器泄液口統(tǒng)一導(dǎo)入卸荷漏斗，更加安全，使用效果良好，見(jiàn)圖6a、圖6b。

圖6a 高壓過(guò)濾站外形結(jié)構(gòu)圖 圖6b 高壓過(guò)濾站液壓原理圖

回液過(guò)濾站HGLZ-2000對(duì)回流進(jìn)入泵箱的乳化液進(jìn)行精過(guò)濾，保證乳化液系統(tǒng)的清潔度，提高乳化液的利用率，見(jiàn)圖6c。

圖6c 回液過(guò)濾站外形結(jié)構(gòu)圖

8 成本分析

以井下在線自清洗綜合供水凈化站運(yùn)行成本為例，見(jiàn)表1。

表1 井下在線自清洗綜合供水凈化站成本分析

如果用水泵二次加壓，需增加成本0.58元/t+維修費(fèi)，大約1元，經(jīng)濟(jì)合理劃算。

9 結(jié)束語(yǔ)

（1）煤礦井下水的處理和乳化液凈化是保護(hù)液壓系統(tǒng)避免故障，降低事故，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的重要手段，由于水和乳化液的質(zhì)量不好導(dǎo)致的液壓系統(tǒng)事故頻繁發(fā)生，這點(diǎn)往往容易被人忽視，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，煤礦綜采設(shè)備70%的液壓系統(tǒng)故障是由傳動(dòng)液體污染造成的，井下水處理和乳化液凈化非常必要。

（2）俄霍布拉克煤礦針對(duì)礦井水的實(shí)際，綜合應(yīng)用了在線自清洗綜合供水凈化裝置和乳化液在線式自動(dòng)高壓過(guò)濾站、低壓回液過(guò)濾站，通過(guò)水的凈化和乳化液在線自清過(guò)濾，保護(hù)了設(shè)備液壓系統(tǒng)，降低事故，提高設(shè)備使用壽命，收到較好安全經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介：陳國(guó)強(qiáng)（1972-），男，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)電專業(yè)，研究生學(xué)歷，碩士學(xué)位，現(xiàn)為徐礦集團(tuán)天山礦業(yè)公司機(jī)電副總經(jīng)理，高級(jí)工程師，主要從事礦山機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行管理與研究。