水处理装置在综采工作面的研究与应用

Posted 2023-01-11 反渗透

篇首语：眼前多少难甘事，自古男儿当自强。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了水处理装置在综采工作面的研究与应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

陈四楼煤矿井下用水水质较差，水质总硬度(以CaCO3计)高、有害杂质和离子含量较高，对液压系统及相关设备影响较大。在综采工作面使用以反渗透技术为主的水处理装置，该装置具有安装方便、使用方便、操作方便、维护方便、运行稳定、节能环保、自动化程度高、经济实用等优点，能够提高综采工作面使用水的水质，降低液压系统故障率，提高综采工作面液压系统的安全可靠性。
1.问题提出
陈四楼煤矿采煤工艺均为综合机械化采煤，配比乳化液用水、设备冷却用水、防尘喷雾用水均为矿井钻孔水。目前矿井北部采面主要使用21004胶带运输巷车场钻孔水，南部采面主要使用-720m辅助轨道巷及-560m水平轨道巷钻孔水。陈四楼煤矿水质较差，水质总硬度(以CaCO3计)达到1600mg/L，有害杂质和离子含量较高。然而矿井配制乳化液用水水质要求：①总硬度2100mg/L；②Ca2+含量595mg/L；③Mg2+含量140mg/L；④Cl-含量302mg/L；⑤SO42-含量2750mg/L；⑥pH值7.3～8.1。高盐度、高硬度、浊度矿井水对综采工作面液压设备损害较大，主要体现在以下几点：
(1)高盐度水中极易生成不溶性皂类物质从乳化液中析出，从而降低乳化剂浓度；析出物在液压系统中易对液压部件密封造成损坏，影响液压支架支护强度，同时也增加了乳化液的使用量。
(2)高硬度水容易使液压管路内壁结垢、生锈，使液压系统中产生杂质，损坏液压元件。液压管路内壁结垢后增大液压系统阻力，阻塞液压支架操作阀体，影响采煤工作面液压支架支护效果。
(3)未经处理的冷却水在浓缩过程中会增大氯化物、硫酸盐的浓度，而高浓度Cl-、SO42-会加速设备的腐蚀。未经处理的冷却水中也含有大量金属离子，各种金属活波性不同的离子在水中发生化学反应，形成原电池而引起设备的腐蚀。
为了减轻用水质量对设备的影响，提高综采工作面液压系统的安全可靠性，保障液压支架的支护强度，有必要对矿井水进行净化处理，以满足日常生产的要求以及对综采工作面安全管理的要求。
2.水处理经济技术指标
根据陈四楼煤矿的原水水质情况及处理标准，本着工艺设备先进可靠、运行经济和最大限度提高系统性能与价格比的原则，对水处理净化系统进行最优方案设计。水质情况及处理标准见表1。

由于水处理装置需在综采工作面运输巷中得到应用，所选设备需占地面积小，安装运行简单，对设备维护量尽量小，并且能够随着综采工作面的推进而向前移动。根据以上要求，选择反渗透水处理工艺为最佳方案。
3.水处理系统工艺流程
原水进入原水箱，用原水泵将待处理的原水抽入多介质过滤器、活性炭过滤器进行初过滤。原水经初过滤后，加阻垢剂进行软化。软化后的水经保安过滤器进行过滤，再经高压泵加压到反渗透(RO)装置进行过滤。工艺原理如图1所示。

4.水处理关键技术
4.1原水预处理
原水需进行预处理后，才能达到进入反渗透装置的要求。预处理的好坏，是关系到反渗透系统能否长期稳定和安全运行的关键。为使进入该系统的水具有稳定的流量和压力，防止进水波动对系统运行产生影响，保证系统的出水量稳定、均衡，并达到预处理设备的进水压力要求，系统配原水箱1座，并设原水泵1台。
预处理设备中，多介质过滤器、活性炭过滤器及保安过滤器均为多路阀自动控制运行。多介质过滤器利用石英砂作为过滤介质，在一定的压力下，把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒的石英砂过滤，有效截留除去水中的悬浮物、有机物、胶质颗粒、微生物、氯、嗅味及部分重金属离子等，最终达到降低水浊度、净化水质效果。①石英砂过滤器一般作为反渗透设备以及超滤设备的预处理，主要是对泥沙，胶体，金属离子以及有机物进行截留，吸附。②活性炭过滤器是一种较常用的水处理设备，作为水处理脱盐系统前期处理，能够吸附前级过滤中无法去除的余氯，可有效保证后级设备使用寿命，提高出水水质，防止污染，特别是防止后级反渗透膜，离子交换树脂等的游离态余氧中毒污染。同时还吸附从前级泄漏过来的小分子有机物等污染性物质，对水中异味、胶体及色素、重金属离子等有较明显的吸附去除作用。③保安过滤器采用全不锈钢材质，增强了耐腐蚀性，并达到和满足食品卫生行业用水要求，过滤滤芯采用聚丙烯熔喷滤芯，便于清洗和更换[1-2]。
4.2反渗透除盐
反渗透除盐因其具有能源消耗低、无三废污染、脱除水中SiO2较彻底的优点，近几年来被广泛应用于水处理装置。高压泵的作用是为反渗透本体提供足够的进水压力，克服水透过膜所需的反渗透压和膜的阻力，保证反渗透装置的正常运行。
根据反渗透膜运行情况，系统配置1台立式多级离心泵。采用自动控制高压泵的启、停和运行。反渗透装置设置为单级反渗透装置，反渗透膜元件采用超低压膜，高压膜壳为不锈钢材质。反渗透进水侧设置电磁阀，在浓水排放处设置浓水排放电磁阀，在淡水出口设置淡水排放电磁阀。在设备停车后，系统自动开启冲洗电磁阀，用反渗透出水对反渗透装置进行冲洗，保证安全停机，避免浓水在膜表面产生污垢而损坏反渗透膜[3-4]。
反渗透装置配置相关的流量计、电导率仪、压力表、取样阀，操作人员根据浓水流量计和淡水流量计的指示调整浓水排放量和进水量，使反渗透在工艺要求的范围内运行。在反渗透进水口、浓水出水口设置压力表，操作人员可以根据压力指示和流量指标对该装置进行操作，并根据压力差和流量的变化分析装置的运行情况。
4.3反渗透装置的自动控制
反渗透装置采用可编程控制器(PLC)进行程序控制，并具反渗透装置出水电导率在线检测功能。反渗透装置设置一矿用隔爆型电控箱，在电控箱上可读出反渗透有关运行参数，并能自动(手动)启停反渗透进水高压泵及相关的电磁阀门。
5.应用效果
(1)使用水处理装置以来，综采工作面用水水质明显提高。经处理后的用水硬度(以CaCO3为指标)降低到20mg/L，pH值维持在6.8～7.2，电导率为10μS/cm，硫酸盐、氯化物浓度降低到2mg/L。
(2)减小了水质对液压元件的影响。使用水处理装置后，液压支架操作阀体内成块的锈迹、密封件损坏、工作面漏液、窜液现象明显减少，减少了工人对液压设备的维护量。
(3)在乳化液浓度保持3%～5%不变的前提下，使用水处理装置后，有效降低了析出物，减少了乳化油消耗，达到降本增效的目的。
(4)提高了采煤工作面的支护强度，提升了安全性能。由于液压系统故障率减小，保障了液压支架的初撑力，液压支架卸压现象减少，增大了支护安全系数。
(5)减轻了井下用水对设备的腐蚀。
6.结语
半年的试验运行证明，水处理装置的设计合理、工作可靠、功能较完善，安装使用方便，可满足现场使用要求。由于水处理装置内装电动机功率小，耗电量较少，故障率较低，后期投入费用少，有利于在综采工作面推广应用。