关于综采工作面“三机”冷却水回收复用装置的创新设计及应用

2014-12-12翟文

中国科技纵横 2014年21期

关键词：隔膜泵风动胶管

翟文

(神华宁夏煤业集团梅花井煤矿,宁夏灵武 751400)

关于综采工作面“三机”冷却水回收复用装置的创新设计及应用

翟文

(神华宁夏煤业集团梅花井煤矿,宁夏灵武 751400)

综采工作面“三机”,即:刮板输送机、转载机、破碎机的电动机采用水冷式电动机,冷却水引自井下供水系统,经过电动机冷却循环后,直接排入工作面现场,一方面造成水资源的浪费,增加了生产成本;其次冷却水与工作面煤泥相混形成水煤泥,需要大量人力进行清除;再次因工作面机辅两巷起伏不平时,工作面冷却水经常排不干净,造成机辅两巷积水、现场文明生产差;更严重得是影响正常的生产进度,影响煤质,进而影响煤炭销售价格。

鉴于以上情况,梅花井煤矿综采一队在1102206工作面回采过程中,根据现场实际情况,在没有任何前例借鉴的情况下,自行设计一套冷却水再回收利用装置,将刮板输送机、转载机、破碎机的电动机冷却水进行回收再利用,回收的冷却水通过过滤后,再用于工作面采煤机、液压支架喷雾用水。并在2014年2月中旬将这套冷却水回收再利用装置实验安装完成,成功投入使用,效果极佳。

综采工作面三机冷却水回收再利用

1 工作面冷却水再利用装置设计原理与选型计算

1.1 原理

如图1所示，当工作面设备开机时，图中所示的5个电磁阀得电，工作面刮板输送机、破碎机、转载机电动机冷却系统自动启动，工作面刮板输送机机尾电动机、机头电动机冷却水通过DN25胶管(图中1、2)，破碎机电动机、转载机电动机冷却水通过DN19胶管(图中3、4)回收至自制水箱，在水箱底部焊接一个出水口，用于接风动隔膜泵5，风动隔膜泵进、出水管为DN32胶管，水箱内壁装设有电子水位传感器7，当水位上升到电子水位传感器7位置，风动隔膜泵风量电磁阀6得电，风量电磁阀打开，风动隔膜泵5启动，水箱内收集的冷却水通过风动隔膜泵5打压，经过DN32管路，排至设备列车的清水过滤站8，经过滤站过滤后，再接入喷雾泵站9，然后用于采煤机、液压支架喷雾降尘使用。当工作面设备停机时，图中所示的工作面冷却水回水管上的4个电磁阀先失电(图中1、2、3、4)，电磁阀自动关闭，工作面刮板输送机、破碎机、转载机电动机冷却系统自动停止，风动隔膜泵5继续抽水，直至自制水箱内的水位低于电子水位传感器7位置后，风量电磁阀6、风动隔膜泵5出水口的电磁阀失电，整个冷却水再利用装置停止。自制水箱尺寸为1.5m×0.9m×0.7m，在水箱上部焊接四个直通用于接电动机冷却水回水，出水口焊接在水箱底部，用于配接风动隔膜泵，水位传感器设置在水箱高度四分之三处，水箱用于暂时储存回收的冷却水，同时可以解决冷却水回水与风动泵吸水的不同步性。

1.2 选型校验

BQG-350/0.2型风动隔膜泵主要参数：标定工况流量350L/min(最大流量651L/min)、标定工况出料压力0.2MPa(出料口最大压力0.83MPa)，最大工作风压0.83MPa。

1.2.1 风动隔膜泵压力损失验算

沿程压力损失：

式中：Δp1—管路沿程压力损失；

L1—管路长度，500m；

d1——管路直径，0.032m

V1——工作面管路介质流速， 2.5m/s；

γ——水的重度， 1000Kg/m3；

λ1——摩擦系数，其值由雷诺系数Re决定；

μ——介质的运动粘度，0.00000131m2/s；

胶管局部压力损失占直管段压力损失的20%

风动隔膜泵传输距离的压力损失满足要求。

图1 工作面冷却水再利用装置原理示意图

图2 工作面冷却水再利用装置结构示意图

风动隔膜泵出口到清水过滤站高差为10m，因高差产生压强为：

因高差产生的压强对风动隔膜泵传输距离没有影响。

1.2.2 风动隔膜泵工作风压、流量要求

井下压风系统压力一般是0.75 MPa，符合风动隔膜泵工作要求；工作面刮板输送机、破碎机、转载机电动机冷却水回收量总和为240L/min，1.1倍为264L/min小于风动隔膜泵工况流量350L/min，风动隔膜泵流量符合要求。

故BQG-350/0.2型风动隔膜泵满足设计要求。

2 工作面冷却水再利用装置经济性分析

2.1 冷却水再利用装置成本计算

材料消耗：DN25胶管 270m(价格15.2元/m)，DN19胶管30m(价格11元/m)，DN32胶管500m(价格27元/m)，风动隔膜泵1台(价格1650元/台)，风量电磁阀1个(价格100元/m)，水位传感器1个(价格45元/个)，两位两通电磁阀5个(价格100元/个)，自制水箱1个(500元)；

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

在这个工作面回采结束后，这套冷却水回收再利用装置可以回收，安装于下一个回采工作面使用，这样可以重复使用于多个回采工作面。

2.2 冷却水回收再利用装置经济效益分析

经过实测：破碎机、转载机电动机冷却水平均流量均为0.9L/s，刮板输送机机尾、机头电动机冷却水平均流量均为1.1L/s，每天按用水20h，水价6.7元/m3。

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

每年节约水量：288m3×30×12=103680m3

每年节约资金：103680m3×6.7元/m3=694656元

计算使用6.7元/m3的水价是水电公司报价，不包括在向井下供水过程中使用加压泵打压消耗的电能，和将冷却水直接排放到工作面现场后，排水消耗的电能。在节水同时也将这两项电能节约下来，因此，工作面冷却水回收再利用装置经济效益大于上述所计算资金。

3 工作面冷却水回收再利用装置特点

(1)这种冷却水再利用装置具有结构简单、安装方便、设备费用造价低、操作简单可靠，节约资金大的特点；(2)风动隔膜泵启、停采用风量电磁阀控制，当水箱水位达到设置电子水位传感器位置时，风量电磁阀得电自动打开，风动隔膜泵启动，当水箱内水位低于设置的电子水位传感器位置时，风量电磁阀失电自动关闭，风动隔膜泵停止运行，这样使得风动隔膜泵启、停实现了自动控制；(3)如图1所示，在工作面刮板输送机机尾、机头电动机、破碎机电动机、转载机电动机冷却水回水管上，以及风动隔膜泵出水管上分别安装两位两通电磁阀，实现工作面设备开机自动启动冷却水、停机自动关闭冷却水。(4)梅花井煤矿1102206工作面是一个自动化工作面，在正对转载机桥身段安装一部摄像头，将视频信号传输到工作面自动化控制台，在控制台可以直接通过视频监视整个冷却水再利用装置的运行情况，从而使得整个装置更加可靠，充分利用了自动化工作面的特点；(5)如图2所示，自制水箱底部焊接了滑靴装置，并将滑靴装置与自移式马蹄儿机尾使用连接链固定，随着采煤工作面的推移，马蹄儿机尾带着冷却水再利用装置移动，只需增加或减少风动泵5到清水过滤站8这一段的DN32胶管，极大的较少了作业人员搬移自制水箱的劳动量；(6)因井下工作面到处取风都比较方便，自制水箱出水采用风动泵抽取，风动泵和电动泵相比，安全可靠，价格低廉，故障率较低，同时节约电能；(7)工作面冷却水再利用装置不但实现了节能减排，减少工作面排水量，有利于工作面和机巷的文明卫生，降低了安全隐患，提高了系统的综合效能，同时很大程度的提高综采工作面煤质发热量。