煤矿综采工作面用水处理设备浅析

王杨 高洪强 王海龙

摘 要：以往煤矿企业水处理设备只针对对外排水或者生活饮用水进行处理。对井下设备用水并不进行处理。特别是综采工作面用的液压支架用水并未进行处理。原水中杂质过多，金属含量超标，致使缸柱密封磨损漏液，滑阀、缸柱镀层出现划痕失去原有机械性能，工作面内跑冒滴漏严重。不仅浪费大量水资源和乳化油，而且后续检修费用巨大，造成吨煤成本大幅度增加。有很多煤矿直接用矿井水为液压支架供液。这样的水质严重超标，会造成液压支架的滑阀阀芯磨损超差、液压缸缸筒镀层出现划痕或者脱落及随架反冲洗滤芯堵塞无法正常使用。最终造成整个液压系统瘫痪停止运转。液压支架不能满足使用，使得回采工作受限不能正常开展。大多数矿井的解决方案是不断的更换液压支架的液压元件。只是更换配件并未从根本上解决问题。不断地更换液压件造成吨煤成本无限增加。另外在仅采完一个工作面后液压支架全部升井大修。大修时全部更换液压件，大修液压缸。维修成本居高不下。要从根本上解决问题，就必须从源头改变，具体说就是将液压支架供液的水质进行处理达标。

关键词：煤矿;水处理;过滤;软化;全自动;应用

中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）09-0172-02

1 现状及危害

当前社会大多数的应用创新主要是针对解决现实生活、生产中存在的实际问题。不仅要高效还要简单快速。针对煤炭企业，在经历了煤炭的低迷期，绝大多数煤矿不再像以前一样辉煌。为了降低现有生产成本，提升收益，大部分煤企为压缩吨煤成本都在做着不同应对，大多数煤企多以修旧利废、借支降耗、回收再利用、科技创新等一系列降本增效的办法改善困境。但也有很多一些煤矿不假思索盲目的增加产量，这样做设备维护及保养跟不上，不仅造成采煤设备损坏频繁，反而加大了维护资金投入，造成一系列恶性循环。近年国家调控力度不断增加，对各地区煤企影响日趋明显，煤价的不断下降，从前辉煌的煤企失去以往的辉煌。要从根本上降低检修费用，减少人员及工时的不必要浪费，是长期需要各个煤炭企业探索的主路。其中综采工作面用水过滤设备在综采工作面的应用越来越多的被一些煤矿重视。

综合机械化采煤工作面的主要设备是转载机、运输机、破碎机和液压支架（即综采三机一架），维护量最大，需要投入精力和人力最多的是保证液压支架的正常服务。通常情况下，综采工作面用液压支架所用的传动介质为乳化油和水相互进行一定浓度的配比作为传动介质，在此传动介质中乳化油的浓度为3%～5%。其中乳化油的主要作用是润滑和防锈，在设备表面形成一层保护镀膜[1]。因此水质好坏，影响着液压支架液压系统各液压元部件的使用时常。

液压支架的液压系统不达标，就会造成液压支架缸、柱、阀的跑冒滴漏，不仅造成一定程度的浪费，而且影响回采进度。给正常生产秩序带来麻烦，严重制约矿回采能力。在近几年自动化工作面在全国范围内得到推广，电液控液压支架普遍得到应用。电液控液压支架简单的按钮操作，可实现集中控制、临架操作、实时监控，并且对推拉缸的推出量及护帮情况进行实时在线监控等诸多优势，更加大了电液控液压支架的使用程度。但是电液控液压支架对液压支架传动介质质量要求更高。在以往的实际生产中，各煤矿对液压支架使用的传动介质很少提出要求。一直以来是直接用矿井原水作为液压支架的传动介质。这样的水中含有的大量杂质、微生物和金属离子严重超标。液压缸缸筒出现划痕就会造成缸筒内原有镀层出现不同程度的脱落，使得缸筒生锈，最终造成液压缸内密封失效串液。整个液压面临系统瘫痪。液压支架停止工作，使回采工作受限。大多数矿井的解决方法是频繁的更换液压支架的反冲洗过滤器滤芯、阀、液压缸、锁等液压元件。简单的更换配件并未从根本上解决问题。无限制的投入从根本上造成吨煤成本大幅度上升。另外在仅采完一个工作面后液压支架全部升井大修。大修时全部更换液压件，大修液压缸。维修成本居高不下。以ZY12000-26/56型液压支架，工作面200m长为例，仅所有缸柱的大修的费用大约就达到5万元，再加上管、阀、锁等液压件的检修费用，每架液压支架检修大约需要11万元。那么此工作面液压支架的维修费用在11（万元）×114（架）=1254万左右。

还有一些矿井使用乳化油和普通水的混合物作为液压支架的供液介质，很多矿井不能按标准及时、精准的添加乳化油。二是以应付检查为目的。再加上工作面损失严重。这就使得乳化油的投入变得没有作用，没有实际意义，反而使得噸煤成本又有所增加。即使添加乳化油能够实时达到标准，水质的不合格仍然使得供液介质不达标，不能起到保护液压件的作用。

不仅普通阀组对液压支架传动介质要求高，而且电液控液压支架对使用的液压传动介质的质量要求更高，从根本上讲是影响液压系统运行状况的主要因素。在投入使用合格优质的乳化油的同时，对水的质量有着很高要求。一般情况下低浓度液压支架液压系统的使用传动介质（其中乳化油浓度3%～5%）的质量，非常重要的因素就是取决于水的质量是否达标。在国家标准中乳化液用水的质量一定要符合MT76-2002标准以及2015年国家发布的煤矿矿井水利用技术导则（GB/T31392-2015）中所要求的所有项目。所用的水必须不含固体或液体的污染物、固体颗粒物在1mg/L以下等，水的pH值在6～9之间[2]。

2 解决方案

要从根本上解决液压支架用水的质量，必须先进行水质化验，根据化验结果进行设计处理方案。

2.1除杂质

正常情况下，综采工作面水存在严重问题的多为一些建立10年以上的矿井。根本上原水水质不能达标，再有原用水管为碳钢材质，并未进行任何防腐处理，时间长造成管路内部结锈并脱落。再有新更换的部分管路，管中携带有砂石等杂质。综上是造成综采工作面液压支架用水水质严重污染的主要原因。

所以第一步要进行去杂质处理，把水中可见颗粒物、杂质过滤掉，一般采用金属滤网，过滤精度在50～100目之间均可。

2.2去除悬浮颗粒

下一步设立石英砂罐。主要作用是将水中的悬浮物阻拦下来，主要针对细微的悬浮物。罐中所用的石英砂滤料要选取优质天然石英矿石，经过筛选而成的一种水处理滤料。一般分为两种：一种是普通石英砂;另一种是精制酸洗砂。石英砂的特性有：硬度大，抗腐蚀性好，密度大，机械强度高，截污能力强，使用周期长。在选取石英砂时要保证石英砂的损坏率和磨损性;另外石英砂滤料密度也应该根据具体情况做出要求;石英砂滤料中应不含杂质，石英砂滤料在经过水浸泡后所出液应不含有毒物质。在矿用水处理使用的石英砂选取粒径方面一般选取为30～70目之间的为最佳，在各种粒径范围的石英砂滤料，小于指定下限粒径和大于指定上限粒径都应该有要求。所使用的石英砂过滤后水的水质从肉眼可见应该有明显改善。供给液压支架一段时间后，缸柱镀层的划痕得的有效控制，缸柱密封的划伤损坏从基本上得到治理，滑阀内磨损漏液显著减少。总之从根本上制止颗粒物杂质进入液压系统。

2.3去除金属离子

接下来串联多介质罐;罐内多介质滤料是经过高温碳化处理的，呈蜂窝多孔状，放大后观察表面粗糙，孔隙率达占本身体积一半以上，一般情况比表面积大，截流、过滤和吸附作用很强。此滤料的主要成分是：硅、铁、铝、碳，对铁、铝在水中溶解后形成的铁盐和铝盐有良好的絮凝沉降作用。并且根据实际水质可连续使用5年至10年不用更换滤料。综上所述，多介质滤料的使用不单过滤效果好而且使用寿命长，减少维护投入，对于煤矿企业来说非常合适。

2.4去除微生物、重金属离子及细菌

接下来继续串联活性炭罐。罐内活性炭滤料为颗粒状，微孔发达，比表面积大，机械强度高，吸附速度快，净化度高，不易脱粉，使用寿命长，可有效去除水中臭味、氯、氰及多种重金属离子等有害物质，并且可去除水中大肠杆菌等微生物，还可以驼色。水处理中一般选用优质果壳椰子壳为原料，杂质含量低，颗粒度适当，阻力小，易于再生。

为保证出水质量在三个过滤罐末端加设机密过滤器（又称保安过滤器），此过滤器筒体一般为不锈钢材质，内部采用PP熔喷管状滤芯作为过滤原件。其优点是过滤精度高，滤芯孔径均匀;过滤阻力小，通量大，截污能力强，使用寿命长;耐酸、碱等化学溶剂;不易变形;并且价格低廉，运行费用低，滤芯可更换。能有效去除0.01μm及以上颗粒。

为实现石英砂罐、多介质罐和活性炭罐内滤料的使用寿命及使用效果特在每个罐安装多路控制阀，用于控制水对罐内滤料的清洗，其中多路阀箭头所指方向指向符号对应位置时为过滤状态，指向符号位置是正向清洗状态，指向符号位置时为反洗状态。

经过以上四个过滤罐的过滤，水质基本达到MT/76-2002中液压支架（柱）用乳化油、浓缩物及其高含水液压液中对水的要求。

綜上所述，此过滤系统结构简单，操作方便，成本低，维护费用低，满足系统要求。一般安设在乳化液泵箱补液口前端，正常情况下3T/h就能满足使用要求。

3 达到效果

在检修完的液压支架的液压系统中使用净化水设备可有效控制跑、帽、滴、漏现象的发生;减少液压缸、柱的损坏，减少滑阀等液压元件的损坏。不仅减少了采煤投入，更节省了检修费用，液压支架的维护量也大大减少，有效的保证了回采的连续性不收设备制约。

经过拆解发现使用净化水设备液压缸镀层划痕及脱落现象基本没有，其密封件的划伤损坏得到控制。各种滑阀内部元件无研磨划伤漏液现象，整个液压系统清洁稳定。

参考文献

[1] MT76-2011，液压支架用乳化油、浓缩液及其高含水液压液[S].

[2] GB/T31392-2015，煤矿矿井水利用技术指导[S].