千米钻机循环水工艺技术在寺河矿的推广应用

冀晓刚

（晋能控股集团寺河矿，山西 晋城 048006）

引言

目前寺河矿的千米钻机种类较多，有西安12000LD钻机、西安6000LD钻机、重庆钻机、高宝钻机、VLD-1000型钻机等，这些钻机的用水需求较大，高则250 L/min（西安12000LD钻机），低则180 L/min（高宝钻机），平均每台钻机用水约200 L/min。

由于千米钻机的施工需要使用大量的静压水，尤其是多台钻机同时施工，对水的需求量较大，但目前井下的供水系统远远满足不了千米钻机的生产需求，钻机进去后，时常因为水量不足而无法正常施工，严重影响各盘区的生产衔接[1-2]。

为了解决井下的用水问题，寺河矿在千米钻机中应用循环制水装置（中水回用陶瓷模组），不仅满足了井下用水需求，还解决了污水上井净化等问题。

1 寺河矿的工业水处理存在的问题

供水紧张造成千米钻机存在待水停机现象，制约抽掘采进度，影响生产；千米钻机用水量大造成排水系统压力增加；千米钻机打钻过程中产生的煤泥水含有大量细颗粒煤泥，造成局部水仓和主水仓清仓工作量成倍增加，煤泥水固液分离以及后期水处理十分困难；经过五次转载，水处理费用很高，约5.8元/m3左右；供、排水管路安装工程量大；施工排水仓工程量大；清仓工程量大；为了处理煤泥，造成重盐水很多，重盐水存在排放隐患，见图1。

图1 寺河矿工业水处理流程图

目前，寺河矿开钻32台千米钻机，每台钻机用水量大约12 m3/h，每天开钻时间大约20 h，每台用水量大约240 m3/d，用水量共计7 600 m3/d。现矿井水处理站处理能力大约7 500 m3/d，全矿用水量大约9 000 m3/d，需从地面潜井补水1 500 m3/d。为解决大量用水，目前寺河矿采取增加潜井补水量和增加井下供水管径（从DN100增加到DN150）双重措施，保证千米钻机供水。

根据历年抽采衔接计划，最终在寺河矿千米钻机的开钻台数要达到36台，千米钻机需用水量864 m3/d，再加上其他生产用水，总用水量将达到11 200 m3/d，远远超过目前的矿井水处理能力（75 00 m3/d）。可以看出，目前供水紧张已成为制约寺河矿瓦斯抽采和生产衔接的重要因素。为保证寺河矿瓦斯抽采和正常生产衔接，寺河矿经过长期探索和实验，计划在寺河矿井下使用千米钻机污水就地处理循环利用系统[3]。

2 陶瓷平板膜的工作原理（见图2）

图2 平板陶瓷膜工作原理图

平板陶瓷膜浸没在原水内。小于膜孔径（0.1μm）的水分子团可以进入膜腔，大于0.1μm的杂质被阻挡在膜外表面。采用外压内吸的工作方式，即外压在水的静压作用下，净水进入膜腔，内吸为产水泵对膜腔内的水进行抽吸，从而达到净化分离效果[4-5]。

通过陶瓷膜PC-MBR将0.1μm以上的杂质过滤到陶瓷膜外（物理过滤），利用隔膜泵将膜组内的清水抽出，供正常打钻使用，为了保持膜的通量和孔径稳定，定期对膜组进行气反洗或水反洗。

3 千米钻机井下推广实施方案

1）将千米钻机进、排水口与循环制水装置（中水回用膜组）连接，使千米钻机用水与污水处理形成一个回路，达到污水循环使用；

2）加工蓄水水箱（用于容纳2～3 m3的净化水），一头连接至水箱，另一头连接到钻机进水口；

3）在蓄水水箱里安装5.5 kW电泵，代替静压水水压，满足打钻水压要求；

4）将原先的高位水箱数量由原先的4个增加到6个，同时水箱连接处加装滤网，用于过滤细煤泥[6]；

5）搭配振动筛，进一步过滤打钻中返出的煤渣，见图3。

图3 循环制水装置井下制水示意图

4 应用效果

通过在千米钻机上连接中水回用膜组（循环制水装置），目前正常打钻已经基本不需要接入静压水，根据数据统计，一台钻机原先打钻平均每8 h使用90 m3的水量，现在紧紧使用5～10 m3的水量就能满足生产，一天24 h，平均每天节约用水240 m3，根据居民用水2元/m3计算，一天可以节省2×240=480元，一年可以节省365×480=175 200元，经济效益非常可观。解决了井下各采面用水紧张的问题，其实际意义无法估量。

目前，该套循环制水设备已逐步成型，现在在东五盘区各钻机试验效果良好，完全满足井下钻机的用水需求，且维护费用低，节水效果立竿见影。

寺河矿在井下共有36台千米钻机，部分采面、巷道布置多台千米钻机，部分区域受到用水影响，施工进尺由此大打折扣，通过千米钻机循环水工艺的应用，井下供水系统压力得到了缓解，保证了各钻机的正常施工，保证了寺河矿千米钻机的开机率。