礦用乳化液及其配制水的凈化處理關鍵技術研究與應用

摘 要：統計表明煤礦綜采設備70%的液壓系統故障是由傳動液體污染造成的。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高壓過濾站的應用進行研究，通過水的凈化和乳化液在線自清洗過濾，保護了設備液壓系統，提高了設備使用壽命，降低了事故，收到較好安全經濟效益，值得推廣應用。

關鍵詞：水；乳化液；在線；反沖洗；凈化；處理；過濾

1 概述

大自然中沒有100%的絕對純水，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。可溶性污染物在一定條件下可變成顆粒污染物，如水垢、氧化鐵等。水結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。水的主要指標濁度即透明度，是由顆粒污染物造成的，大量微米級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。解決水的質量，要去除可溶性污染物和不可溶性污染物。水質不處理，將給用水設備帶來損害，甚至不能使用。

2.1 煤礦井下生產用水存在的主要問題

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

2.2 煤礦液壓控制系統設備對水的要求

液壓控制系統對液壓介質要求較高，在液壓支架使用過程中乳化液介質的質量，是影響液壓件系統運行狀況的重要因素，統計表明煤礦綜采設備70%的液壓系統故障是由乳化液污染造成的，而混合用水的質量，是影響乳化液的質量關鍵因數。大量實踐已經證明：污染解決，設備故障降低；污染不解決，事故高發。純水配制的乳化液，能徹底解決乳化液系統腐蝕、結垢、污染的問題，可大幅減少液壓件、閥組和千斤頂的損壞和修理量，節約大量資金。

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到使用標準，因此要保證設備液壓控制系統穩定運行，就必須對井下配液用水進行前期處理，采取強制精細水過濾處理措施，強制進行水質化驗分析，使所用水的質量符合MT 76-2002標準，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 工業生產常用的水凈化和過濾方法

目前國內常見的工業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）生物過濾與化學綜合反應，主要用于污水處理。（3）濾餅過濾，過濾精度高、設備復雜、費用較高。（4）網式過濾（表面過濾），不銹楔形網、纖維網等。（5）深層過濾，石英砂過濾、纖維顆粒過濾。（6）膜過濾， 微孔過濾膜、反滲透膜。（7）過濾方式，表面過濾和深層過濾。表面過濾又有全流量過濾和十字流過濾（橫流過濾）。

采用何種凈化方法要結合礦井水的初始水質和使用要求綜合考慮。

4 確定經濟合理的井下生產用水方案

4.1 根據礦井的實際供水狀況，總的供水原則

供給水要達到工業用水標準。根據用水設備對水質的不同要求，工作面安裝一到兩臺具有不同級過濾級別的水過濾設備，供給不同設備使用。

4.2 如供水達不到工業用水標準，有一點渾濁，水質尚可，濁度不大于80NTU的。也可根據用水設備對水質的不同要求，工作面安裝高納污量具有分等級的水過濾設備，供給不同設備使用。

4.3 如來水達不到工業用水標準，渾濁度高，水質腐蝕性大，最好在井上水處理廠進行一定的處理后送入井下，工作面安裝高納污量、具有分等級的水過濾設備，供給不同設備使用。

5 煤礦井下供水凈化過濾關鍵技術設備

目前國內井下使用成熟的供水凈化設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，特別是使用支架電液控制的單位大量運用，效果良好。

5.1 在線自清洗裝置基本過濾方式

過濾水的質量最主要的決定因素是過濾材料，衡量過濾技術的先進性主要從以下四個方面考慮：（1）空隙率；（2）速率；（3）納污量；（4）精度；四者的統一是一種理想的過濾技術。常用過濾方式有：

5.1.1 進水粗過濾

5.1.2 纖維顆粒過濾

5.1.3 RO保安過濾

5.1.4 反滲透膜過濾

反滲透膜是一種十字流過濾，它是將膜節流下的污物和離子由濃縮液帶離，一部分水分子透過反滲透膜。推薦使用的是抗氧化膜，見圖5。

經過長期的使用經驗，纖維顆粒過濾料反沖洗效果好，具有過濾時構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，有強力的吸附作用，截污量大，在反沖洗時濾料充分散開，易于清洗，故精細過濾時應優先選用。

5.2 井下在線自清洗綜合供水凈化裝置主要特點

在線自清洗綜合供水凈化裝置有如下主要特點：

（1）不需要用電，使用費用極低，手動操作，體積小。（2）一臺設備同時分級供水，一級粗過濾水，二級精過濾水，三級純水，全部解決綜采工作面設備用水凈化。（3）一級過濾、二級過濾長期無需更換濾材， 長期反復使用，無需拆開清洗。只需定期更換純水部分的濾材。（4）粗過濾設計為反向沖洗加不銹鋼刷子刮刷，清洗徹底。精密過濾，過濾精度高，納污量大，反洗可靠。RO保安過濾采用高精度大裕度納污量設計，確保反滲透膜的長期可靠運行。

5.3 方案選擇

俄霍布拉克煤礦1404工作面的支架采用德國蒂芬巴赫公司生產的電液控系統，對水質、乳化液的要求極高。本面選用一臺國產JMSGLQ-50型井下在線自清洗精密水過濾裝置，安裝在井下順槽設備列車上，進水管與井下總供水管相連，出水用DN軟管與用水點連接。該設備根據纖維顆粒濾料的結構特點運行工藝設計，單臺處理水量大，出水質好，壓力波動小。以壓差值為主，時間為輔作為反沖洗條件，實現在線反沖洗，保證過濾濾料長期反復使用。

主要參數：過濾精度：粗過濾120μm，精過濾10μm，過濾水介質系統壓力最大2.5Mpa，最小0.7Mpa，進水濁度≤80NTU，出水濁度≤5NTU，滿水量4.5t。總流量：70t/h，粗過濾70t/h，精過濾35t/h，純水最大4t/h，附直飲水口，PH值6.7-7.5，硬度≤50ppm。

優點：可滿足綜采工作面全部設備用水要求；體積小，只需一臺礦車位置，使用費用低，維護量低。其中4t/h的純水完全滿足乳化液配水，產的濃水，回用加入的清水站水箱。即滿足主要問題-乳化液配水，又技術合理、成本低。缺點：設備操作程序嚴格。

6 煤礦井下乳化油質量要求

良好的水質是配出優質乳化液的前提條件，同時優質的乳化油也是配出優質乳化液的關鍵因素。

乳化油（濃縮液）要求。一般采用進口或國產高端油品，要求乳化油（濃縮液）具有良好的穩定性、防銹性、防腐蝕性、密封材料相容性、潤滑性。主要指標為：外觀在溫度為10～35℃時，產品為透明均一流體；40℃運動粘度不大于100mm2/s。；閃點不低于110℃；凝點不高于-5℃；耐凍融性：產品經-16～-21℃凍凝，并經室溫10～35℃下融化，重復五個循環后，外觀恢復原狀；較好的水中分散性：產品加入水中應能均勻分散。

7 乳化液的凈化處理

7.1 乳化液要求

乳化液應避免機械雜質污染和細菌污染，防止煤沫進入乳化液中，特別是在運輸和更換膠管、換油時。即使短時間使用污染的臟水，細菌或化學污染的物質都會導致乳化液遭受污染變質產生腐蝕性，產生沉淀物，從而使閥芯卡堵、腐蝕、磨耗不能工作。所以對使用中的乳化液應進行濃度、成份、PH值、微生物污染和不清潔度等方面的監測。同時禁止乳化液在高溫條件下運行，乳化液的最高運行溫度為55℃，一般情況下不允許超過45℃，高溫可使乳化液的穩定性降低而析皂，密封件壽命降低；使用中必須加強對進回液的清潔過濾。

7.2 乳化液的凈化

采用在線式自動高壓過濾站可以在不影響系統壓力，流量的基礎上，對泵站輸出乳化液進行的高精度過濾，泵站出口的主進液進行過濾，它能夠截留、過濾和除去液壓系統乳化液中的污染物，并回收反沖洗液體；從源頭上控制液壓系統因乳化液污染造成的故障，顯著的提高支架液壓系統各元件的使用壽命及液壓系統的可靠性；同時它可以在不關閉泵源，不進行零部件拆卸的情況下，通過其內部巧妙的結構實現“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，從而減少了系統維護時間，大大的提高工作效率。

7.3 使用情況

俄霍布拉克煤礦1404工作面選用國產的ZGLZ-2000Ⅳ自動高壓過濾站。其基本參數如下：過濾精度：25μm；公稱壓力：31.5Mpa；公稱流量：2000L/min；傳感器泄液口：DN10；進出液口：DN50G；反沖洗出液口：DN12；控制方式：時間控制；壓力控制；壓力時間控制。兩組反沖洗過濾裝置并聯，進、出液采用兩組大通徑鋼管組件連接，進、出液鋼管兩頭都通，雙進雙出，這樣下井安裝布置時無方向性，布局合理，簡潔大方，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一導入卸荷漏斗，更加安全，使用效果良好，見圖6a、圖6b。

圖6a 高壓過濾站外形結構圖 圖6b 高壓過濾站液壓原理圖

回液過濾站HGLZ-2000對回流進入泵箱的乳化液進行精過濾，保證乳化液系統的清潔度，提高乳化液的利用率，見圖6c。

圖6c 回液過濾站外形結構圖

8 成本分析

以井下在線自清洗綜合供水凈化站運行成本為例，見表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，大約1元，經濟合理劃算。

9 結束語

（1）煤礦井下水的處理和乳化液凈化是保護液壓系統避免故障，降低事故，延長設備使用壽命的重要手段，由于水和乳化液的質量不好導致的液壓系統事故頻繁發生，這點往往容易被人忽視，經統計，煤礦綜采設備70%的液壓系統故障是由傳動液體污染造成的，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礦井水的實際，綜合應用了在線自清洗綜合供水凈化裝置和乳化液在線式自動高壓過濾站、低壓回液過濾站，通過水的凈化和乳化液在線自清過濾，保護了設備液壓系統，降低事故，提高設備使用壽命，收到較好安全經濟效益，值得推廣應用。

作者簡介：陳國強（1972-），男，畢業于中國礦業大學礦山機電專業，研究生學歷，碩士學位，現為徐礦集團天山礦業公司機電副總經理，高級工程師，主要從事礦山機電運輸設備運行管理與研究。