煤矿供水设备的选型设计方法研究

煤矿供水设备的选型设计方法研究

陕西陕煤黄陵矿业有限公司机电公司陕西省延安市727307

摘要:煤矿内各类用水点对于水质要求的不同,极大地影响了煤矿供水设备的选型设计方法。本文通过国内煤矿相关的设计规范,详细阐述了井下用水的水质各类要求。同时通过对目前煤矿常用的供水方式及其缺点的深入分析,研究了几种具体可行的煤矿供水设备的选型设计方法。

关键词:煤矿供水设备;选型设计方法;应用

一、引言

在煤矿建设的过程中,必须保证其供水设备可以达到安全生产的要求。在煤矿日常运行的过程中,水质要求较低的用水点如井下消防、低压喷雾防尘、冲洗巷道等,用水量约占煤矿总用水量的65%左右;对水质要求较高的高压防尘喷雾约占35%,此外,配置乳化液的用水量一般不超过2%。在矿井下发生意外事故时,供水设备还必须能够为避险人员提供符合生活饮用水标准的矿井水。随着计算机技术和网络技术的快速发展,越来越多的煤矿淘汰了人工对供水设备进行选型的方法,转而引进各种先进的技术和选型软件,极大地提高了选型的准确率和精度。无论采用什么样的方式,在对煤矿供水设备进行选型设计方法研究时,必须考虑到煤矿的实际情况和供水要求,保证选型设计工作的顺利实施。总体来看,煤矿供水方案应该满足充分利用煤矿开采过程中的矿井涌水,减少地面取水,以保证系统的稳定的供水压力和较少的能源消耗。

二、井下用水水质要求

目前我国中西部的煤矿水源紧缺,所以大多采用矿井水作为井下生产生活的水源。矿井水的常规处理流程为,调节、混凝沉淀、过滤、消毒,经过常规处理后的矿井水PH值适中,浑浊度大大降低(一般在5NTU以下),悬浮物的含量也降低到30mg/L以下,可用于井下消防、低压喷雾防尘、冲洗巷道、煤层注水、混凝土搅拌等。我国大部分矿井水含盐量较高,只有经过严格的软化或者除盐处理,才能有效保证碳酸盐硬度不超过3mmol/L,防止矿井水碳酸钙的析出成块堵塞出水管道口,从而达到高压喷雾用水的标准。此外,乳化液作为单体液压支柱、采煤机液压系统的传动介质、水含量高达95%至98%。在利用矿井水配置乳化液时,要求矿井水无色无味、无机械杂质、PH值在6到9的范围内,特别要注意的是,悬浮物含量在1mg/L以下,氯离子含量应在200mg/L以下,硫酸根离子含量应在400mg/L以下。

三、煤矿常用的供水方式及缺点

在现有煤矿的建设方案中,各种开拓方式的主要开拓大巷通常都布置在某个水平位置,导致煤层的赋存有不同的倾角、厚度和稳定性。煤层的赋存状态按倾角可分为近水平煤层、缓(倾)斜煤层、中(倾)斜煤层和急(倾)斜煤层;按厚度可以分为薄煤层、中厚煤层及厚煤层;按稳定性一般分为稳定煤层、较稳定煤层、不稳定煤层和极不稳定煤层。目前我国的煤矿供水设备大多采用自流静压的方法通过从地面经由井筒的供水管道对井下供水。但是由于同一井田范围内的不同采区的可相差几百米高,对于煤层赋存较浅的煤矿(一般深度在300到400米)由于水压较小可能会出现供水不足的状况,而对于煤层赋存较深的煤矿(一般深度大于400米)由于水压较大很容易发生爆管进而损坏设备,甚至对井下工作人员的生命财产安全造成威胁。所以,对于较深矿井的井下供水设备必须安装降压装置,一般采用如下措施:(1)在井下建降压水池。矿井水经供水管道先流入降压水池中,通过降压水池旁的水泵进行供水。但是这种供水方式只能方式只能保证主水平大巷达到适宜的供水压力,同时运行水泵还要消耗大量的能源及维护成本。(2)在主供水管道增加疏水降压阀门,通过直接向大巷水沟中排放一部分水来降低水压。这种方式缺点十分明显,就是浪费了大量的水资源,增加了排水量,降低了供水系统的稳定性。

四、煤矿供水设备的选型设计方法

(一)单管制供水

单管制供水方式指的是煤矿内的各个用水点都直接从井下消防管道上取水。这种方式的供水系统结构简单、便于管理。当消防水源经常规处理后能达到较高的品质时,可直接作为煤矿下发生灾变是避险人员的应急饮用水;如果水质较差,如悬浮物的浓度仍然过高时,需要对矿井水进行进一步的深度处理,这就要求供水设备具备超滤、反渗透等装置,例如采用RO-100型反渗透设备、ESNA1型纳滤反渗透膜等,一般可保证系统回收率达到75%。采用单管制供水方式存在一定的缺陷。一方面所有用水都需要经过深度处理,极大地增加了煤矿供水成本。另一方面,这种方式需要安装比较长的供水管道,传统的管道多位无缝或焊接钢管,管道内部没有防腐措施,且洒水管道经常被拆装,所以管道内部很容易因遭受二次污染而被腐蚀,导致供水质量无法保证。有实践证明,对管道内外涂环氧树脂可在一定程度上减少腐蚀情况。

(二)双管制分质供水

双管制分质供水就是采用两个供水源,并配有相应的两条供水管道。这种方式增加了供水设备的复杂性,需要进行大量的安装维护工作。一条为水质较高的专业用水管道,需要贴有明显的标识,通常用于应急供水、配置乳化液、高压防尘等,由于水质要求较高的取水点在采煤工作面及避灾线路周围,所以管道长度要求较短,管径较小约为100毫米,采用内外涂环氧树脂,不仅可以有效的节约成本,还能避免二次污染;另一条管道的用水点,包括消防洒水、低压除尘等,对水质要求较低,所以管径较大,约为250毫米,为节约成本可以直接采用普通无缝钢管。

(三)单管供水井下辅助深度处理

为充分发挥上述两种方式的优点,避免两者的不足,可以采用单管制供水同时在井下工作面处安装辅助深度处理设备的方式。要求安装电导、PH等实时监测设备检测井下消防洒水管道内水源的水质,例如当水源内只有悬浮物超标时,进行精密过滤或超滤处理;当水源的盐度过高时,采用ESPA1超低压反渗透膜进行渗透脱盐处理,通过一级两段脱盐,一般情况下可以保证系统脱盐率在80%以上,回收率在70%以上,为防止水中杂质堵塞反渗透膜,还可以进一步安装过滤器并及时更换滤芯。实践证明,这种方式不仅便于管理、使用灵活、供水可靠,而且可以有效的降低铺设管道的成本及深度处理的成本,不仅可以用于新煤矿供水系统的建设,还可以用于老煤矿井下供水设备的改造。

参考文献

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