矿用乳化液及其配制水的净化处理关键技术研究与应用

摘 要：统计表明煤矿综采设备70%的液压系统故障是由传动液体污染造成的。文章分析了水的污染源与净化的方式，提出了煤矿井下水处理必要性和乳化液净化的重要性，并对矿井水在线自清洗综合供水净化装置和乳化液在线式自动高压过滤站的应用进行研究，通过水的净化和乳化液在线自清洗过滤，保护了设备液压系统，提高了设备使用寿命，降低了事故，收到较好安全经济效益，值得推广应用。

关键词：水；乳化液；在线；反冲洗；净化；处理；过滤

1 概述

大自然中没有100%的绝对纯水，或多或少的存在污染物，水中污染物有二大类：可溶性污染物和不可溶性污染物，即颗粒污染物。可溶性污染物在一定条件下可变成颗粒污染物，如水垢、氧化铁等。水结垢是由可溶性污染物和不可溶性污染物造成，水的腐蚀性主要是由可溶性污染物造成的。水的主要指标浊度即透明度，是由颗粒污染物造成的，大量微米级的颗粒污染物造成水的透明度下降，即使特别透明的水中可溶性污染物也可能很多。解决水的质量，要去除可溶性污染物和不可溶性污染物。水质不处理，将给用水设备带来损害，甚至不能使用。

2.1 煤矿井下生产用水存在的主要问题

（1）水中固体含量多，并有大颗粒。（2）水的腐蚀性大，硬度高、结垢严重。（3）水在输送过程中的二次污染严重。

2.2 煤矿液压控制系统设备对水的要求

液压控制系统对液压介质要求较高，在液压支架使用过程中乳化液介质的质量，是影响液压件系统运行状况的重要因素，统计表明煤矿综采设备70%的液压系统故障是由乳化液污染造成的，而混合用水的质量，是影响乳化液的质量关键因数。大量实践已经证明：污染解决，设备故障降低；污染不解决，事故高发。纯水配制的乳化液，能彻底解决乳化液系统腐蚀、结垢、污染的问题，可大幅减少液压件、阀组和千斤顶的损坏和修理量，节约大量资金。

煤矿井下配液用水多为地下或地面供水，其清洁度、酸碱度和硬度都很难达到使用标准，因此要保证设备液压控制系统稳定运行，就必须对井下配液用水进行前期处理，采取强制精细水过滤处理措施，强制进行水质化验分析，使所用水的质量符合MT 76-2002标准，确保不含固体或液体的污染物，水的PH值在7到9.5之间，固体颗粒物在1mg/L以下。

3 工业生产常用的水净化和过滤方法

目前国内常见的工业用水净化方式主要有以下几种：

（1）絮凝沉淀，将微小的悬浮颗粒，絮凝成大的颗粒，沉淀到水的下部；主要用于污水处理。（2）生物过滤与化学综合反应，主要用于污水处理。（3）滤饼过滤，过滤精度高、设备复杂、费用较高。（4）网式过滤（表面过滤），不锈楔形网、纤维网等。（5）深层过滤，石英砂过滤、纤维颗粒过滤。（6）膜过滤， 微孔过滤膜、反渗透膜。（7）过滤方式，表面过滤和深层过滤。表面过滤又有全流量过滤和十字流过滤（横流过滤）。

采用何种净化方法要结合矿井水的初始水质和使用要求综合考虑。

4 确定经济合理的井下生产用水方案

4.1 根据矿井的实际供水状况，总的供水原则

供给水要达到工业用水标准。根据用水设备对水质的不同要求，工作面安装一到两台具有不同级过滤级别的水过滤设备，供给不同设备使用。

4.2 如供水达不到工业用水标准，有一点浑浊，水质尚可，浊度不大于80NTU的。也可根据用水设备对水质的不同要求，工作面安装高纳污量具有分等级的水过滤设备，供给不同设备使用。

4.3 如来水达不到工业用水标准，浑浊度高，水质腐蚀性大，最好在井上水处理厂进行一定的处理后送入井下，工作面安装高纳污量、具有分等级的水过滤设备，供给不同设备使用。

5 煤矿井下供水净化过滤关键技术设备

目前国内井下使用成熟的供水净化设备主要采用井下在线自清洗综合供水净化装置，在神华、潞安等大型矿区，特别是使用支架电液控制的单位大量运用，效果良好。

5.1 在线自清洗装置基本过滤方式

过滤水的质量最主要的决定因素是过滤材料，衡量过滤技术的先进性主要从以下四个方面考虑：（1）空隙率；（2）速率；（3）纳污量；（4）精度；四者的统一是一种理想的过滤技术。常用过滤方式有：

5.1.1 进水粗过滤

5.1.2 纤维颗粒过滤

5.1.3 RO保安过滤

5.1.4 反渗透膜过滤

反渗透膜是一种十字流过滤，它是将膜节流下的污物和离子由浓缩液带离，一部分水分子透过反渗透膜。推荐使用的是抗氧化膜，见图5。

经过长期的使用经验，纤维颗粒过滤料反冲洗效果好，具有过滤时构成的滤层有着空隙率从上到下自然变小的理想滤料的特点，有强力的吸附作用，截污量大，在反冲洗时滤料充分散开，易于清洗，故精细过滤时应优先选用。

5.2 井下在线自清洗综合供水净化装置主要特点

在线自清洗综合供水净化装置有如下主要特点：

（1）不需要用电，使用费用极低，手动操作，体积小。（2）一台设备同时分级供水，一级粗过滤水，二级精过滤水，三级纯水，全部解决综采工作面设备用水净化。（3）一级过滤、二级过滤长期无需更换滤材， 长期反复使用，无需拆开清洗。只需定期更换纯水部分的滤材。（4）粗过滤设计为反向冲洗加不锈钢刷子刮刷，清洗彻底。精密过滤，过滤精度高，纳污量大，反洗可靠。RO保安过滤采用高精度大裕度纳污量设计，确保反渗透膜的长期可靠运行。

5.3 方案选择

俄霍布拉克煤矿1404工作面的支架采用德国蒂芬巴赫公司生产的电液控系统，对水质、乳化液的要求极高。本面选用一台国产JMSGLQ-50型井下在线自清洗精密水过滤装置，安装在井下顺槽设备列车上，进水管与井下总供水管相连，出水用DN软管与用水点连接。该设备根据纤维颗粒滤料的结构特点运行工艺设计，单台处理水量大，出水质好，压力波动小。以压差值为主，时间为辅作为反冲洗条件，实现在线反冲洗，保证过滤滤料长期反复使用。

主要参数：过滤精度：粗过滤120μm，精过滤10μm，过滤水介质系统压力最大2.5Mpa，最小0.7Mpa，进水浊度≤80NTU，出水浊度≤5NTU，满水量4.5t。总流量：70t/h，粗过滤70t/h，精过滤35t/h，纯水最大4t/h，附直饮水口，PH值6.7-7.5，硬度≤50ppm。

优点：可满足综采工作面全部设备用水要求；体积小，只需一台矿车位置，使用费用低，维护量低。其中4t/h的纯水完全满足乳化液配水，产的浓水，回用加入的清水站水箱。即满足主要问题-乳化液配水，又技术合理、成本低。缺点：设备操作程序严格。

6 煤矿井下乳化油质量要求

良好的水质是配出优质乳化液的前提条件，同时优质的乳化油也是配出优质乳化液的关键因素。

乳化油（浓缩液）要求。一般采用进口或国产高端油品，要求乳化油（浓缩液）具有良好的稳定性、防锈性、防腐蚀性、密封材料相容性、润滑性。主要指标为：外观在温度为10～35℃时，产品为透明均一流体；40℃运动粘度不大于100mm2/s。；闪点不低于110℃；凝点不高于-5℃；耐冻融性：产品经-16～-21℃冻凝，并经室温10～35℃下融化，重复五个循环后，外观恢复原状；较好的水中分散性：产品加入水中应能均匀分散。

7 乳化液的净化处理

7.1 乳化液要求

乳化液应避免机械杂质污染和细菌污染，防止煤沫进入乳化液中，特别是在运输和更换胶管、换油时。即使短时间使用污染的脏水，细菌或化学污染的物质都会导致乳化液遭受污染变质产生腐蚀性，产生沉淀物，从而使阀芯卡堵、腐蚀、磨耗不能工作。所以对使用中的乳化液应进行浓度、成份、PH值、微生物污染和不清洁度等方面的监测。同时禁止乳化液在高温条件下运行，乳化液的最高运行温度为55℃，一般情况下不允许超过45℃，高温可使乳化液的稳定性降低而析皂，密封件寿命降低；使用中必须加强对进回液的清洁过滤。

7.2 乳化液的净化

采用在线式自动高压过滤站可以在不影响系统压力，流量的基础上，对泵站输出乳化液进行的高精度过滤，泵站出口的主进液进行过滤，它能够截留、过滤和除去液压系统乳化液中的污染物，并回收反冲洗液体；从源头上控制液压系统因乳化液污染造成的故障，显著的提高支架液压系统各元件的使用寿命及液压系统的可靠性；同时它可以在不关闭泵源，不进行零部件拆卸的情况下，通过其内部巧妙的结构实现“反冲洗”功能，将滤芯处积聚的污染物排除，提高了滤芯的耐污能力，从而减少了系统维护时间，大大的提高工作效率。

7.3 使用情况

俄霍布拉克煤矿1404工作面选用国产的ZGLZ-2000Ⅳ自动高压过滤站。其基本参数如下：过滤精度：25μm；公称压力：31.5Mpa；公称流量：2000L/min；传感器泄液口：DN10；进出液口：DN50G；反冲洗出液口：DN12；控制方式：时间控制；压力控制；压力时间控制。两组反冲洗过滤装置并联，进、出液采用两组大通径钢管组件连接，进、出液钢管两头都通，双进双出，这样下井安装布置时无方向性，布局合理，简洁大方，充分考虑到了人性化操作的需要；将反冲液和传感器泄液口统一导入卸荷漏斗，更加安全，使用效果良好，见图6a、图6b。

图6a 高压过滤站外形结构图 图6b 高压过滤站液压原理图

回液过滤站HGLZ-2000对回流进入泵箱的乳化液进行精过滤，保证乳化液系统的清洁度，提高乳化液的利用率，见图6c。

图6c 回液过滤站外形结构图

8 成本分析

以井下在线自清洗综合供水净化站运行成本为例，见表1。

表1 井下在线自清洗综合供水净化站成本分析

如果用水泵二次加压，需增加成本0.58元/t+维修费，大约1元，经济合理划算。

9 结束语

（1）煤矿井下水的处理和乳化液净化是保护液压系统避免故障，降低事故，延长设备使用寿命的重要手段，由于水和乳化液的质量不好导致的液压系统事故频繁发生，这点往往容易被人忽视，经统计，煤矿综采设备70%的液压系统故障是由传动液体污染造成的，井下水处理和乳化液净化非常必要。

（2）俄霍布拉克煤矿针对矿井水的实际，综合应用了在线自清洗综合供水净化装置和乳化液在线式自动高压过滤站、低压回液过滤站，通过水的净化和乳化液在线自清过滤，保护了设备液压系统，降低事故，提高设备使用寿命，收到较好安全经济效益，值得推广应用。

作者简介：陈国强（1972-），男，毕业于中国矿业大学矿山机电专业，研究生学历，硕士学位，现为徐矿集团天山矿业公司机电副总经理，高级工程师，主要从事矿山机电运输设备运行管理与研究。