乳化液集中配比供液站的研究与应用

高向放 吕向亭 吕承法

（山东能源新矿集团山东新阳能源有限公司，山东 济阳 251401）

乳化液是煤矿液压设备的传动介质，在液压系统中起血液作用，乳化液浓度过高或过低都不利于设备性能的发挥。山东新阳能源有限公司（以下简称新阳能源）井下水质较差，具有较强碱性，配比出来的乳化液对综采支架元件腐蚀较大，支架经常出现串漏液现象，严重影响了安全生产。为此，新阳能源结合工作面需液要求，建设了乳化液集中配比供液站。该系统应用反渗透膜水处理技术设计了井下水处理装置，研制了变频条件下的乳化液自动配比装置，配比出的乳化液浓度符合要求，保证综采支架的正常使用。

1 工艺方案

乳化液集中配比供液站主要由预处理系统、反渗透系统、乳化液自动配比系统、乳化液输送系统、远程集中控制系统等组成，见图1。各系统由相应的设备或装置组成，见图2。

该系统中，矿井水（以下统称原水）通过处理后成为符合要求的纯净水。乳化油经投加装置与纯净水配比成为符合要求的乳化液，并进入乳化液箱，由离心泵打压至采区泵站水箱，供各个工作面使用。

图1 工艺流程图

图2 设备安装示意图

2 乳化液集中配比供液站组成

2.1 预处理系统

预处理系统由原水箱、原水泵、锰砂过滤器、活性炭过滤器等组成，它的作用是去除原水中粒度大于20μm的机械杂质以及经过絮凝的小分子有机物和部分的胶体，使出水浊度≤5mg/L。

2.1.1 原水箱

原水箱是一个容积为15m3的水箱，水箱采用304不锈钢拼接而成，水箱内安装了电磁阀自动补水装置，当水箱内低水位时自动补水。

原水采用老空水，老空水经过采空区层层净化，水质较好，一方面减少了矿井排水费用，另一方面也提高了原水水质。

2.1.2 原水泵

原水泵是不锈钢立式多级离心泵，流量为20m3/h，扬程47m，所配电机功率为5.5kW。原水泵的作用是为预处理系统提供压力0.4 MPa左右原水。

2.1.3 锰砂过滤器、活性炭过滤器

锰砂过滤器、活性炭过滤器（统称粗过滤装置）是粗滤的主体。材质是玻璃钢，其内壁采取了防腐衬胶处理，下部采用滤帽方式布水。共设置2台锰砂过滤器、2台活性炭过滤器。

锰砂、活性炭过滤器尺寸为Φ1000×1850mm，可承受压力≤0.6 MPa。锰砂过滤器中装有不同规格的各种颗粒型锰砂，以去除水质中各种颗粒型等比较大的悬浮物，从而降低后续设备的运行负荷。活性炭过滤器内装有果壳类活性炭，其主要目的是除去水质中的色度、异味等。4台过滤器内部滤料总填装高度为1m，每台过滤器顶端装有手动控制阀，可进行反洗。

2.2 反渗透系统

反渗透系统是整个水处理装置的核心部分，它由精密过滤器、高压泵、反渗透膜及膜壳、阻垢剂投加装置、阀组及流量计组成。

2.2.1 精密过滤器

精密过滤器被安装在反渗透系统的框架上，它是由不锈钢压力容器、15支聚丙烯喷熔滤芯（长1016m，过滤精度5μm）、排污阀和排气阀组成。该压力容器尺寸为Φ2325×1000 mm，其承受压力≤0.6 MPa。

精密过滤器的主要作用是滤除掉水中所含的直径大于5μm的细微杂质，以进一步确保反渗透系统的运行安全。

2.2.2 高压泵

高压泵是不锈钢立式多级离心泵，流量为20m3/h，扬程142 m，所配电机功率为15 kW。

高压泵的作用是为反渗透系统提供压力1.5MPa左右原水。

2.2.3 阻垢剂投加装置

阻垢剂投加装置由投加泵及阻垢剂箱组成。主要作用是向净化的水中投加阻垢剂，以防止这些钙、镁离子生成的难溶性的盐在反渗透系统中膜表面上沉淀结垢，从而影响膜的使用寿命。

2.2.4 反渗透膜及膜壳

反渗透膜规格为CPA3-8040，共9支。膜壳采用的是玻璃钢压力容器，其承受压力为2.5 MPa，接口为侧联式卡套联接，数量为3支，每支这样的膜壳共装有上述反渗透膜3支。

反渗透膜及膜壳组成的单元被称为膜组件，本净化水装置共使用了3个这样的膜组件，它们呈竖式排列。两段的净水从每只膜壳一端的中心孔排出，共同汇集在一起向纯水箱输送，流量为10m3/h。

2.2.5 阀组及流量计

阀组由高压泵进水球阀、高压泵出水节流阀、浓缩水节流球阀等组成，安装在相应管路上。流量计由净水流量计、浓缩水流量计等组成，安装在相应管路上。

本系统的产水量是由“浓缩水节流阀”来调定的。

2.2.6 纯水箱

纯水箱是一个容积为15m3的水箱，水箱采用304不锈钢拼接而成。该水箱作用是储存净化水，为后续乳化液配比提供水源。

2.3 乳化液自动配比系统

乳化液自动配比系统由乳化液油箱、计量泵、流量计、乳化液箱等组成，它能自动配比出符合浓度要求的乳化液。

2.3.1 乳化液油箱

乳化液油箱是一个容积为3m3油箱，油箱采用304不锈钢拼接而成。该油箱的作用是储存乳化油，为后续乳化液配比提供乳化油。

2.3.2 计量泵

该计量泵为变频式计量泵，流量1000 L/min，电压380 V，功率0.75 kW。

计量泵的作用是将乳化油油箱中的乳化油投加入系统中，以实现乳化液的配比。

2.3.3 流量计

在水和乳化油管路中都装有流量计，来实时监测水和油的流量状态。通过PLC的计算，准确实现配比出来的乳化液浓度保持在设定的范围之内。

2.3.4 乳化液箱

乳化液箱是一个容积为15m3液箱，液箱材质采用304不锈钢拼接而成。液箱内设计有液位传感器，低液位时配比系统运行，高液位时配比系统自动停止。

2.4 乳化液集中输送系统

该系统由一台多级泵、流量计、管路等组成，多级泵型号为MD85-45×3，流量85m3/h,扬程135m，功率55 kW，管路为DN50镀锌钢管。

该系统的作用主要是向各采区泵站集中输送配比好的乳化液，然后由采区泵站输送至回采工作面。

2.5 远程集中控制系统

该系统由显示屏、检测元件、执行元件、传输线路等组成，具有就地和远程控制功能。可以实时显示系统中的配液浓度、配液量、各个工作面用液量、设备运行时间等参数，具有数据储存及上传功能，并实现在地面调度室远程控制系统的运行。

3 运行结论

该乳化液集中配比供液站已在新阳能源井下稳定运行，达到了设计要求。

该系统采用了变频条件下的自动配比，并采用紊流技术，使配比准确度有了显著提高，增强了液压支架的润滑度及防腐性能，减少了设备的维修费用，延长了设备的使用寿命。该系统采用了集中配液，并通过井下分支机构输送到各个工作面，实现了工作面乳化液的集中供应。

4 效益分析

使用该系统可减少液压支架各部件损坏量及乳化油的用量。

（1）按一个工作面计算：① 减少推移维修10个/月，费用3.0万元/月；② 减少阀组维修7个/月，节约1.75万元/月；③ 减少立柱维修10个/月，节约5.9万元/月；④ 减少了两名维修人员，每人每月按4500元计算，节约人工费用0.9万元/月；⑤ 节约乳化油800 kg/月，节约费用0.51万元；共计节约费用12.06万元/月。

（2）目前该乳化液集中配比站供2个工作面使用，每月可节约24.12万元，每年可节约289.44万元。

5 结束语

该乳化液集中配比供液站投入使用后将极大提高泵站的工作性能，提高效率，减少液压支架的维修费用，减轻工人的劳动强度，具有较大的经济效益和社会效益，极具推广价值。