一种超纯水综采设备的改造及应用

范艳霞

(神东煤炭集团设备维修中心，内蒙古 伊金霍洛旗 017200)

0 引言

目前矿井综采设备液压系统使用的介质是5%的乳化液，液压支架在高压状态下工作介质通过安全阀或泄漏直接外排到空气中，会造成环境的污染和资源的浪费。据统计，北方矿区平均吨煤破坏地下水资源约10 m3，其主要污染源为高水基乳化液。如果泵站和液压支架介质改为超纯水，就可以彻底避免井下水污染，真正实现绿色开采，同时可以降低煤矿生产成本。因此需对综采设备进行超纯水改造，主要涉及到超纯水制备装置的购置和泵站、液压支架的制造。

1 超纯水的特点

超纯水作为液压系统的传动介质，具有很多优点，但由于水介质和矿物油介质之间理化性能存在巨大差异，和矿物质液压油相比，水具有粘度低、润滑性差、导电性强、汽化压力高等特点，由于水介质的特异性，使得超纯水液压传动技术在应用过程中需解决润滑、磨损、腐蚀和气蚀这几方面问题。

2 超纯水制备装置

纯水制备装置是指用于工业生产用纯水的纯水制取装置。纯水设备采用的主要是反渗透膜技术。它的工作原理是对水施加一定的压力，使水分子和离子态的矿物质元素通过反渗透膜分开，溶解在水中的绝大部分无机盐，包括重金属、有机物以及细菌、病毒等无法透过反渗透膜，从而使渗透过的纯净水和无法渗透过的浓缩水严格的分开。反渗透膜上的孔径只有0.000 1 μm，而病毒的直径一般有0.02～0.4 μm，普通细菌的直径有0.4～1 μm。超纯水设备是采用预处理、反渗透技术、混床、EDI装置以及后级处理等方法，将水中的导电介质几乎完全去除，又将水中不离解的胶体物质、气体以及有机物均去除至很低程度的水处理设备。超纯水的制备方法是将各种纯化水的新技术结合起来生产出超纯水的过程。

2.1 出水指标

本套综采设备超纯水改造中，使用超纯水制备装置制水能力20 m3/h，电阻率15 MΩ·cm(25 ℃)，支架油缸内水电阻率5 MΩ·cm(25 ℃)，出水精度<0.1 μm。

2.2 设备性能

超纯水制备装置由水箱、提升泵、机械过滤器、微滤过滤器、超滤过滤器、增压泵、保安过滤器、一级高压泵、一级反渗透系统、二级高压泵、二级反渗透系统、EDI电去离子除盐系统等装置构成，并将普通水经过这些装置生产出超纯水。

纯水制备装置的控制系统带有显示器，可显示纯水处理工艺流程、液位、流量、温度和电阻率等数据，根据参数设定实现故障报警功能。同时具备水质在线监测功能，能实时监测一级反渗透、二级反渗透、EDI电去离子、进入泵站和液压支架主回液管路的水质指标。水箱上安装液位传感器，在水位处于高位时自动停机，水位处于低位时自动启动，一旦出现液压支架爆管等故障时，水箱水位急剧下降，系统能自动报警。每个板车单元之间的连接采用软管连接。纯水制备装置能实现左右调向，满足左右工作面配套的要求。设备有原水箱、中间水箱、EDI水箱的容积各5 m3，2个纯水箱容积共13 m3，所有水箱、水泵、阀、过滤器、主管路元器件均使用304不锈钢材质。纯水箱使用浮顶式密闭结构，杜绝箱内水与空气接触。控制系统可实现自动、手动两种控制方式，两种控制方式可自由切换。当切换到自动控制时，整个制水过程无需人员参与，全部实现自动化。

3 超纯水泵站改造

纯水高压泵站，主要由纯水高压泵、主箱、辅箱、供液站、高压反冲洗过滤站、回液反冲洗过滤站、进水过滤站、控制系统、泵站至工作面供回液管路等装置组成。

本套纯水泵站是在大修泵站的基础上制造。由于超纯水存在粘度低、润滑性差和易造成元件腐蚀等缺点，因此泵站制造涉及到泵头组件、盘根密封、接头及其他部件的改造。

泵头组件的泵头壳体、高低压泵头连接片、衬套、弹簧和吸排阀芯全部选用1Cr17Ni2不锈钢材质，盘根密封选用带有一定自润滑性的SLPU材质。接头使用镀锌镍合金材料。泵站高压过滤器、储能器、增压泵及其他系统部件，根据喷雾泵站大修检修历史记录情况，满足超纯水介质的使用要求，不进行改造。

3.1 纯水高压泵

高压泵型号BRW630/37.5，电机功率500 kW，绝缘等级F级，电机外壳的防护等级IP55，电机转速1 485 r/min。润滑方式所有运动部件强迫润滑，陶瓷柱塞，曲轴箱分体式设计，润滑油冷却为外置水冷，卸载阀卸载有电动和机械2种方式。采用五柱塞泵结构，全系统为三泵两箱。

纯水泵站采用变频控制技术，配置3台变频电机和1台变频器，变频器和电机为分体式，电缆为屏蔽电缆，流量在160～630 L/min范围内连续可调。变频器故障时，无需更改电缆线路连接，可通过手动或自动切换为工频状态工作。变频电机冷却方式风冷。水箱和泵可安装在平板车上移动运输。每台泵的控制和监测系统为独立方式，并实现集中控制，可实现手动和自动两种操作模式。纯水泵具有故障诊断、自动进水、自动卸载、水箱高低水位、超温、管路失压、增压泵进出口压力检测、润滑油压力和油位及油温等保护功能，可显示压力、流量、水位、温度等数据。同时能将显示数据通过其它设备上传到地面控制中心并显示，可传输给第3方使用。泵具备运行小时记录功能，无故障运行时间不小于80%。纯水泵站能实现左右调向，满足左右工作面配套的要求。所有单元左右方向均可安装电缆架，便于顺槽电缆、管线能通过纯水泵站列车，并不与纯水泵站系统干涉。泵站控制系统须具有远程控制接口，方便与综采自动化控制系统进行通信。

3.2 主箱TMXR630/70和辅箱TMXRF630/70

水箱材质为不锈钢304，底板厚度6 m，侧板厚度6 mm，内部具有磁过滤器、2～3道隔板，有效容积8 000 L，泵吸液胶管φ102，卸载回液胶管φ102，增压泵功率5.5 kW，液位传感器安装在液箱两侧，距箱底40 mm，左右两侧留600 mm门式可旋转圆形检修口，具有双向预压水箱空气过滤器。泵布置在液箱的同一侧，具有自动补水功能。主水箱和辅箱要求使用浮顶密封方式，实现纯水与空气隔绝。能够根据液面高度控制前级纯水制备装置。吸液管、卸载管、高压管、蝶阀使用316不锈钢材质。纯水进入主水箱之前增加一级过滤，精度10 μm。

3.3 蓄能装置BZCNQ126/37

额定压力37.5 MPa，蓄能器容量为63 L，2个。材质30CrMo镀锌镍合金，高压进液口DN32G，系统压力传感器0～60MPa，大容积蓄能器可消除液压系统的压力脉冲，系统压力实时监测，且有压力卸载保护功能。

3.4 连接管路及接头

钢管管路、接头、法兰材质为316不锈钢。胶管扣压接头要求选用锻造件，接头表面镀锌镍合金处理，液管接头须为卡箍式。

3.5 纯水泵站控制系统

使用KXH12矿用本质安全型控制箱，额定电压DC12V。

3.6 高压反冲洗过滤站

高压反冲洗过滤站TMGLZW(2500/37.5/25)D，其高压过滤精度25 μm，流量2 000 L/min，高压额定压力37.5 MPa，出厂时阻力损失为0.3～0.5 MPa，当阻力损失大于3 MPa时应进行反冲洗，高压进液口接管尺寸DN50SS，高压出液口接管尺寸65SSKV，排污管接管尺寸DN25，输入电压27VAC，输出电压12VDC，控制方式为压差控制/时间控制/压差-时间控制。

3.7 回液反冲洗过滤站

回液反冲洗过滤站TMGLZHF(3000/2.5/50)，其公称压力2.5 MPa，额定流量3 000 L/min，过滤精度50 μm，进液口尺寸75SSKV，出液口尺寸75SSKV，排液口尺寸DN25。

4 超纯水液压支架改造

液压支架改造主要针对液压系统做材质更换和工艺处理，结构件变形的做校正或焊接修复。

立柱活塞杆采用激光熔覆，活塞杆弯曲直线度≤0.1%，熔覆材质为不锈钢熔覆，厚度为0.5～0.6 mm，熔覆层硬度≥45HRC，熔后表面粗糙度≤Ra0.4。

缸筒内孔进行熔覆铜合金工艺，熔覆材质为铜合金，缸筒变形量<1 mm，无裂纹，内孔圆度、圆柱度均小于公称尺寸的0.2%，熔覆厚度0.8～1.0 mm，熔覆层硬度≥180HB，熔后表面粗糙度≤0.4 μm。立柱导向套、缸筒外侧的联接块、进液管和上腔进液接头座使用新件，采用QPQ防腐工艺，缸筒外表面进行除锈喷漆。

其余小油缸的活塞杆直径>120 mm的激光熔敷，直径<120 mm的盐浴处理。导向套使用材质为1Cr17Ni2不锈钢，通过表面处理提高硬度和耐磨性。

目前液压支架使用所有的主阀和辅阀材质均为不锈钢材质1Cr17Ni2，能满足超纯水介质使用要求，密封均采用耐水解自润滑聚氨酯材质。管接头和架间分配器材质为不锈钢14Cr17Ni2，胶管扣压接头20CrMo，U型卡材质是3Cr13不锈钢，固定螺栓不低于A2-80级不锈钢。

另外，配套使用第1-53套JOY 7LS6C/LWS740型采煤机，第1-52套天明3×1 000 kW变频三机和第1-24套3台喷雾泵，均满足使用要求。

5 结语

超纯水综采设备的改造应用，包括对纯水制造装备的升级改造、泵站改造、液压支架改造，虽然增加了初期的生产成本，但从长远看减少了乳化液的使用，减少井下危险废弃物污染，保护了生态环境，节约大修成本。