唐口煤矿矿井水的井下处理与复用

总第９０期　唐口煤矿矿井水的井下处理与复用　刘业献，杨瑞斌　（淄博矿业集团公司唐口煤矿，山东济宁２７２１００）　摘要：唐口煤矿矿井水中胶结物、悬浮物、煤泥砂含量大。通过在井下水仓人口处建立水处理系统对其　综合处理，使矿井水复用，减少了井下水仓清理次数，有效保护了主排水泵。　关键词：资源；残采；回收率　中图分类号：９４８．６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００５—２７９８（２００７）０４—００４６—０１　１矿井水水质分析　隔板标高依次为一１．４ｍ、一１．１５　ｍ、一１．２３　ｍ、一１．４１　ｍ，　进水口及各隔板孑Ｌ口大小依次为１　４００　ｍｍ×２５０　ｍｍ　唐口煤矿立井开拓主采煤层。目前，正常涌水　（２个）、３００　ｍｍ×４５０　ｍｍ、４００　ｍｍ×２００　ｍｍ（２　量为３２０　ｍ３／ｈ。水质分析表明：水中悬浮物１　０３０～　２　３６０　ｍｇ／Ｌ，ＰＨ值为７．９８～８．２７，ＣＯＤ为９８２～１　７７２　个）、３００　ｍｍ　Ｘ　４５０　ｍｍ，。其水体流向为“合流一　分流—合流”，利用水体曲折行进所产生的湍流使其　与药剂混合，同时，利用水流速控制絮状物沉积，使　其形成少量絮状物进入反应池中而不沉淀在混合池　中，见图１～４。　２．２旋流反应　ｍｇ／Ｌ，为高悬浮物、高胶结物、高泥砂矿井水。　按照ＭＴ／Ｔ１　９０选煤厂煤泥水沉降试验方法，对　矿井水进行自然沉降和絮凝沉降试验。自然沉降为　２　ｈ　２０ｍｉｎ时，其残余悬浮物仍高达２１．８２％。表明　该矿井水难以自然沉降。　絮凝沉降试验表明，聚合铝铁混凝剂与ＸＮ一１　旋流反应，能使凝聚微粒通过絮凝形成良好的　水解和聚合条件。与此同时，使胶体脱稳随即完成，　阴离子絮凝剂配合使用效果最佳。在沉降速度为５０　并借颗粒的布朗运动和紊动形成有良好沉淀性的大　ｃｍ／ｍｉｎ时，浊度仅为５，沉淀物高度１０　ｍｍ，矿井水　絮凝体。　处理费仅为０．２４４元，ｍ　。　根据水质试验结果及类比相似工程，采用了以　加药混合反应、斜管沉淀、压滤成型为主要技术的　井下水处理系统。　水的反应效果与碰撞次数、反应时间、颗粒浓　度有关。在多次调研基础上，我们对水力搅拌池进　行了多次技术改造，并根据井下水质及颗粒浓度，　２处理系统的主要工艺　２．１加药混合　药剂采用重力投加方式。将加药装置安在投药　水池上面，使药剂均匀、迅速扩散到水流中。其水　确定采用多级旋流反应池。确保：①流速由大逐渐　变ｔｂ；②絮凝时间一般在１０～３０　ａｒｉｎ；③ＧＴ值一般　控制在１０　～１０ｓ（无因次）。　力学控制参数为混合的强度和时间，混合时间一般　在２　ｍｉｎ内完成。通过设置隔板混合池，利用水流在　池内通过隔板孔道时产生的急剧收缩与扩散作用，　使药剂与原水充分混合，以保证混合强度。隔板间　距约为池宽２倍，隔板孔道交错布置，孔道中流速　图１　沉沙池　图２　混合池　图３　反应池　图４　沉淀池　根据经验，我们用孔室反应池来完成旋流反　不小于１　ｍ／ｓ，池内平均流速不小于０．６　ｍ／ｓ。混合时　应。该池由许多方格组成。为避免死角，将方格四　间取１　ｍｉｎ；为防止空气带入水中，各过水孔道均应　角抹成圆弧形，每格为一级，一般有６～１２级，视　位于下游水面下１００～１５０　ｍｍ处。　根据经验，取池长１１．２　ｍ，池宽１．４　ｍ，平均有效　池深０．６０５　ＩＴＩ，隔板间距２．８　ＩＴＩ。混合池进水口以及　收稿日期：２００７—０３—２５　水量大小而定。根据计算，确定的反应池长１２　ｍ，宽　３．７　ｍ，深６．７　ｍ，由１２个室串联组成，每孑Ｌ室规格　为１．７５　ｍ　Ｘ　１．７５　ｍ，总容积为１３７．５　ｍ　。（下转５２页）　作者简介：刘业献（１９７３一），男，山东淄博人，工程师，从事管理工作。　４６　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７年４月　刘京涛：空气压缩机技术测定结果的解析与对策　第１６卷第４期　低温度系数，使排气量降低。影响　Ｔ的因素有以　２空压机经济运行　空压机经济性指标常用比功率评价。比功率愈　低，说明空压机的经济性愈好。为降低比功率，就　下几种。　①一级压缩比过大，使一级汽缸壁等温度升　必须降低空压机的轴功率和提高空压机的排气量，　而轴功率和排气量又与空压机的实际工作循环和机　械效率等有关。　高，导致吸气温度升高，降低　值。　②汽缸及中间冷却器结垢太多，冷却效果较　差，使吸气温度升高，降低　值。　４）漏气系数　．　２．１　影响空压机排气量的因素和提高排气量措施　空压机的实际排气量与排气系数有关。排气系　数越大，空压机的实际排气量越大。　１）容积系数　影响漏气系数的因素很多，要加强维修，提高　检修质量，减少漏气。漏气通常发生在吸、排气阀　处，活塞环与汽缸壁处，活塞杆与填料处，以及管道、　附属设备密封不严等处等。　２．２　提高冷却效果，降低功率消耗　由于余隙容积存在，降低了空压机的吸、排气　量。因此，合理调整汽缸余隙，可避免活塞与汽缸　发生碰撞，同时也可保持较高的容积系数，增大空　压机的排气量。汽缸余隙应不大于有关规定。　２）压力系数　吸气阀弹簧力、吸气管和空气过滤器等阻力，　空压机冷却可降低功率消耗，降低温度进而保　证空压机安全运行。空压机冷却效果好，越接近等　温压缩；冷却效果差，各部件温度增高，空压机则　接近绝热压缩。同时，由于气阀与阀片温度高，润滑　油易在阀室结焦。不仅降低气阀寿命，而且影响气　阀严密性。另外，活塞环上的润滑油受热分解，易　烧坏活塞环；严重时，有爆炸危险。所以，空压机　使吸气终了压力低于外界大气压力。因此，降低了　压力系数，压力损失越大，压力系数越低，排气量　越少。为增大排气量，提高压力系数，应采取以下　的冷却，具有重要的经济及安全意义。通常，空压　列措施。　机冷却效果与冷却水质、水套与冷却器等有关。　１）冷却水的软化处理　①定期（一般３个月１清洗过滤器和吸气管道，　使过滤器阻力ｈｗ≤２００～２５０　Ｐａ，运行中，ｈｗ≤　３００～３５０　Ｐａ。　空压机用的冷却水必须清洁、无杂质，凡带酸　性或脏污的水都不能用。冷却水的硬度大于ｌ０。，　②进气管力求短而直，长度最好不大于ｌ０～ｌ２　ｍ；吸气管和过滤器总阻力ｈｗ≤５００～ｌ　５００　Ｐａ。　易在水套或冷却器内壁结垢，沉淀结垢直接影响冷　却效果，必须进行软化处理。　２）水套与冷却器的清洗　水套和冷却器每年应定期清洗ｌ～２次；对水质　差、结垢厚的要增加次数。清除水垢除采用机械法　外，也可用５％的稀盐酸溶液清洗，然后再用Ｎａ２ＣＯ　溶液或在清水中清洗。　【责任编辑：魏晋英】　③定期检修吸气阀，弹簧刚度要均匀适宜。弹　力过强，吸气时开启缓慢；弹力过弱，排气时关闭　不及时。　一④吸气管最佳管径以进气速度８　ｍ／ｓ左右确定，　般不超过１０　ｍ／ｓ。　３）温度系数　吸气过程中，吸进汽缸中的空气温度升高，降　（上接第４７页）　小到大。设计的矿井水量３２０　ｍ３／ｈ，进口流速ｌ　ｍ／　矿井水经过沉砂池，将大的颗粒沉积、混合池　加药混合后，进入隔板孔室反应池。在反应池中，各　室按上下，交错布置进出水孔，孔口断面逐级放大，　水流速度逐步减小。为使药剂均匀、迅速扩散到矿　井水中，并与水充分反应，矿井水要从边线方向以　Ｓ，出口流速０．２　ｍ／ｓ，水在反应池停留２３　ｍｉｎ，ＧＴ值　４．５５×１０４。　２．３斜管沉淀　在沉淀池有效容积一定条件下，为增加沉淀面　积，提高效率，在平流式沉淀池内设置了与水平面　较高流速流入，使其在池内产生旋流，并利用多级　成４５～６０。的斜管，水流从下向上流，颗粒吸附于　串联的旋流作用，促进反应，使形成的少量絮状沉　斜管上，当达到一定厚度后，自动从斜管内滑下。这　淀物沉积在反应池漏斗中。　根据流速由大到小原则，各级进出孔口断面由　５２　既增加沉淀面积，又可极大提高沉淀效率。　为改善沉淀池水力条件，将斜管沉（下转５４页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７耳４月　张庆民：用ＰＬＣ和变频器实现压滤机入料泵的自动控制　表２　ＰＩＤ控制参数表　第１６卷第４期　通过ＰＬＣ内部程序设定报警及联锁保护，一旦　出现故障，立即停止相应操作并报警。对于故障自　诊断功能，考虑到成本，未设计上位机，只设置相　应故障代码，通过４位数码管显示，使维修人员可　根据故障信息方便查找到故障点。　４设计中应注意事项　３．２起动　１）　采用变频控制后，人料泵实现软起动，减　Ｍ　和Ｍ，各有两种起动方式，可通过转换开关选　择变频／工频起动方式。　３．３　运行　小了起动电流对电网冲击；节电效果明显，１年内可　回收全部投资。　正常情况下，电动机Ｍ　处于变频调速状态，电　动机Ｍ，处于停机备用状态。现场压力变送器检测管　２）　采用ＰＬＣ后，组成闭环自控系统，实现自　动调节，运行更加稳定可靠。　３）　变频器、ＰＬＣ、接触器等可安装在一台控　制柜内，可就地或远控操作，方式简单灵活。　４）　系统可扩展性较好。若生产需要，本系统　也可方便接人ＤＣＳ或上位机，建立人机界面的监控　系统等。　网出口压力（４—２０　ｍＡ模拟量信号），并与设定值比　较，经ＰＬＣ内部专用ＰＩＤ指令运算，得到变频器所　需频率信号，然后自动调节电动机转速，达到所需　管网压力。　３．４停止　按下“停止按钮”，ＰＬＣ控制所有接触器断开，　变频器停止工作。　３．５切换　５）　大大延长人料泵和管道的使用寿命，提高　可靠性，减少停车损失，降低运行费用。　６）ＰＬＣ控制电动机在变频／工频供电方式下　当需从电动机Ｍ　切换到Ｍ　时，接触器ＫＭ　断　开，ＫＭ．闭合。此时，电动机Ｍ。工作在工频下，在　变频器完全停止后，ＫＭ　闭合，变频器重新起动，电　切换时，须保证各接触器闭合和断开顺序以及足够　的延时，以防止电动机绕组产生的感应电动势加载　到变频器的输出逆变桥上而造成损坏。　７）ＰＬＣ须实现ＫＭ，和ＫＭ　间互锁，以防２台　电动机同时变频起动，使变频器因过载而损坏。　８）　因２台电动机会在短时间内分别在工频和　变频下同时运行，故变频控制柜的总电源开关需按　２台电动机负载量考虑。　【责任编辑：吴永宽】　动机Ｍ，在变频器驱动下起动；完全起动后，ＫＭ．断　开，电动机Ｍ　停止，切换操作结束。电动机Ｍ　切　换到Ｍ．过程类似。　３．６报警及故障自诊断　－＿…－＿…－－…－＿…－＿…－＿…－＿…●＿…－＿…－＿＿＿－－＿…－＿…－＿一　（上接第５２页）淀的水力半径大大减小，可使雷诺　数Ｒｅ降低，弗劳德数Ｆｒ大大提高。一般，普通沉　降至６０％　７０％，参照地面洗煤厂经验，确定的浓　缩时间为８　ｈ。煤泥经浓缩后，由渣浆泵打人压滤机　压滤成型，装车外运。　淀Ｒｅ值约为几千，而斜管沉淀Ｒｅ值多在２００以下，　甚至低于１００，而Ｆｒ一般为ｌ０～一ｌ０　，可以满足水　流的稳定性和层流要求。　在确定采用斜管沉淀池后，根据规范要求，选　３系统建成后的用水　系统处理后的水进入井下水仓，由井下主排水　择如下参数：颗粒沉降速度　０＝０．４　ｍｍ／ｓ；清水区　泵送至地面消防池，再送至各使用地点。矿井水处　上升流速Ｖ＝３　ｍｍ／ｓ，清水区高度１．２　ｍ，布水区１．５　ｒｒｇ　理前后的水质化验分析表明，处理后的矿井水能满　超高０．３　ｍｍ，采用玻璃钢斜管六角形，壁厚０．４　ｍｍ，　边距ｄ＝３０　ｍｍ，水平倾角０＝６０。，斜管长１　０００　ｍｍ，　垂直高度８７０ｍｍ。　足井下各掘进工作面及综采工作面洒水、采掘机械　用水、地面选煤厂补充用水、地面绿化文明卫生用　水等的要求。　矿井污水井下处理后，使水质达到井下用水要　求，减轻对主排水泵磨损，矿井水可二次复用，满　足了环保达标要求，为同类矿井水的处理提供了良　好处理模式。　【责任编辑：李月成】　为避免水流经过连接管时打碎己形成的絮凝颗　粒，应将斜管沉淀池与旋流反应池合建在一起。　２．４压滤成型　利用泥浆泵，将污泥调节池中的污泥打人容积　２２０　ｍ３浓缩池，经浓缩后，其含水率由９５％一９７％