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摘要：針對煤礦井下防塵用水和設備冷卻用水普遍水質不達標，防降塵噴霧系統和冷卻系統因雜質堵塞或內部積垢、酸堿腐蝕等原因導致無法正常運行的問題，從礦井水的懸浮物自動反沖洗過濾技術、高硬度水的軟化技術、pH值自動調控技術三方面展開研究，介紹了防塵用水水質保障系統工藝技術方案及主要結構設計。
關鍵詞：防塵用水；水質保障；反沖洗過濾；水質軟化；pH值調控
0引言
目前煤礦使用的防塵用水只經過簡單的機械式過濾處理，普遍具有懸浮物含量高、水質礦化和硬化嚴重、酸或堿性偏高的問題。具體表現為易造成簡單的機械式過濾器濾網堵塞，清洗需要拆卸過濾網，影響噴霧等連續用水。高硬度水若直接用于井下降塵、冷卻設備會造成電磁閥無法正常啟閉、噴嘴堵塞、成泡率低、冷卻盤管爆裂等問題。酸或堿度偏高使得水中鐵、錳、鈣、鎂離子遇到壓力流速變化時極易結晶析出、水質渾濁，同時腐蝕金屬管路或噴頭。本文從滿足防塵用水水質要求出發，研制了一套煤礦防塵用水水質保障系統，在保證能與井下防塵噴霧系統配套的基礎上，盡可能地減少投資、縮小體積、節省人力、工藝合理。
根據煤礦井下采煤工作面用水設備所需水量的調研，將礦用防塵用水水質保障系統處理水量設定為18t/h。根據GB50215-2005《煤礦工業礦井設計規范》規定指標：“防塵用水設備和冷卻用水設備要求水質中的懸浮物含量不大于30mg/L、總硬度小于300mg/L，pH值在6.5～8.5”。鑒于裝備的體積、處理水量、與防降塵系統配套性及制造成本的考慮，該系統先用過濾裝置將污水中的固體顆粒及懸浮物除去，然后采用軟水器再生技術對水中的鈣鎂離子進行軟化處理，經過軟化后的水最后采用pH值自動控制技術進行酸堿中和調整，出水再經精密過濾處理，達到防塵用水指標要求。
2過濾裝置的研究
過濾裝置采用成熟的自動過濾反沖技術，借鑒文獻［2］中過濾筒采用上下浮動的機械式自動反沖洗結構，考慮到礦井水雜質中顆粒物較多、粒徑較大的問題，將其機械式彈簧滑動排污閥改為電動球閥，如圖2所示，防止雜質將滑動閥卡住、無法正常排污的情況出現。進入的污水經濾芯下腔過濾后，雜質留在了過濾芯下端，凈水由上出水口排出。經過設定的運行時間后，主機控制的電動球閥自動打開，濾芯下移，污水經濾芯上部過濾后，一部分從出水口排出，另一部分逆流沖洗附在濾芯下腔外壁上的雜質后向下排出，實現排渣和反沖洗。根據井下水情及用水需求，設計的過濾反沖洗裝置流量不低于18t/h，承壓能力4MPa以上，采用可調計時控制方式，根據水質狀態不同，設定一個班組反沖洗1～3次，反沖洗（排渣）每次運行10～30s（可調），污水排放率不超過4%，實現不停機、持續供水。
3軟水、再生技術的研究
（1）軟化方式的選取比較成本和適用性以及井下安全性，選擇離子交換軟化法。根據前期試驗研究，結合煤礦井下的實際要求，采用文獻［4］的逆流浮床軟化再生方式。（2）軟水、再生工藝流程設計為保證持續供水，需2組離子交換柱交替運行，1#離子交換柱制取軟水時，2#離子交換柱進行松床、再生、小清、大清4個工位為一個周期的再生清洗工作；待2#離子交換柱一個周期運行完畢后，2個離子交換柱進行轉換，2#開始制取軟水，1#進行4個工位的再生清洗，系統以此反復循環運行達到連續產水和離子再生的目的。（3）工位轉換機構設計1#離子交換柱和2#離子交換柱各有進水和出水管2路共4路，再生鹽罐出液1路，整個軟化裝置有總進水和總出水管2路，需設計一個七通閥，要求能與8個工位結合，連通或者關閉與7個管路的聯系。設計了一種七通多路閥配合換向減速機構、定位傳感機構的工位轉換機構。（4）軟水再生系統整體機械結構設計受限于巷道高度和運輸條件，為保證軟化效果，設計成2個離子交換柱體串聯的結構。離子交換柱體和多路閥體不能承受過高的壓力，系統進水口加裝減壓閥和卸壓閥，保證進水壓力不超過0.25MPa。整個軟化再生系統依據文獻［4］的結構進行了優化。
4pH值自動調控技術的研究
（1）pH值調控原理設計由于煤礦礦井水的酸堿性成一致狀態分布，即在同一段時間內酸、堿不可能交替出現，故而在pH值調控的設計上針對不同的水既可加酸，也可加堿，但不能同時添加。pH值調控工藝流程如圖6所示。（2）pH值調控裝置的設計pH值調控裝置具備中和藥劑儲存、藥劑添加、攪拌混合、水位監測、pH值在線監測、精密過濾以及凈水儲備等7個功能。其中儲存藥劑的中和液箱的容積需滿足至少礦井一個班（8h）的添加量，另外凈水儲備池需儲存一定量的凈水以備用水設備的使用，因此pH值調控裝置設計成水箱形的結構，主要結構如圖7所示。為防止中和藥劑時間久了產生離析，加裝手動攪拌機構，并根據酸堿性對中和液箱進行防酸、堿處理。通過控制藥劑添加泵的開關來對進水進行藥劑添加達到pH值調節的目的。出水口加裝了可拆卸的精密水質過濾筒，經再次過濾處理后供應后續用水設備的用水，也可直接與噴霧泵進水口連接。
5結語
整個水質保障系統包含三大部分、4個模塊，每個部分結構設計緊湊，可單獨使用，也可根據井下的水質和地理條件選擇搭配使用，安裝靈活。系統采用智能調控、自清洗技術，維護方便，節省人力，實現了不間斷供水，可適用于各種礦井水質條件和用水要求并能夠應對波動的不穩定水情。礦用防塵用水水質保障系統的使用提高了煤礦礦井水的綜合處理、利用能力，保障了井下用水設備的用水水質。
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作者:梁愛春 單位:中煤科工集團重慶研究院有限公司
