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摘要：针对煤矿井下防尘用水和设备冷却用水普遍水质不达标，防降尘喷雾系统和冷却系统因杂质堵塞或内部积垢、酸碱腐蚀等原因导致无法正常运行的问题，从矿井水的悬浮物自动反冲洗过滤技术、高硬度水的软化技术、pH值自动调控技术三方面展开研究，介绍了防尘用水水质保障系统工艺技术方案及主要结构设计。
关键词：防尘用水；水质保障；反冲洗过滤；水质软化；pH值调控
0引言
目前煤矿使用的防尘用水只经过简单的机械式过滤处理，普遍具有悬浮物含量高、水质矿化和硬化严重、酸或碱性偏高的问题。具体表现为易造成简单的机械式过滤器滤网堵塞，清洗需要拆卸过滤网，影响喷雾等连续用水。高硬度水若直接用于井下降尘、冷却设备会造成电磁阀无法正常启闭、喷嘴堵塞、成泡率低、冷却盘管爆裂等问题。酸或碱度偏高使得水中铁、锰、钙、镁离子遇到压力流速变化时极易结晶析出、水质浑浊，同时腐蚀金属管路或喷头。本文从满足防尘用水水质要求出发，研制了一套煤矿防尘用水水质保障系统，在保证能与井下防尘喷雾系统配套的基础上，尽可能地减少投资、缩小体积、节省人力、工艺合理。
根据煤矿井下采煤工作面用水设备所需水量的调研，将矿用防尘用水水质保障系统处理水量设定为18t/h。根据GB50215-2005《煤矿工业矿井设计规范》规定指标：“防尘用水设备和冷却用水设备要求水质中的悬浮物含量不大于30mg/L、总硬度小于300mg/L，pH值在6.5～8.5”。鉴于装备的体积、处理水量、与防降尘系统配套性及制造成本的考虑，该系统先用过滤装置将污水中的固体颗粒及悬浮物除去，然后采用软水器再生技术对水中的钙镁离子进行软化处理，经过软化后的水最后采用pH值自动控制技术进行酸碱中和调整，出水再经精密过滤处理，达到防尘用水指标要求。
2过滤装置的研究
过滤装置采用成熟的自动过滤反冲技术，借鉴文献［2］中过滤筒采用上下浮动的机械式自动反冲洗结构，考虑到矿井水杂质中颗粒物较多、粒径较大的问题，将其机械式弹簧滑动排污阀改为电动球阀，如图2所示，防止杂质将滑动阀卡住、无法正常排污的情况出现。进入的污水经滤芯下腔过滤后，杂质留在了过滤芯下端，净水由上出水口排出。经过设定的运行时间后，主机控制的电动球阀自动打开，滤芯下移，污水经滤芯上部过滤后，一部分从出水口排出，另一部分逆流冲洗附在滤芯下腔外壁上的杂质后向下排出，实现排渣和反冲洗。根据井下水情及用水需求，设计的过滤反冲洗装置流量不低于18t/h，承压能力4MPa以上，采用可调计时控制方式，根据水质状态不同，设定一个班组反冲洗1～3次，反冲洗（排渣）每次运行10～30s（可调），污水排放率不超过4%，实现不停机、持续供水。
3软水、再生技术的研究
（1）软化方式的选取比较成本和适用性以及井下安全性，选择离子交换软化法。根据前期试验研究，结合煤矿井下的实际要求，采用文献［4］的逆流浮床软化再生方式。（2）软水、再生工艺流程设计为保证持续供水，需2组离子交换柱交替运行，1#离子交换柱制取软水时，2#离子交换柱进行松床、再生、小清、大清4个工位为一个周期的再生清洗工作；待2#离子交换柱一个周期运行完毕后，2个离子交换柱进行转换，2#开始制取软水，1#进行4个工位的再生清洗，系统以此反复循环运行达到连续产水和离子再生的目的。（3）工位转换机构设计1#离子交换柱和2#离子交换柱各有进水和出水管2路共4路，再生盐罐出液1路，整个软化装置有总进水和总出水管2路，需设计一个七通阀，要求能与8个工位结合，连通或者关闭与7个管路的联系。设计了一种七通多路阀配合换向减速机构、定位传感机构的工位转换机构。（4）软水再生系统整体机械结构设计受限于巷道高度和运输条件，为保证软化效果，设计成2个离子交换柱体串联的结构。离子交换柱体和多路阀体不能承受过高的压力，系统进水口加装减压阀和卸压阀，保证进水压力不超过0.25MPa。整个软化再生系统依据文献［4］的结构进行了优化。
4pH值自动调控技术的研究
（1）pH值调控原理设计由于煤矿矿井水的酸碱性成一致状态分布，即在同一段时间内酸、碱不可能交替出现，故而在pH值调控的设计上针对不同的水既可加酸，也可加碱，但不能同时添加。pH值调控工艺流程如图6所示。（2）pH值调控装置的设计pH值调控装置具备中和药剂储存、药剂添加、搅拌混合、水位监测、pH值在线监测、精密过滤以及净水储备等7个功能。其中储存药剂的中和液箱的容积需满足至少矿井一个班（8h）的添加量，另外净水储备池需储存一定量的净水以备用水设备的使用，因此pH值调控装置设计成水箱形的结构，主要结构如图7所示。为防止中和药剂时间久了产生离析，加装手动搅拌机构，并根据酸碱性对中和液箱进行防酸、碱处理。通过控制药剂添加泵的开关来对进水进行药剂添加达到pH值调节的目的。出水口加装了可拆卸的精密水质过滤筒，经再次过滤处理后供应后续用水设备的用水，也可直接与喷雾泵进水口连接。
5结语
整个水质保障系统包含三大部分、4个模块，每个部分结构设计紧凑，可单独使用，也可根据井下的水质和地理条件选择搭配使用，安装灵活。系统采用智能调控、自清洗技术，维护方便，节省人力，实现了不间断供水，可适用于各种矿井水质条件和用水要求并能够应对波动的不稳定水情。矿用防尘用水水质保障系统的使用提高了煤矿矿井水的综合处理、利用能力，保障了井下用水设备的用水水质。
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作者:梁爱春 单位:中煤科工集团重庆研究院有限公司
