煤矿井下排水管道除垢技术方案选择.pdf

第 2 O卷第 4期 2 0 1 1 年 1 2月 矿 冶 MI NI NG MET ALL URGY Vo 1 2 0No 4 De c e mb e r 2 0 1 l 文章编 号 ： 1 0 0 5 7 8 5 4 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 3 0 0 3 煤矿井下排水管道除垢技术方案选择 胡春玲 方晓玲 王 艳。 马芝文 张 晶 王婷婷 ( 1 辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 ； 2 新疆克拉玛依职业技术学院， 新疆 独山子 8 3 3 6 0 0 ； 3 抚 顺市 给水 工程设 计科 研 院， 辽 宁 抚 顺 1 1 3 0 0 8 ) 摘 要 ： 煤矿井下排水管道容易结垢。为确保煤矿安全生产， 清除井下排水管道结垢， 提高排水管道 效率 ， 是挖掘煤矿节能潜力 的有效措施 。通过管道除垢 常用方法 的比较 ， 选择静态浸泡和动态循环清洗 相结合的化学清洗方式进行除垢 ， 清洗后 每年 可节约相 当可观 的资金 ， 降低了煤 炭的生产成本 ， 给企业 带来十分显著的经济效益 。 关 键词 ：煤矿 ； 排水管道 ；除垢 ；化学清洗 中图分类号 ： T D 7 4 3 文献标 识码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 - 7 8 5 4 2 0 1 1 0 4 0 0 7 S CHEME S EL ECT I ON OF S CAL E REM0VAL FOR MI NE DRAI NAGE P I P E HU C h u n l i n g F A NG Xi a o l i n g WA NG l e a n 。MA Z h i w e n ZH A NG rin g WA NG T i n g t i n g ( 1 L i a o n i n g S h i h u a U n i v e r s i t y ， F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， L i a o n i n g ，C h i n a ； 2 K a r a ma y V o c a t i o n a l& T e c h n i c a l C o l l e g e ， Du s h a n z i 8 3 3 6 0 0， Xi n j i a n g， C h i n a； 3 F u s h u n W a t e r S u p p l y E n g i n e e r i n g D e s i g n&R e s e a r c h I n s t i t u t e ， F u s h u n 1 1 3 0 0 8 ， L i a o n i n g ，C h i n a ) ABS TRACT ：S c a l i n g i n mi ne u n d e r g r o u nd d r a i n a g e pi p e s h a p p e n s f r e q u e n t l y I n o r d e r t o e n s u r e t h e s a f e p r o d u c t i o n o f c o a l mi n e，t h e s c a l e r e mo v a l a n d i mp r o v i n g e f f i c i e nc y o f t h e p i p e s a r e n o t o n l y t h e e f f e c t i v e me a s u r e s t o i n c r e a s e t he p o t e n t i a l p o we r o f mi n e，b u t a l s o t h e n e e d f o r s a f e t y i n mi n e pr o d uc t i o n By c o mp a r i n g wi t h s c a l e r e mo v a l me t h o d s ，t h e c o mb i na t i o n o f c h e mi c a l c l e a ni n g o f s t a t i c i mme r s i o n a n d d y n a mi c c y c l e c l e a n i n g i s s e l e c t e d S i n c e t h e p i p e s a r e c l e a n e d，t h e c o n s i d e r a b l e f u n ds c a n b e s a v e d a n d t h e p r o d u c t i o n c o s t o f c o a l c a n b e r e d u c e d，wh i c h c a n b r i n g v e r y s i g n i fic a n t e c o n o mi c b e ne fit s t o c o a l mi ne 。 KEY W ORDS：c o a l mi n e；d r a i n a g e pi pe；s c a l e r e mo v a l ；c h e mi c a l c l e a n i n g 在我 国的煤矿企业中， 矿井水杂质成分主要为 煤泥等悬浮物以及一些难溶盐类 ， 所 以矿井水排放 时会导致排水管道结垢 ， 增加管道阻力 ， 管道结垢达 到一定程度， 会大大降低排水管道的排水效率 ， 影响 煤矿井下安全生产 ， 同时增加排水电耗。目前 ， 为了 解决上述问题 ， 煤矿企业普遍采取 的办法就是更换 原有排水管道。这种方法不仅大大地缩短 了管路的 服务年限， 也增加了铺设新管路的费用。因此 ， 为确 保煤矿安全生产 ， 清除井下排水管道结垢 ， 提高排水 管路效率 ， 是挖掘煤矿节能潜力的有效措施。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 _ o 4 - o 8 作者简介 ： 胡春玲 ， 硕士 ， 副教授 ， 研究方向为水 污染控制 。 1 管道 除垢 常用方法 目前 ， 解决管道结垢 问题的主要方法包括更换 排水管道、 人工拆除清理、 清管器清理、 高压水射流 清洗技术、 化学清洗等方法。 1 1 更换排水管道法 更换排水管道， 时间长 ， 工作量大 ， 且需投入包 括管道材料 、 安装费用等成本 ， 费用较高 ， 同时会造 成停产或半停产 ， 间接损失很大。 1 2 人 工拆 除清理 这是一种老式的清通方法 ， 即有些煤矿将需要 清通的管道两端拆开 ， 将带有清通工具( 如胶皮 刷、 胡春玲等 ： 煤 矿井下排水管道除垢技术方案选择 钢丝刷等) 的钢 丝绳 穿入管道 中， 利用绞车来 回往 返拉动钢丝绳将管道 内结垢物刮下 ， 这种方法费 时费力 ， 且影响管道正常生产排水 。 1 3清管 器清 理 有些煤矿在除垢工程 中， 先在管道转： 角处开一 斜 叉 作为 清管 器 ( 钢性 或 弹性 刺 球 ) 入 口 ， 按 顺 序 将 一 系列大小间隔尺寸 的清管器逐次投入 管道， 然后 开启水泵 ， 利用水泵的水 流压力在清管器前后形成 压差 ， 推动清管器在管道 内向前移动和旋转 ， 利用清 管器表面的坚硬刺突及钢刺 ， 使清管器在管道 内前 进时 ， 与管壁摩擦除掉管壁上的结垢 ， 达到清除污垢 的 目的 ， 被刷下 的结垢物随水流排出管道 。 。 1 4高压 水射 流清 洗技 术 高压水射流清洗技术是从 2 0世纪 7 0年代发展 起来的一项新技术 ， 其基本原理是以水为介质 ， 通过 高压水发生装置形成 高压 ， 再 经过特制 的喷嘴喷射 出能量集 中、 速度很高的水射流 ， 来完成对物体的去 污除垢 。在实际应用中 ， 高压水射流清洗需配合 清管器或管道除垢机器人进行。 1 5化 学清洗 法 化学清洗法 ， 即根 据管道结垢 的主要化学 成 分 ， 配制成管道软化壁结垢的洗液 ， 将该洗液注入管 道 内浸泡一定时问， 有效溶解和软化壁结垢 。 2煤矿排水 管道现状 以河北省某煤矿为例 ， 其是一个具有 4 O多年开 采历史的老矿 ，是一家集煤炭开采 、 洗煤于一体的 联合企业 。该矿排水 系统包括矿井生产排水系统、 附属生产排水系统 、 生活 区排水系统 、 雨水排水 系 统。井下排水管道长 1 0 0 0余米 ， 工作面涌水 以顶板 淋水为主 ， 正常涌水量为 2 0 0 13 1 h 。排水管材为钢 管 ， 钢管规格为 t h 2 0 0 m m 8 m m。该管路安装使用 至今已十几年 ， 由于该矿水质较差 ， 存在着严重的结 垢 问题。经 测定 ， 平 均 内壁 结垢 厚度 达 到 4 0 - 5 0 m m， 管道有效 直径 由原来 2 0 0 m m， 缩小到 1 0 0 mm 左右 ， 大大降低了排水能力 ， 同时结垢造成表面粗糙 度加大 ， 使排水 管网阻力增 大 ， 不仅 降低 了排水 效 率 ， 还增加了排水 电耗 ， 且对矿井 安全造成很 大威 胁 。该矿不得不对部分管道进行拆除 ， 铺设新管道 ， 对生产影响很大。 3 管道 结垢成分分析 现场所取井 下管壁垢 样外观 为黑色 ， 坚硬 、 致 密， 经 化 验 分 析 ， 主 要 组 成 有 c a “， Mg ， F e “， C O ， s O 等。室 内定性试验表 明， 垢物 主要成 分为碳酸盐垢 ( C a C O ， M g C O ) 和铁的化合物 ( 氧 化铁、 硫化亚铁) 以及少量泥沙等酸不溶物。 4 管道 除垢 方案选择 4 1方案选 择 由于煤矿输水管线与一般输水管线不同， 管线 长、 弯头多 、 水压高 、 分流支管多 ， 管线安装方式多为 倾斜或垂直的， 井下管线弯头曲率半径小 ， 安装质量 较低 ， 又多带三通、 逆止阀等 附件 ， 而且煤矿输水管 线要求可靠性高 ， 停水时间短 ， 清管时要速度快。而 更 换排 水管 道 、 人工拆 除 清理 的方法 费时 费力 ， 且 影 响管道正常生产排水 ； 清管器清理 、 高压水射流清洗 技术等方法清管时对管道拐弯处的曲率半径有一定 要求 ， 曲率半径 R1 5 D( 管径 ) ， 否则清管器不能 顺利通过等径的弯头 、 三通等 ； 若管道直径较小 ， 清 理的难度 会进一 步增加 ； 再有 如果是 垂直 的管 道 ， 还 需加设 卷 扬机 ， 通过 钢丝绳 牵 引在管 道 内移动 除垢 ， 这些特点决定 了上述物理清理的方法是不适 宜 的 。 化学清洗法 ， 根据管道结垢成分 ， 配制成管道软 化壁结垢的洗液， 有效溶解和软化壁结垢 。这种方 法 的优 点是 清除 效果较 好 ， 投入人 力 资源少 ， 缺点 是 化学药 品具有轻微腐蚀性 ， 易对管道 内壁造成腐蚀。 但只要管道软化壁结垢 的洗液和保 护措 施运用得 当， 此法也是一种有效 的方法。 根据试验室小试及相关资料结论 ， 为了减少 清洗液用量 ， 降低清洗成本 ， 充分利用化学清洗时清 洗液对管垢的溶解作用、 剥离作用和气掀作用 ， 提高 清洗的效果和安全性 ， 实际应用中采用静态浸泡和 动态循环清洗相结合的化学清洗方式 。经过静态浸 泡 、 动态循环清洗 ， 借助水流 的冲蚀 、 切割 、 崩裂 、 剥 离等作用 ， 对管道壁垢进行清除。化学清洗液 由清 洗 剂 、 缓蚀 剂 、 消泡剂 等构 成 。 4 2除垢流 程 排水管道除垢采用清洗液静态浸泡和压力水动 态循环清洗相结合的方式进行， 即清洗液和压力水交 替注入管道 ， 除垢流程为： 清洗液静态浸泡一压力水 冲洗一清洗液静态浸泡一压力水冲洗一清洗液静态 浸泡一压力水冲洗一检查清洗效果一管道钝化处理。 管 道 除垢采 用 的工艺 流程 图如下 ： 实施步骤具体如下 ： 第 1 步 ， 了解管路 的基本情况。清管前必须详 细地了解管道长度 、 管路结构 、 安装方式 、 空间位置 、 矿 冶 中间取样末端取样 排空口排空 口 图 1 排水管道化学清洗工艺流程 Fi g 1 Che mi c a l c l e a n i n g p r o c e s s o f dr a i n a g e p i p e 结垢厚度等情况 ， 以确 定需要清理 的管 段； 调查水 泵、 电机的各项参数 。 第 2步 ， 将配置好 的化学试剂从管道 出水 口处 灌入 ， 经过静态浸泡， 使试剂能有效溶解和软化壁结 垢 ， 并保证管道不受腐蚀。 第 3步 ， 开启水泵 ， 向管道中注入压力水 ， 借助 水流的冲蚀、 切割、 崩裂、 剥离等作用对管垢进行清 除 。 第 4步 ， 重复第 2 ， 3步进行循环清洗。 第 5步， 清洗完毕后 ， 测试水泵、 电机各项参数 ， 验 收清管 除垢 效果 。 第 6步 ， 将 钝化 液注 入管 线 内进 行钝 化处 理 ， 然 后恢 复正 常排 水 。 5 结 论 应用上述化学清洗的方法对某煤矿排水管道结 垢进行清洗 ， 管道除垢后明显提高了管路效率 ， 降低 了排水电耗 ， 经经济分析得到 ， 由于管路堵 塞， 每年 多用 电费 1 5 0余 万元 ( 此结 果是 按一 天 2 4 h不 间 断 排水计算 ) ， 所 以节电经济效益非常显著 。而实施一 次化学清洗费用约 1 5万元 ， 若两年清洗一次， 每年 需投资 7 5万元 ， 可在不足一个月的节电费用 中收 回投资 ， 并且在除垢期间， 不影响煤矿正常生产和排 水 ， 间接效益可观。 通 过 以上 的分 析可 以看 到 ， 采用 化 学 清洗 的方 法 ， 根据管道材质 、 管道结垢程度及实验室分析试验 结果确定合适的清洗液和清洗工艺条件 ， 并制定切 实可行 的现场施工方案 ， 能显著降低管道阻力， 增大 排水量 ， 提高管道的排水效率 ， 并且最大限度地发挥 水泵 和管道 的效 率 ， 从 而显著 地减 少 了生产用 电量 ， 也不会造成停产损失 ， 清洗后每年可节约相当可观 的资金 ， 降低 了煤炭的生产成本 ， 给企业带来十分显 著地 经济效 益 。 参考 文献 ： 1 张世娟 关于排水管道清淤问题的探 讨 J 黑龙江科 技信息 ， 2 0 0 4 ( 4 ) ： 1 8 7 2 裘余丹 ， 瞿林川 煤矿管道 除垢技术 的研究与应用 J 浙江煤炭 ， 2 0 0 0 ( 1 ) ： 3 9 - 4 0 3 张序 明 ， 铜冶煤矿排 水管道 除垢 技术 J 煤 炭科 学技 术 ， 2 0 0 4， 3 2 ( 4 ) ： 4 2 43 4 李精民 ， 杨育德 水 力清管技 术在煤 矿 的应 用 J 东 北煤炭技术 ， 1 9 9 0 ( 4 ) ： 1 5 1 7 5 郑秋 喜 ， 杨艳秋 水力清管技术及 其应用 J 煤 炭技 术 ， 2 0 0 2 ， 2 1 ( 8 ) ： 6 4 6 5 6 刘岩 化学法清除煤矿 井下 主水 泵泵垢 J 河 北 化 工 ， 1 9 9 3 ( 1 )： 2 5 2 6 7 王成军 煤矿 管道 除垢机 器人 的设 计 J 煤 矿机 械 ， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 8 ) ： 2 4 2 6 ( 8 周厚安 ， 蔡绍 中， 王小红 ， 等 白 1 9井 排水 管线 的化学 清洗 J 石油与天然气化工 ， 2 0 0 2 ， 3 1 ( 5 ) ： 2 7 4 2 7 6 9 黄校 春 ， 王世 山， 纪多海 ， 等 除灰系统的化学 清洗 J 工业 水处 理 ， 2 0 0 2 ， 2 2 ( 9 ) ： 5 8 6 0 一