摘要：文章在对目前黄陵二号煤矿瓦斯抽放系统中水环真空泵应用现状进行介绍之后，分析了水环真空泵水结垢的成因以及危害，并提出了相应的防治措施，以供参考。
关键词：煤矿井下；瓦斯抽放系统；水环真空泵；水结垢；防治。
1引言
在目前我国经济飞速发展的同时，我国社会对于各种能源的需求量也在与日俱增。而其中，煤炭作为我国目前主要的能源形式，其需求量的急剧增加也给煤矿企业带来巨大的生产压力。而由于在目前煤矿开采深度和开采难度在不断增加的同时，煤矿瓦斯危害问题也日益突出，且其一直以来也是煤矿井下安全生产管理的重点，尤其是黄陵矿业二号煤矿有限公司这种高瓦斯矿井，瓦斯防治工作尤为重要。目前黄陵矿业二号煤矿的瓦斯防治措施就是通过瓦斯抽放系统来对瓦斯浓度进行控制，而其中比较重要的设备就是2BEC系列的水环真空泵。然而，由于其工作中所应用的水源的水质具有较大的硬度，抽采的瓦斯气体成分复杂，容易导致其运行中出现结垢的问题而影响其运行效率，甚至会导致严重的跳闸和停机等故障，造成瓦斯超限事故，这就需要针对此问题来深入研究并寻找相应的防治措施。
2黄陵矿业二号煤矿瓦斯抽放系统中水环真空泵应用现状
在黄陵矿业二号煤矿属于高瓦斯矿井，井下煤层中蕴含着丰富的瓦斯，随着井下开采作业，瓦斯会被释放，而由于其密度比较小，容易随空气飘散或者在一个区域积聚，加之瓦斯本身具有导致人窒息的危害，且在浓度达到一定数值并遇到明火时容易发生火灾和爆炸等危害，因此，瓦斯浓度监测和控制也一直是煤矿井下重要的安全管理工作之一。在黄陵矿业二号煤矿井下开采作业中，也一直将先抽后采作为煤矿井下安全生产的首要原则。目前对瓦斯危害进行防治的主要手段，不仅用矿井通风措施来对瓦斯进行稀释，而且通过瓦斯抽放系统来对容易出现瓦斯积聚的部位进行瓦斯的抽放和对煤层中瓦斯的预抽。目前使用的煤矿瓦斯抽放系统主要的组成部分有抽放泵站、抽放管路以及附属设备设施等。其中抽放泵站主要的设备就是水环式真空泵，其具有较远的抽放距离和较高的极限负压，在目前煤矿井下的瓦斯抽放系统中广泛应用，成为目前煤矿井下一通三防瓦斯抽放装备中的最主要设备。在此设备的运行中，最容易出现也是对其正常运行造成危害比较大的问题就是泵体结垢的问题。正如前文所述，这主要是由于煤矿井下水环真空泵所用的水通常具有较大的水质硬度以及黄陵矿业二号煤矿瓦斯气体中含有油型气等成分，加之水环真空泵在煤矿井下的作业环境较为恶劣，经过一段时间运行之后难免会出现水结垢的问题，这就不仅会降低水环真空泵的抽气量和工作效率，而且会增加轴功率和能量消耗与损耗。严重时可能会导致水环真空泵的供电系统跳闸停机的故障，造成瓦斯超限，这就会严重影响瓦斯抽采系统运行的可靠性和煤矿井下生产的安全性，因此需要提高对水环真空泵水结垢问题的重视。
3水环真空泵水结垢的成因危害与防治
3.1真空泵水结垢的成因
3.1.1水质本身因素
水的硬度主要是由水中的钙、镁等盐类的含量决定的，而黄陵矿业二号煤矿井下的地下水源表现出较差的水源条件，主要是具有较大的硬度，将其作为水环真空泵的工作液，在运行环境温度比较高的情况下则比较容易产生水垢。
3.1.2水杂质
水环真空泵用水中的杂质主要是来自管路和煤层中的瓦斯气体。对于前者来说，由于在井下中的泵站作业过程中环境比较恶劣，而且在经过长距离的管路抽放过程中，难免会在人工装卸、运输以及连接的过程中导致煤尘、石屑或沙粒等杂物进入管理。而对于后者来说，由于煤层中的瓦斯气体不仅有CH4，还有其他的N2、O2、以及SO2、CO2、H2S、CO、NH3等气体，并且富含油型气，这些气体物质在水中溶解之后也会相互发生反应而形成有机物泥、原水滓、可溶性铁、微生沾污物等，在这些物质的影响下也会加速水结垢问题的产生。
3.1.3化学反应
正是由于2BEC系列水环真空泵具有较大的抽放功率和流量，还有较高的负压以及良好的抽放效果，才在黄陵矿业二号煤矿瓦斯抽放系统中广泛应用。但是其运行中也存在较为严重的无功损耗问题，在气体被排出之后会对外做功并产生热量，同时还会导致无功损耗的加剧，在升高水环真空泵作业环境温度的同时，加快结垢速度。此外，从水环真空泵的运行原理进行分析，在泵体中缓和有气和水的腔体内，随着凝汽器背压的降低，此腔体内水的沸点也会随之降低，而如果导致环境温度与沸点接近就会导致气蚀问题，同时还会降低水中盐类的溶解度而导致沉淀问题，这就会加剧水结垢的问题。在上述反应过程中，主要就是钙、镁等碳酸盐水垢主要是在叶轮壁面或者是泵体分配板侧壁上以致密的结晶形式沉淀着。而如果运行环境中的温度升高，就增加生成絮状体CaCO3的沉淀数量，而且由于无论是哪种硫酸钙的状态都具有较大的溶解度和不稳定的状态，因此可以忽略此问题。而且由于Ca(OH)2的溶解度也会在温度升高时降低，也就会通常不会在水中生成此类物质，因此也可以忽略。而主要的化学反应如下：
经过上述反应，经过长时间的运行且温度不断提升的过程中，就会在水中形成溶解度比较低的盐类离子结晶胚，此物质就会在叶轮表面上沉淀和增长。这就会增加叶轮表面微观上的粗糙度，表现出凹凸不平的状态，因此也容易成为过饱和溶液中固体的结晶核心。此外，接触面上的氧化膜也对固相物质具有较大的吸附力。在上述因素下就会导致钙镁盐类等在过饱和溶液中生成固相结晶胚芽并且逐渐增长为颗粒，且由于此颗粒具有无定形或潜晶型结构，会通过互相聚附而形成结晶或者絮团。而水文升高会加速结晶生产的线速度，导致固相沉渣生成速度提高和数量增加，表现在叶轮上一层一层覆盖叠加水垢的问题。
3.2真空泵水结垢的危害
水环真空泵运行中出现水结垢的问题会加剧泵体的发热现象，不仅会降低抽气性能和效率，而且会由于出现气蚀问题而导致运转声音异常。此外，还会导致轴功率的升高而导致电机运行电流超过额定电流，在加剧发热问题的同时，还会导致其跳闸停机的问题。而且由于水垢问题是一个长时间积累的问题，形成的水垢非常坚硬，难以进行清除。积垢较厚时，还会影响瓦斯抽采泵的使用效果，如泵体、叶轮变重，转速、流量变小、耗电量大、噪音大、水汽分离效果差及泵体主轴和减速机、电机不同心且易发生事故，导致水泵维护和检修工作量的增加，对瓦斯抽放系统以及煤矿安全生产造成严重威胁。
3.3水环真空泵水结垢的防治
3.3.1人为干预法
首先就是将防回火防爆炸装置安装在泵站附近的瓦斯抽放管路上，不仅可以确保井上下以及泵站设备、人员的安全，而且可以对来自管路的煤粉等杂质进行过滤来确保管路清洁。同时还可以按照巷道的真实状况来选择是否进行放水器和除渣器的安装，而且在安装之后对其进行定期的清理维护。其次就是采用直接对泵体供水来对其温度进行降低，但是此种方式具有较大的耗水量。最后就是在对当地水质进行检验和处理之后再进行使用，就是可以在入口端进行过滤或软化装置的安装来减缓泵体结垢的速度。
3.3.2采用循环水散热器预防水垢的产生
通过新型循环水散热器的使用可以有效降低水的温度，此散热器的原理图如图3.1所示，此方法的好处是可以快速的降低瓦斯抽采泵中水的温度，能够直观的看到泵内的水质情况，减少水垢的产生量，缺点是对周围环境的要求较高，如果周围环境气温较高或空气质量较差，会冷却效果，甚至会影响水质。
在进行缓蚀剂的配制中，首先需要将温度在70℃以上的热水倒入容器中并加入浓盐酸，然后按照加入苯胺和甲醇的顺序进行配料的添加，并将配制好的缓蚀剂加入盐酸溶液中，并将配制好的盐酸溶液灌入泵体中进行化学处理。
在进行化学处理过程中需要注意以下问题：在配制缓蚀剂的过程中加入浓盐酸之前，需要打开前后侧盖上方最高位的空来进行排气和加酸液，但是需要对其他孔进行密封来防止泄露问题；加入酸液时应预留一定的空间来便于化学反应产生的气体排出；在加入酸液进行除垢的过程中，需要叶轮进行低速转动来起到搅拌作用，转速控制在2~3转/min，而且为了提高除垢效率，可以适当提高酸液的温度至50~60℃范围之内；定时对酸液的浓度进行检验，在浓度下降时需要及时补充新液，而如果下降速度变慢且趋于稳定就证明酸洗完成；之后将最低位的阀打开来放掉酸液且用水进行清洗，或者是加入水容量3‰的火碱并搅动浸泡0.5h，之后放出碱液且用清水进行清洗。
4结语
正是由于水环真空泵在煤矿井下瓦斯抽放系统中起到重要作用，针对其运行中容易出现的水结垢问题，在对其原因和危害进行分析之后，提出了通过人工干预、新型散热器的应用以及化学处理方法来进行除垢以及水结垢问题的有效预防，确保煤矿井下瓦斯抽放系统的可靠运行，保证煤矿井下的安全生产。
参考文献：
[1] 吴嫡, 潘岩, 晋西润, et al. 水环式真空泵结垢原因及清洗[J]. 炼油技术与工程, 2018.
[2] 高乐秀, 王莹莹. 水环式真空泵在煤矿瓦斯气体抽放中的应用选型探讨[J]. 中国机械, 2016(10):25-25.
[3] 胡景栋. 站街煤矿矿井瓦斯防治及利用[D].天津大学,2016
[4] 秦博. 建北煤矿井下移动式瓦斯抽采泵站设计[J]. 内蒙古煤炭经济, 2015(6):140-140.
论文作者:赵宇飞
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第13期
论文发表时间:2019/8/28
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