全自動(dòng)反沖洗刮泥機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫博　郭毅軍　劉煒　張建龍　王新社　倪杰鈳　葉健

關(guān)鍵詞：礦井水污水處理;調(diào)節(jié)池;吸泥機(jī)

在煤礦生產(chǎn)過程中，通常需要將井下礦井水集中處理，達(dá)標(biāo)后排放。礦井水經(jīng)過格柵機(jī)后流入調(diào)節(jié)沉淀池，靜置沉淀后，沉淀池底部含有大量煤泥，需要及時(shí)將其抽取排出池外[1]。一般在調(diào)節(jié)池中設(shè)有刮泥機(jī)，位于調(diào)節(jié)池的可移動(dòng)桁車上，功能是將沉淀的煤泥集于一處，而后通過吸泥管將煤泥抽排出，但常常因?yàn)槌氐壮练e情況嚴(yán)重，致使吸泥管堵塞，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。因此，需要對現(xiàn)有的刮泥機(jī)進(jìn)行改造。

1 原吸泥機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理

吸泥機(jī)系統(tǒng)為長20.0 m、寬8.0m、高7.0m的混凝土構(gòu)筑物，安裝于礦井水初級(jí)調(diào)節(jié)池中。兩側(cè)設(shè)有寬度為0.5 m、深度為0.8 m的污泥槽，長度與調(diào)節(jié)池相同，主要用于收集吸泥機(jī)在行走過程中抽采出來的淤泥[2]。

原吸泥機(jī)系統(tǒng)如圖1所示。吸泥結(jié)構(gòu)由5個(gè)部分組成：行走桁車及其鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)、污泥泵、斷面為菱角型淤泥收集刮板器、污泥泵的出口和入口管路、控制桁車和污泥泵的電氣部分。其中，行走桁車及其鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)橫跨于調(diào)節(jié)池上，桁車兩端設(shè)有滾輪，調(diào)節(jié)池兩邊的混凝土圍堰鋪設(shè)軌道，供桁車行走。平臺(tái)安裝行走電動(dòng)機(jī)、污泥泵及電氣控制柜[3]。污泥泵從池底部4根毛細(xì)支管吸入淤泥，匯聚到總管，然后經(jīng)污泥泵抽出排放于調(diào)節(jié)池兩側(cè)的污泥槽中;污泥泵的吸入口為一根DN50的水平主管道，在靠近池底位置分成4根DN20的支管進(jìn)行吸泥，間隔30cm。

控制桁車行走電機(jī)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，桁車行走電機(jī)自調(diào)節(jié)池頭開始緩慢行駛，直到調(diào)節(jié)池的尾部[4];電機(jī)反轉(zhuǎn)，桁車從調(diào)節(jié)池尾部返程行至調(diào)節(jié)池頭部。在行走過程中，污泥泵打開，池底淤泥在刮泥板的遮攔下匯入擋泥板的凹形槽部，毛細(xì)支管從該處將淤泥抽采送入排泥管道。桁車往復(fù)運(yùn)動(dòng)，吸泥機(jī)系統(tǒng)完成池底淤泥的抽采工作[5]。

污泥泵型號(hào)為65ZW40-25-7.5，工作過程均采用手動(dòng)操作模式，時(shí)常發(fā)生支管堵塞，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)[6]。因此，本研究提出了一種可自動(dòng)反沖洗的吸泥機(jī)系統(tǒng)。

2 改造后的新系統(tǒng)方案

2.1 吸泥機(jī)系統(tǒng)本體結(jié)構(gòu)改造

（1）原進(jìn)口管道是一根主管深入水中，在池底附近位置分成4根支管進(jìn)行吸泥，堵塞難以疏通[7]。新系統(tǒng)將吸泥支管與主管的連接橫管抬升至桁車平臺(tái)下、水面上的位置，在各個(gè)分支管上端口添加法蘭連接式的電動(dòng)閥門，支管伸入水池底部刮泥器處。

（2）在污泥泵入口前端安裝電動(dòng)閥，電動(dòng)閥與三通管的一個(gè)管口連接，其余兩個(gè)管口，一個(gè)向下深入池中與毛細(xì)支管的分散橫管相連[8]，另一個(gè)通過電動(dòng)閥與反沖洗管路相連，水源取自調(diào)節(jié)池上部清水，如圖2所示。另外，在污泥泵的出口主管道上安裝流量計(jì)，用于計(jì)量工作過程中的瞬時(shí)排泥量[9]。

2.2 設(shè)備參數(shù)計(jì)算與選擇

2.2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

礦井正常涌水量QZ=33 m³/h，測地高度HC=14.0 m，干管傾斜敷設(shè)時(shí)的傾角α=90°。

2.2.2 污泥泵參數(shù)選擇

（1）工作泵必要的排水能力。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，工作泵在20 h內(nèi)排出礦井24 h的正常涌水量，如式（1）：

根據(jù)計(jì)算的Q_B、H_B和d_P，從水泵技術(shù)規(guī)格表中選取水泵型號(hào)。原水泵型號(hào)為65ZW40-25-7.5，其中，ZW表示自吸式污泥泵，65表示泵體連接管道的管徑尺寸為DN65，40表示流量，25表示揚(yáng)程，7.5表示配套電動(dòng)機(jī)功率。

顯然，原污泥泵的選擇有誤。首先，管徑過小，根據(jù)水泵選型手冊，主管路選擇DN80、分支管路選擇DN32-40比較合理;由于水泵出口是敞口，直接排到污泥槽無需多大壓力，按水泵最低基本壓力選擇16 kPa;電動(dòng)機(jī)功率選擇5.5 kW就可以滿足要求。

因此，改造型號(hào)為80ZW40-16-5.5即可滿足工藝需求。

2.2.3 反沖洗泵的選型

反沖洗泵取池中上層清液，桁車平臺(tái)距離液面1.5 m。泵體安裝在平臺(tái)上，流量按20m³/h考慮，再加上閥門、彎頭等壓力損失以及管路堵塞等，揚(yáng)程最小為16.0m即可滿足要求。因此，選擇型號(hào)為80DW20-16-5.5。

2.2.4 電氣控制回路要求

電源回路共有15條：行走電機(jī)5.5 kW 1條、兩臺(tái)污泥泵7.5 kW 2條、實(shí)現(xiàn)正常工作與反沖洗大口徑電動(dòng)閥回路4條、實(shí)現(xiàn)支管區(qū)別反沖洗回路8條。

每臺(tái)設(shè)備分別設(shè)就地手動(dòng)/遠(yuǎn)程自控轉(zhuǎn)換開關(guān)1個(gè)、啟動(dòng)/停止各1個(gè)。其中，行走電機(jī)回路考慮正向啟動(dòng)/反向啟動(dòng)各1個(gè)，停止控制回路公用。

3 控制策略

在正常生產(chǎn)過程中，切入自動(dòng)狀態(tài)，桁車從池頭移動(dòng)到池尾，污泥泵自啟動(dòng)，開始排泥。桁車行走電機(jī)運(yùn)動(dòng)到池尾后觸及行程開關(guān)，控制回路自動(dòng)切換電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，桁車返回，直至觸及池頭限位停止[10]。定時(shí)等待（參數(shù)可設(shè)定）再次運(yùn)行，周而復(fù)始，完成排泥工作。

污泥泵管道出口設(shè)有流量計(jì)，實(shí)時(shí)計(jì)算平均排泥量[11]，當(dāng)流量低于正常工作固有流量時(shí)（該值可軟件設(shè)定），回差可在線設(shè)定，判斷出現(xiàn)堵塞狀態(tài)，關(guān)閉該泵的主干路閥門，連通反沖洗泵管路閥門，依次打開分支管路的1^#電動(dòng)閥，關(guān)閉2^#、3^#、4^#電動(dòng)閥，啟動(dòng)反沖洗泵。延時(shí)（時(shí)間可設(shè)定）反沖洗。時(shí)間一到，關(guān)閉1^#、3^#、4^#閥門，打開2^#閥門，依次類推，進(jìn)行反沖洗疏通。若反沖洗管無法疏通，需停機(jī)將法蘭連接的短管拆開，人工疏通。該控制柜安裝在桁車上，電源電纜與通信電纜沿鋼絲繩折疊移動(dòng)。各個(gè)設(shè)備的操作按鈕均置于柜體表面，柜體中有可編程序控制器，實(shí)現(xiàn)上述控制策略[12]。預(yù)留通信接口，方便與網(wǎng)絡(luò)連接，將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)上傳至上位計(jì)算機(jī)，同時(shí)可以在上位計(jì)算機(jī)上修改各種運(yùn)行參數(shù)，并能對故障進(jìn)行報(bào)警記錄。

控制流程如圖3所示。

4 結(jié)語

提出了一種帶有反沖洗裝置的礦井水吸泥機(jī)系統(tǒng)改造方案，并對參與設(shè)備進(jìn)行了選型計(jì)算，有效解決了原有吸泥機(jī)系統(tǒng)的管路堵塞問題，徹底實(shí)現(xiàn)了設(shè)備自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。該裝置在陜西陜煤韓城礦業(yè)公司下峪口礦礦井水處理廠應(yīng)用，實(shí)踐結(jié)果表明，提出的方案正確可行。