11节能
11 节 能
11.0.1 井下水源宜直接用于井下。
▲ 条文说明
11．0．1井下水源直接用于井下则节省了把这部分水从井下提升到地面的能耗。许多矿井具备这种条件。
11.0.2 井下供水系统宜最大限度利用已有水头。
▲ 条文说明
11．0．2对于较深的矿井，井底的水压很大，往往需要减压才能使系统的水压符合用水点要求。但有的场合减压后又需要将水输送到较远的地方使用，这中间的水头损失很大；井下还有末端用水点的高程比井底高出很多的情况；这两种场合经过减压的水又需要再加压才能满足需要。在设计上采取措施实现最大限度地利用已有水头，避免再次加压或最大限度地降低再加压所需的扬程，可以节约一部分能耗。比如减压时减到多少、减压点选在什么位置等，都有文章可做。
11.0.3 井下加压设备的选择应符合下列规定：
1 应选用高效率设备，不得采用国家明令淘汰的产品；
2 水泵的设计工况点应在特性曲线的高效段；
3 服务范围较大的动力供水设备宜采用变频调速装置。
▲ 条文说明
11．0．3井下动力供水设备采用变频调速装置还没有在实际工程中见到。由于井下洒水系统的用水量在一天中是不断变动的，采用变频调速装置使电机的转速随用水量的变化而变化，从而实现节能，在理论上没有什么问题。故第3款采用“宜”的规范用词，提倡设计中根据条件进行实践。
11.0.4 动压给水系统管道的设计流速不应高于经济流速。
▲ 条文说明
11．0．4规模较大的动力供水系统都要进行经济流速的计算。按经济流速确定的管径可使工程造价与运行成本的综合指标达到最佳值。规模较小的动力供水系统则参考类似计算结果中的数据进行设计。井下供水系统也是这样。条文中要求不高于经济流速意味着与同类给水系统相比，井下动压给水系统管道设计规格不要取偏小的数值，从而使设计的工程能耗较小。值得注意的是：不要把经济流速错用到静压供水系统。静压供水系统不耗费电能，不存在经济流速的概念，在满足用水点水压的情况下，管径应尽量减小。
11.0.5 矿井水处理应根据不同去向和要求采用分质分量处理流程。
▲ 条文说明
11．0．5水处理流程一般由从初级到高级的一系列水处理单元组成。比如给水处理就可能包括预处理、澄清、过滤、活性炭吸附和反渗透除盐。污水处理可能包括预处理、生化处理、深度处理等。从预处理开始每增加一个单元，出水的净化程度就增加一截，水中所含不利于使用或不利于环境的杂质就进一步减少，其成本和能耗也相应增加。当部分水根据使用或环境的要求不需要与其他用水一样的处理深度时就可在前一步处理后出水引到用户，减小下一步水处理的水量，这样也就降低了下一步处理的药耗和能耗。这就是分质分量处理的意思。生活用水、井下洒水、冷却用水、选煤用水、农灌用水的水质要求及不同水体的环境容量都是不同的。在设计中用心安排一下就会为节能创造有利的条件。
附录A采煤机耗水量
A.0.1 国产采煤机组的耗水量可采用表A.0.1中的数值。
表A.0.1 国产采煤机组的耗水量
A.0.2 进口采煤机组的耗水量可采用表A.0.2中的数值。
表A.0.2 进口采煤机组的耗水量
附录B井下消防、洒水水质标准
附录B 井下消防、洒水水质标准
表B 井下消防、洒水水质标准
注：滚筒采煤机、掘进机喷雾用水的水质，除应符合表中的规定外，其碳酸盐硬度(以CaCO3计)不应超过300mg／L。
▲ 条文说明
井下消防、洒水水质标准虽然是一个非常重要的问题，但至今仍然重视得很不够。规范规定的水质要求既未得到充分的理解，也未得到非常认真的执行。最近二十年井下用水水质标准的演变情况大致如表2。
表2近二十年井下用水标准发展情况
注：表2中“矿井规范”即指《煤炭工业矿井设计规范》GB50215，“洒规”即指本规范。
可看出：悬浮物要求逐步提高、大肠菌群有些曲折、悬浮物粒度及pH值的要求没有变化、本次修订则增加了有机质含量BOD5方面的要求。形成上述变化的背景如下：
(1)20世纪90年代以前我国对洒水的要求尚维持在较低的水平。当时煤矿生产中的综采尚属特殊领先的采煤工艺，不作为一般情况考虑。机组对用水水质的要求虽高，不作为一般情况考虑，也就不会纳入正式的设计标准。90年代以后，综采、综掘逐渐推广普及，成为井下开拓和生产中的最大用水户。除了内喷雾之外，机组的用水还要对好几个重要的大型部件进行冷却。为了防止结垢，机组冷却用水对其化学成分也有较高的要求。其中主要是碳酸盐硬度一定要控制在允许的范围内。有的国外进口机组对水的纯度提出要求，即要求水的电阻一定要达到规定的数值。由于牵涉到电气部件的冷却，水的电阻率提出要求也是有理由的。国产机组普遍不提出太高的要求，除了对它的悬浮物颗粒粒度有一定的要求外，其他要求都不高，甚至对水的清洁也不特别重视。一般机组都自带水过滤器对系统提供的水再进行局部处理。采煤机生产厂反映说机组的内喷雾普遍不好用，很多地方完全用外喷雾代替。形成这种情况有一种说法是在每次停机的时候，机组内喷雾的喷嘴会将外面的固体细颗粒往里吸，从而堵塞喷嘴的孔眼。按这种说法喷嘴的堵塞与水质无关。由于没有深入研究，这种说法的可信程度有多大不好说。但堵塞的原因解释为水质不好则更容易被人们接受。因为机组进水一般先送去冷却，冷却的出水再输送到截齿处的内喷雾出口进行防尘喷雾。冷却机器时与热部件接触的局部水温升高很多，如水质不好，水中析出水垢，造成喷嘴堵塞的情况几乎是必然的。故综采的普及也必然带来水质要求的提高。
由于水质软化代价较高，而除采掘机组外的多数用水户不需要软水，故关于水的硬度要求只在附注中提出。现在也还是这种情况。
(2)井下防尘用水是井下用水的大户。由于煤矿井下采、掘、运输的机械化和自动化长足发展，井下产尘问题的严重性也提高了一大截。由此引起的防尘用水工艺的改进，以及对水质要求的变化，在第1．0．3条及第2．1．2条的条文说明中有了介绍，不再重复。
(3)高压喷雾和采、掘机组对水质的要求较高，消防、冲洗巷道、施工用水等项则不需要。合理的要求都应该满足，但标准中的指标是针对一般情况。这一点在第3．3．1条的条文说明中都已阐述。矿井生产及水处理工艺在发展变化，人的认识也在变，水质要求和净水成本之间需要有一个平衡。在本规范2006年版的规定中除了悬浮物含量由不超过150mg／L改为不超过30mg／L外其余各项均沿用当时矿井设计规范规定的水质指标，即悬浮物粒度不大于0．3mm；pH值6～9；大肠菌群不超过3个／L。
规定SS不超过30mg／L的原因是考虑到：为了满足悬浮物粒度的要求较保险的方法就是对一般原水进行混凝沉淀处理，而正常情况下经过混凝沉淀后悬浮物含量可达到20mg／L左右，不会仍保持150mg／L之高。故150mg／L改成30mg／L不牵涉到多少水处理的成本问题。提出SS不超过30mg／L而未作进一步的高要求是有意在水处理工艺流程中省掉过滤单元，经济上减少压力。这个标准现在并非完全不适用于所有矿井，但在这些年的实践中，国内各主要煤炭工业设计单位在矿井设计时已经基本没人采用不含过滤单元的水净化工艺了。比如在很简单的情况下直接选用的成套一体化净水器中也包括砂滤部分。有意放宽要求的初衷失去了实际意义。再说对较多的特殊设备分别进行局部处理毕竟麻烦。比如SS含量较高的时候，用于局部处理的管道过滤器就需要频繁清洗。对SS含量提高要求对系统的很多环节都有好处。例如保持减压阀的有效性、精度和使用寿命就需要使用较清洁的水。水的清洁也可避免水池、水箱等的清理工作负担。故本次修订将悬浮物含量的要求改为要求浊度不超过5NTU，这是原水混凝沉淀后再通过过滤单元的净化就可以实现的。
(4)有消息称，某国外采煤机厂家提出超乎寻常的高水质要求。要求大肠菌和粪大肠菌均为零，对水中电解质含量要求也超过饮用水的标准。一般净水工艺是做不到的。《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2005提出大肠菌群和粪大肠菌群不得检出的要求就是出于这个原因。但按照特殊情况特殊对待的原则，井下用水水质标准照顾大多数情况才是合理的，因为现在还没有证据证明这种特殊情况是一个必然的发展趋势。
(5)另外考虑到结垢问题，滚筒采煤机、掘进机等喷雾用水要求水的碳酸盐硬度不超过3mmol／L(相当于16．8德国度)。这是很长时间沿用的标准。本次修订维持这个标准，但换成多数人熟悉的以CaCO3计的硬度单位，即300mg／L。
(6)本次修订在水质标准中增加有机质含量BOD5一项，原本是为了对原水含有生活污水的再生水进行水质控制。考虑到各种水源都存在水质较复杂的情况，保留作为一般的要求。而污水再生水另增第4．3．4条关于流程和运行管理上的规定。
根据有关文献，再生水回用的水质指标体系应包括感官指标、化学指标、生物学指标及特征污染物指标。在选择指标及斟酌指标值的时候还要注意操作的可行性。根据井下用水的特点，除了附录B之外，再生水回用于井下按车辆冲洗水质控制比较合适。
表3若干再生水回用水质指标比较
注：1*摘自现行国家标准《城市污水再利用城市杂用水》GB／T18920-2002。
2*摘自现行国家标准《城市污水再利用景观环境用水水质》GB／T18921-2002。
按现行行业标准《水景喷泉工程技术规程》CECS218：2007第4．2．7条规定“(水景喷泉工程)在水资源匮乏地区，如采用冉生承作为初次冲水或补水水源，其水质不应低于现行国家标准《城市污水苒生剩用景观环境用水水质》GB／T18921的规定。”
3*摘自现行国家标准《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB／T18921的规定。
4*阳泉新景煤矿。
附录C各种类型雾化喷嘴的适用场合
附录C 各种类型雾化喷嘴的适用场合
表C 雾化喷嘴的适用场合
注：表中“○”代表适用，“—”代表不适用。
附录D水喷雾喷嘴参考资料
▲ 条文说明
目前我国有很多家生产厂生产井下使用的喷雾喷嘴，有的已经形成系列。设计中如需要确定具体喷嘴的型号，宜搜集这些生产厂的产品目录。附录D沿用上一版的原有内容。是根据当时煤炭科学院重庆分院的部分产品资料简化整理的图表，可以反映这些喷嘴的特性的分布情况。在无产品目录时可用这个图标作为设计的参考资料。设计中应根据需要确定喷嘴的特性。只要特性在附录给出的特性范围内，都能从生产厂采购到。
D.0.1 Y系列压气喷嘴特性可按表D.0.1的规定取值。
表D.0.1 Y系列压气喷嘴特性
注：表中流量是在0.1MPa～0.3MPa水压及0.3MPa～0.7MPa气压下的数值。射程是水压为0.2MPa时的数值。YA、YB型为单孔喷嘴，其余型号是多孔喷头。
D.0.2 YG型多孔压气喷嘴的参数，应按表D.0.2的规定选取。
表D.0.2 YG型压气喷嘴特性参数范围
D.0.3 部分标准喷嘴特性分布见图D.0.3。图D.0.3中的流量为水压1.0MPa时的数值。不同水压下的流量可按流量与水压的平方根成正比的规律推算。
）分布范围；2—Q系列喷嘴（）分布范围；3—S系列
）分布范围；4—B系列喷嘴（）分布范围；5—D系列喷嘴（）分布范围；附录E常用管道沿程水头损失计算公式
附录E 常用管道沿程水头损失计算公式
E.0.1 常用管道沿程水头损失计算可采用下列公式：
1 曼宁（Manning）公式：
式中：i——单位水头损失(m／m)；
n——管壁粗糙系数，对于钢管可取0.014，或按表E.0.1取值；
v——水的计算流速(m／s)；
R——水力半径，水流截面面积除以湿周长。满流圆管为管道计算直径的1／4(m)。
2 黑曾-威廉斯（Hazen-Williams）公式：
式中：C——阻力系数，对于钢管可取90，或按表E.0.1取值；
dj——计算管径，按实际内直径计(m)；
Q——流量(m3／s)。
表E.0.1 管道粗糙系数及阻力系数
附录F推荐在井下采用的管道防腐预处理工艺和涂层
附录F 推荐在井下采用的管道防腐预处理工艺和涂层
表F 推荐在井下采用的管道防腐预处理工艺体系和方案及对应的工艺和涂层汇总
注：1 厚度单位均为μm；
2 带(*)号不适用于井下酸性水质的场合。
本规范用词说明
1 为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：
1)表示很严格，非这样做不可的：
正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；
2)表示严格，在正常情况下均应这样做的：
正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；
3)表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：
正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；
4)表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合……的规定”或“应按……执行”。
引用标准名录
《室外给水设计规范》GB 50013
《室外排水设计规范》GB 50014
《工业用水软化除盐设计规范》GB／T 50109
《煤矿井巷工程施工规范》GB 50511
《煤炭工业给水排水设计规范》GB 50810
《城市污水再生利用 城市杂用水水质》GB／T 18920
《煤矿井筒装备防腐蚀技术规范》MT／T 5017
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