福建省華廈建筑設(shè)計(jì)院 張翠華

煤炭資源是福建省重要戰(zhàn)略資源之一，約占全省能源消耗的60%～70%，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)不會有根本性的改變，因此，對煤礦設(shè)計(jì)更應(yīng)精益求精，精心設(shè)計(jì)。池坪蘆坑煤礦，隸屬于三明順發(fā)礦業(yè)有限公司，煤礦位于三明市三元區(qū)南東 170°，直距約 20km，礦井生產(chǎn)能力確定為30萬噸/年，服務(wù)年限為26.4年。

1 自然水環(huán)境對礦井的影響分析和對策

1.1 地表水的分析和對策

礦區(qū)位于區(qū)域水文地質(zhì)單元中的逕流、排泄區(qū)中，即以北東分水嶺東南坡。屬中低山構(gòu)造侵蝕地貌，植被發(fā)育。地勢西北高，東南低。礦區(qū)地勢較陡，溝谷切割較深，山坡坡度一般為20～40°，局部45°以上。

地表水系較發(fā)育，呈樹枝狀，主要溝谷為池坪溝谷，為礦區(qū)內(nèi)最大地表水體，枯季流量 50.20L/s。區(qū)內(nèi)最大水系為池坪溝及兩個(gè)叉溝（蘆坑溝和叉溪溝），這些溝谷穿過井田，由于距下部賦存的可采煤層較遠(yuǎn)（超過250m），對礦井的開采影響不大，故地表水對礦井充水無影響。

1.2 地下水的分析和對策

礦區(qū)地下水流向與地形坡向基本一致，地下水有:（1）風(fēng)化帶裂隙潛水，分布于地表淺部，但對礦井充水無影響；（2）基巖裂隙承壓水，礦區(qū)風(fēng)化帶以下，含水層厚度小，對礦井充水一般無影響；（3）斷層，礦區(qū)斷層不發(fā)育，地表斷層為不導(dǎo)水?dāng)鄬?，對礦井充水無影響。因此可以斷定地下水對礦井充水無影響。

1.3 礦坑充水因素分析和對策

大氣降水:大氣降水是礦區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源。

地下水:對礦井充水無影響。

地表水:對礦井充水無影響。

老窯:十幾個(gè)老硐現(xiàn)已全部關(guān)閉。經(jīng)調(diào)查，沒有發(fā)現(xiàn)下山開采，全部為平硐開采，且沒有積水現(xiàn)象。因此老窯對礦井充水無影響。

綜上所述，大氣降水是未來礦井主要充水因素。因此在設(shè)計(jì)中我們偏重于大氣降水對礦區(qū)影響的治理。在礦井的主入口及易透水位置設(shè)置排洪溝，以減少大氣降水對礦區(qū)的影響。

本礦井防洪排澇，要結(jié)合礦區(qū)的工農(nóng)業(yè)建設(shè)和礦井開采后的地形變化進(jìn)行規(guī)劃，并與當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)田水利規(guī)劃相協(xié)調(diào)，礦區(qū)內(nèi)的河流溝谷，對防洪排澇有影響的，不輕易改變其自然形態(tài)；需要改變時(shí)應(yīng)與有關(guān)部門取得協(xié)議，并再進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，提出可靠的防洪措施后確定。

根據(jù)《煤炭工業(yè)礦區(qū)總體設(shè)計(jì)規(guī)范》MT 5006-94的規(guī)范要求，本礦屬小型煤礦，井口及其生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)的防洪的設(shè)計(jì)頻率為1/50,但是當(dāng)觀測洪水（包括調(diào)查可靠、有重現(xiàn)可能的歷史洪水）高于以上標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，即按觀測洪水設(shè)計(jì)；當(dāng)觀測洪水低于防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則按防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 礦井水的分析與處理

煤炭開采過程中排放大量廢水，若不經(jīng)處理直接排放，勢必對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時(shí)造成水資源的大量浪費(fèi)，無法實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國40%的礦區(qū)嚴(yán)重缺水，已制約了煤炭生產(chǎn)的發(fā)展。開發(fā)、管理、利用好煤礦水資源，對煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此，將煤礦礦井水處理后，作為煤礦工業(yè)用水或生活用水，不僅解決了礦區(qū)缺水問題，而且充分利用了礦井水資源，符合當(dāng)今社會的發(fā)展需要。

2.1 概況

池坪蘆坑煤礦設(shè)計(jì)礦井總排水量約為:300m3/h，礦井水的特點(diǎn)是:含有較多煤粒、巖、粉等懸浮物，其總硬度及礦化度并不高，但大腸菌群超標(biāo)。采用混凝、沉淀、過濾、消毒處理技術(shù)，處理后可作為生產(chǎn)用水。

2.2 工藝流程的選擇

傳統(tǒng)的礦井水處理設(shè)施是針對處理煤泥水的，主要采用平流式沉淀池，效果不是很理想，處理后水質(zhì)達(dá)不到新的排放標(biāo)準(zhǔn)，并且人工操作非常麻煩。經(jīng)過調(diào)研，結(jié)合我院在處理同類項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過方案比較及經(jīng)濟(jì)分析，本設(shè)計(jì)采用混合+反應(yīng)+斜管沉淀的處理工藝，選用 SKC型水力自控斜管沉淀池。工藝流程圖如下:

圖1 工藝流程圖

2.3 工藝方案說明

礦井水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水量水質(zhì)的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)池設(shè)有污水提升泵，通過污水提升泵直接打入SKC-300斜管沉淀器（直徑×高度=6.86m×5.3m）處理。在調(diào)節(jié)池污水提升泵與斜管沉淀器之間設(shè)置 SF管道混合器，混凝劑與污水經(jīng)混合器后充分混合，進(jìn)入SKC-300斜管沉淀器管板反應(yīng)室，斜管沉降室處理后投加消毒劑消毒后達(dá)標(biāo)排放。處理后濁度小于10NTU。設(shè)備排泥進(jìn)入污泥回收池，處理后對煤粉進(jìn)行回收，上清液回流至調(diào)節(jié)池處理。

2.4 工藝技術(shù)方案特點(diǎn)

2.4.1 本工藝方案符合處理水質(zhì)要求，工藝流程簡單，投資省。

2.4.2 一體化凈水器凈水效率高，占地面積小，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。

2.4.3 自動反沖洗與自動排泥，自動化程度高，減少了誤操作，減輕了勞動量。

2.5 SKC-300型水力自控斜管沉淀池

SKC-300型水力自控斜管沉降池將反應(yīng)和沉淀兩個(gè)階段的單體設(shè)備優(yōu)化組合在一起，并采用水力自控排泥的一體化凈水設(shè)備。

2.5.1 管板反應(yīng)室

管板反應(yīng)室是較先進(jìn)的絮凝反應(yīng)單元。它具有水流收縮時(shí)間長，懸浮物與藥劑接觸碰撞時(shí)間長，造成的微旋渦數(shù)量、尺度都很理想等特點(diǎn)，從而大大提高了反應(yīng)效率?？傮w來說，本反應(yīng)室的特點(diǎn)是反應(yīng)效率高，不積泥，向沉淀池布水均勻。

2.5.2 斜管沉淀室

斜管沉淀是在我國已經(jīng)運(yùn)用近 30年的成功高效沉淀技術(shù)。從水力學(xué)角度來講，斜管水力半徑小，濕周大，所以沉降效率高。通俗地說，一根斜管就是一個(gè)小沉淀池，其沉降距離短，大大提高了沉降效率。千萬個(gè)小沉淀池組成一個(gè)大型斜管沉淀池，能頂4個(gè)以上的其它無填料沉淀池，這才有鋼結(jié)構(gòu)一體化設(shè)備的可能性。

2.5.3 污泥濃縮室

進(jìn)入污泥濃縮室的污泥經(jīng)沉降得以濃縮，通過由自動（或手動）控制的液動快開排泥角閥排到污泥池。排泥周期和排泥時(shí)間可任意設(shè)定。

2.5.4 鋼結(jié)構(gòu)斜管沉淀器的防腐

內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)表面全部采用襯玻璃鋼防腐結(jié)構(gòu)，可有效解決脫硫循環(huán)水對設(shè)備的腐蝕問題。

2.5.5 設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)沉淀池處理出水大部分濁度為10NTU左右的要求，本方案設(shè)計(jì)斜管上升流速較低，設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.5.6 設(shè)備特點(diǎn)

（1）實(shí)現(xiàn)了水力自控排泥，減少了管理與維修，排泥含水率低；

（2）結(jié)構(gòu)緊湊合理，流程順暢，占地面積小，建設(shè)周期短，投資省；

（3）設(shè)計(jì)指標(biāo)可根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)要求改變，運(yùn)行穩(wěn)定，抗沖擊能力強(qiáng)，出水水質(zhì)好；

這套自動化礦井水處理系統(tǒng)在提高工作效率的同時(shí)，也大大降低了工人的勞動強(qiáng)度。礦井水經(jīng)過處理后返回井下，用于工作面的除塵、噴霧、井下消防等。這樣不僅使水資源得到了利用，而且免繳納超標(biāo)罰款和排污費(fèi)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會效益。

3 井下消防灑水管管材的選擇和敷設(shè)

本礦井的能力為30萬噸/年，所設(shè)計(jì)應(yīng)滿足《煤炭工業(yè)小型礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50399―2006的要求，井下消防灑水管道的設(shè)計(jì)宜采用消防與灑水合一的枝狀管網(wǎng)，有條件時(shí)宜設(shè)計(jì)成環(huán)狀管網(wǎng)。管道水流方向與巷道中風(fēng)流方向相一致或在火災(zāi)時(shí)能夠臨時(shí)改變成一致。并在井下消防灑水主次干管上設(shè)置各類生產(chǎn)和消防所需的灑水栓、閥門、消火栓等設(shè)施。

井下消防灑水管道在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中一般選用無縫鋼管。由于井下環(huán)境條件較差，空氣濕度大，管道極易腐蝕，而且我省有些礦井水本身帶酸或堿性，故管道、閥門、管件、支吊架等構(gòu)件須做防腐預(yù)處理。當(dāng)為酸性水時(shí)或含鹽量較高時(shí)，采用氯化橡膠系列防腐涂料;當(dāng)為中性至堿性水時(shí)，可采用無機(jī)富鋅底漆進(jìn)行防腐處理。所以施工時(shí)比較麻煩，且管材壽命比較低。隨著近幾年鋼絲網(wǎng)骨架塑料復(fù)合管的普及和應(yīng)用，我們對這種管材有了更深入的了解，并且礦井專用的鋼絲網(wǎng)骨架塑料復(fù)合管也應(yīng)運(yùn)而生，經(jīng)過各項(xiàng)比較(見表2)，我們在該礦井的井下消防灑水管的設(shè)計(jì)中采用鋼絲網(wǎng)骨架塑料復(fù)合管。

表2 無縫鋼管/鋼絲網(wǎng)骨架塑料復(fù)合管性能比較

鋼絲網(wǎng)骨架塑料復(fù)合管的敷設(shè)采用電熱熔連接，P=1.6MPa，給水管道每 80～100m 設(shè)一個(gè)伸縮節(jié)，給水管掛在支架上（見圖2），支架間距為1.5m，并且每30m設(shè)一個(gè)水泥支墩。在管道的最高處設(shè)排氣閥，最低處設(shè)排水閥。

圖2 巷道剖面圖

4 結(jié)語

煤炭是重要能源和工業(yè)原料，是推動我省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大動力，而煤炭工業(yè)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步息息相關(guān)。通過分析礦井的具體情況，使用新技術(shù)新材料，更有利于加強(qiáng)煤礦的有序開發(fā)，利于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，保護(hù)礦區(qū)環(huán)境，促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

[1]煤炭工業(yè)礦區(qū)總體設(shè)計(jì)規(guī)范（MT5006―94）.

[2]煤炭工業(yè)小型礦井設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50399―2006）.

[3]給水鋼絲網(wǎng)骨架塑料(聚乙烯)復(fù)合管管道工程技術(shù)規(guī)程, CECS 181:2005.

[4]池坪蘆坑煤礦初步設(shè)計(jì)說明書.

[5]池坪蘆坑煤礦環(huán)境影響報(bào)告書.