馬寅初

(山西中遠設計工程有限公司)

研究高礦化度礦井排水綜合利用系統(tǒng)的設計

馬寅初

(山西中遠設計工程有限公司)

在對高礦化度礦井排水系統(tǒng)進行設計的時候，需要考慮煤炭工業(yè)不同用水水質(zhì)要求的情況，因此應當采用分質(zhì)處理以及分質(zhì)供水系統(tǒng)。同時要降低脫鹽水的工作量，做到高礦化度礦井排水綜合利用，另外還要做到濃鹽水的循環(huán)利用，以免對水資源造成污染。

高礦化度；礦井排水；系統(tǒng)設計

一、前言

我國的高礦化度礦井排水主要分布在在西北礦區(qū)。近幾年，礦井的規(guī)模不斷擴大，礦井排水量也相應增加，但是礦井產(chǎn)生的濃鹽水直接外排，這在一定程度上增加了地表水的含鹽量，容易造成土壤鹽堿化，，同時我國西北地區(qū)一些地方嚴重缺水，而部分礦井正好處在這些缺水地區(qū)，水資源不充分，工業(yè)與農(nóng)業(yè)用水之間矛盾比較突出。而高礦化度礦井排水綜合利用一方面能夠解決礦井的水資源缺乏問題，另一方面能夠一定程度上改善周圍環(huán)境，因此本文主要是著重分析高礦化度礦井排水綜合利用系統(tǒng)的設計。

二、高礦化度礦井的概況

西北地區(qū)某礦井規(guī)模為12.0Mt/a,并且規(guī)模為12.0Mt/a的選煤廠。該礦井處在嚴重缺水的西北黃土高原，附近雖然有三條地表河流，但是徑流量比較小，水質(zhì)屬于I I I類，,礦化度達到324～712m g/L,礦區(qū)區(qū)域內(nèi)農(nóng)田分布廣泛。同時一天里礦井正常涌水量17756m3，礦井排水量并不是固定的，一般情況下開采時間、季節(jié)、周圍地下水疏干等都會對其產(chǎn)生一定的影響。為了保證水源供水的安全，礦井的設計必須考慮0.3～0.5折減系數(shù)，如果折減系數(shù)按0.5考慮的時候，一天中礦井排水安全供水量應為8928m3,投入使用后，礦井一天中最高的用水量為8707m3，選煤廠的日用水量與礦井一樣，這些用水量包括了生活生產(chǎn)用水、選煤工藝生產(chǎn)補充水、井下進口采煤機用水、井下生產(chǎn)除塵灑水、井下黃泥灌漿用水等。

三、礦井排水和用水水質(zhì)要求

一般情況下，礦井排水一定要經(jīng)過處理后才能排到外面，生活用水的供給一定要經(jīng)過脫鹽處理，部分生產(chǎn)用水以及井下進口采煤機用水同樣也需要經(jīng)過脫鹽處理。該礦井選煤廠的選媒工藝采用的是重介質(zhì)淺槽洗煤工藝。重介質(zhì)選煤工藝涉及到分選介質(zhì)，一般來說分選介質(zhì)主要有兩種，一種是重液，另一種是懸浮液，通常無機鹽水溶液或者有機溶液都可以作為重液使用，但是重液具有難以回收的缺點，所以并沒有被應用于工業(yè)中。當前，主要是采用懸浮液作為分選介質(zhì)，懸浮液是由礦粉與水配制而成的，它可以進行回收。

四、高礦化度礦井排水系統(tǒng)的設計

1.絮凝沉淀工藝處理

該礦井不同用水點要求的水質(zhì)標準不一樣，因此礦井排水系統(tǒng)的設計必須遵循分質(zhì)處理和分質(zhì)供水的原則。礦井排水需要采用絮凝沉淀的方式處理，把懸浮物和色度消除掉，直到符合煤炭工業(yè)污染物排放一級標準，同時還要滿足電廠水源供水的要求。一般來說，經(jīng)過絮凝沉淀過濾后的水質(zhì)含鹽量濃度沒有多大的改變，含鹽量大約為4560mg/L，濁度小于1N T U，這種含鹽量的水一方面可以用在井下消防防塵沖洗灑水，另一方面也可以用于地面消防及生產(chǎn)系統(tǒng)防塵沖洗用水[5]。

2.脫鹽水工藝處理

生產(chǎn)用水、生活用水以及消防用水需要統(tǒng)一采用脫鹽水處理方法，以達到用水的標準，一般來說，只要脫鹽水含鹽量小于300m g/L即滿足生活飲用水的要求，采煤機用水要求的含鹽量同樣是小于300m g/L，這類水質(zhì)的指標主要是使用在工業(yè)場地地面、井下采煤機以及掘進機[4]。但是使用脫鹽水處理方法需要的經(jīng)費比較高，因為脫鹽水處理工藝通常采用反滲透技術，投資的費用和運行經(jīng)費非常的高。為了減少投資的費用和運行經(jīng)費，避免對環(huán)境造成污染，在高礦化度礦井排水系統(tǒng)的時候，應當盡可能的減少脫鹽水處理工藝的使用次數(shù)。

3.濃鹽水處理

為了減少礦井附近水資源的污染，濃鹽水應做到循環(huán)使用。一般來說濃鹽水思維T D S大約為15240m g/L,濁度小于1N T U,并且不含有顆粒物。這個標準的水指標不符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準，工作人員不能把水直接往外排，如果排到外面，容易造成地表水和地下水污染，并且使礦井附近的土壤嚴重鹽堿化。目前處理濃鹽水主要有兩種方法：（1）建設蒸發(fā)池。西北地區(qū)降雨量小于水分蒸發(fā)量，因此可以把濃鹽水排入建設好的的蒸發(fā)池內(nèi)，通過自然蒸發(fā)達到濃縮濃鹽水的目的。但是，通過蒸發(fā)池處理脫鹽水存在一定的局限性，首先，蒸發(fā)池的占地面積比較廣，通常需要占到幾百畝，最重要的是該礦附近有農(nóng)田，不符合國家土地政策標準；其次，在施工過程中涉及到土地防滲問題，如果考慮不周全容易造成地下水污染[3]；再次，需要阻止地表徑流流入蒸發(fā)池，否則容易引起蒸發(fā)池太滿而溢出；最后，蒸發(fā)池的投資成本比較大，并且后續(xù)還需要維護以及運行費用。（2）濃鹽水綜合利用。一方面井下黃泥灌漿用水可以使用濃鹽水，另一方面選煤工藝生產(chǎn)補充水也可以使用濃鹽水，這樣就能循環(huán)利用濃鹽水，不把濃鹽水向外排，以免造成環(huán)境污染，同時還能節(jié)約水資源。

五、高礦化度礦井排水的問題以及解決措施

1.存在的不足

一般井下黃泥灌漿是用在采空區(qū)防滅火的，如果采空區(qū)比工作面高的情況下，黃泥灌漿的少部分滲透水就會趁機滲透到礦井排水中，這樣不僅加大了礦井的排水量，同時還增加了礦井排水的含鹽濃度。另外，在特殊情況下，礦井及選煤廠的用水量要求比礦井排水量小的時候，就會造成絮凝沉淀池出現(xiàn)溢流水的現(xiàn)象，這時就需要把水往外排，而絮凝沉淀池的水標準不符合農(nóng)田灌溉用水標準，不能直接往外排，這時可以采用脫鹽水工藝處理，但是耗費的資金比較大，不經(jīng)濟實惠，而且還會使?jié)恹}水量增多，容易產(chǎn)生二次污染[2]。

2.解決措施

首先，針對礦井排水出現(xiàn)的問題，在對礦井排水系統(tǒng)進行設計時可以采用分質(zhì)供水的系統(tǒng)以及，采用分質(zhì)供水的系統(tǒng)一方面可以減少脫鹽水用水量，另一方面可以使?jié)恹}水總量變少。通過采用分質(zhì)供水系統(tǒng)的方式，可以減少脫鹽水和濃鹽水的總量，減少礦井附近突然的鹽堿化，減少水資源的污染，起到保護生態(tài)環(huán)境的作用；其次，在設計過程中，同時也可以采用高濃度的黃泥灌漿技術，黃泥灌漿技術的實施可以使礦井下的濃鹽水滲透總量變少，同樣可以減少突然的鹽堿化，減少環(huán)境污染；再次，相關人員可以在礦井下的采空區(qū)域設置小圍堰，通過這樣的措施就可以防止黃泥濃鹽水的徑流流入礦井，增加礦井排水的濃鹽水總量，并且當遇到采空區(qū)比工作面低的情況下，黃泥灌漿用水將不會流入礦井排水中，而是自動滲入到下面的地層中[1]；最后，絮凝沉淀池溢出來的水可以提供給電廠使用，或者也可以把出水口設計在地表水河道中部，這樣就可以使礦井排水稀釋，降低含鹽濃度。

高礦化度礦井排水綜合利用系統(tǒng)的設計主要是采用分質(zhì)處理方法以及分質(zhì)供水系統(tǒng)，通過這樣的設計可以滿足煤炭工業(yè)不同用水水質(zhì)要求，同時又可以循環(huán)利用濃鹽水，降低礦井附近土壤鹽堿化，減少環(huán)境污染，保護環(huán)境，促進生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)發(fā)展。

[1]李宏偉,魏娟.鄒平銅礦礦井排水綜合處理及銅離子回收技術研究項目獲山東省科技進步三等獎[J].山東水利.2012,09(01):10-15

[2]黃敬忠.延伸礦井排水能力探析[J].煤礦開采.2012,10(12):70-74

[3]姚楓.淺論新疆煤礦礦井排水的處理問題[J].新疆環(huán)境保護.2013,03(02):97-102

[4]朱文軍.提高礦井排水系統(tǒng)效率及節(jié)約電能的有效途徑[J].煤炭技術.2013,07(09):24-33

[5]陳晶.大水礦山礦井排水存在的問題分析[J].礦業(yè)快報.2014,02(08):89-93

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1007-6344（2015）10-0124-01

馬寅初，男，1982年4月生，本科學歷，工程師，山西中遠設計工程有限公司，山西省太原市，030001）