李仁永

（萊蕪市萬(wàn)祥礦業(yè)有限公司潘西煤礦，山東 萊蕪 271107）

1 工程概況

萊蕪市萬(wàn)祥礦業(yè)有限公司潘西煤礦是新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司子公司，1958年建井，1960年7月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬(wàn)t/a。礦井改擴(kuò)建工程自1994年9月正式開(kāi)工，于2002年6月竣工。礦井生產(chǎn)能力由30萬(wàn)t/a擴(kuò)至60萬(wàn)t/a，2006年礦井生產(chǎn)能力核定為95萬(wàn)t/a?，F(xiàn)礦井為4級(jí)排水和2級(jí)排水兩部分構(gòu)成，礦井總涌水量1144m3/h，其中-150m水平涌水量27m3/h，-350m水平涌水量14m3/h，-740m水平涌水量1000m3/h，-740m水平下部涌水量103m3/h。礦井主要涌水量為疏放奧灰水，其水質(zhì)清潔而且溫度較高（34～42℃），當(dāng)前混流排放。為充分利用礦井水資源，現(xiàn)實(shí)施礦井水清污分離排放，并擬將高溫清水進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用。一是經(jīng)簡(jiǎn)單處理由水源熱泵加熱后，作為職工洗浴用水；二是作為冬季工業(yè)廣場(chǎng)、社區(qū)供暖系統(tǒng)的補(bǔ)水水源；三是用于萊蕪熱電廠冷卻水、洗浴中心、溫泉小鎮(zhèn)等。

2 礦井各水平排水系統(tǒng)現(xiàn)狀及涌水點(diǎn)

潘西煤礦現(xiàn)有四個(gè)中央泵房，分別為-150m、-350m、-740m和-1100m中央泵房，分為四級(jí)排水和兩級(jí)排水，如圖1所示。

圖1 礦井排水系統(tǒng)

2.1 各水平排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

-150m水平水倉(cāng)容量3014m3（內(nèi)倉(cāng)1495m3，外倉(cāng)1519m3），安裝水泵五臺(tái)，其中MD720-60×7水 泵 2臺(tái)（1#、5#），MD500-57×7水 泵 3臺(tái)（2#～4#）。安裝Φ325mm立排管路3趟，長(zhǎng)度420m；Φ325mm斜排2趟，1200m。3#～5#水泵分布于內(nèi)倉(cāng)，1#、2#水泵分布于外倉(cāng)。

-350m水平水倉(cāng)容量2860m3（內(nèi)倉(cāng)1242m3，外倉(cāng)1618m3），安裝水泵5臺(tái)，其中MD500-57×5水泵 3臺(tái)（2#、4#、5#），MD720-60×4水泵 2臺(tái)（1#、3#）。安裝Φ325mm的管路2趟，Φ273mm的管路2趟，長(zhǎng)度760m。1#、2#水泵分布于內(nèi)倉(cāng)，3#～5#水泵分布于外倉(cāng)。

-740m水平水倉(cāng)容量12200m3（內(nèi)倉(cāng)3000m3，外倉(cāng)4200m3，外環(huán)水倉(cāng)5000m3），安裝水泵8臺(tái)， 其 中 立 排 4臺(tái)：PJ200B×12、MD420-96×12水泵各2臺(tái)，排水量420m3/h；斜排4臺(tái)：300DF65×8、MD600-65×8水泵各2臺(tái)，排水量600m3/h。斜排安裝Φ325mm的管路3趟，立排安裝Φ325mm的管路3趟。1#～4#水泵分布于內(nèi)倉(cāng)，5#～8#水泵分布于外倉(cāng)。

-1100m水平水倉(cāng)容量8090m3（內(nèi)倉(cāng)3756m3，外倉(cāng)4334m3），安裝MD650-80×6水泵5臺(tái)，排水量650m3/h。安裝Φ351mm的管路3趟。3#～5#水泵分布于內(nèi)倉(cāng)，1#、2#水泵分布于外倉(cāng)。

2.2 高溫清水涌出點(diǎn)水量及水溫

（1）-1100m西大巷放水鉆孔水量100m3/h，水溫42℃。

（2）-740m東大巷水量200m3/h，水溫34℃。

（3）-740m后四石門(mén)水量79m3/h，水溫34℃。

（4）6197疏水巷水量460m3/h，水溫37℃。

3 實(shí)施措施

將-150m，-740m，-1100m水平的內(nèi)倉(cāng)及-350m水平的外倉(cāng)全部空出，并進(jìn)行沖刷，水倉(cāng)入口及泵房的吸水井口進(jìn)行封閉，防止熱量外溢。

3.1 -1100m水平

將-1100m西大巷各放水孔的水利用Φ159mm或Φ200mm管路引至-1100m內(nèi)倉(cāng)，并將管路進(jìn)行保溫處理。利用現(xiàn)有的一趟Φ351mm＋Φ325mm管路將內(nèi)倉(cāng)的清水排至-740m水平內(nèi)倉(cāng)中。

3.2 -740m水平

（1）在-740m西大巷與后四石門(mén)交叉點(diǎn)處埋管，將后四石門(mén)的水引至-740m車(chē)場(chǎng)水溝內(nèi)，使其進(jìn)入-740m內(nèi)倉(cāng)中。

（2）6197上排的水已用Φ200mm的PVC管接至-740m西大巷中部，再外接750m可匯至-740m車(chē)場(chǎng)水溝，進(jìn)入-740m內(nèi)倉(cāng)。沿途管路要進(jìn)行保溫處理。

（3）-740m東大巷水平水倉(cāng)至-740m空車(chē)線已敷設(shè)一趟Φ325mm鋼管，可再安裝一路Φ325mm鋼管450m至車(chē)場(chǎng)水溝內(nèi)，并將管路截門(mén)改至放水管口處，以方便開(kāi)關(guān)。

（4）將后四放水口至-740m內(nèi)倉(cāng)的水溝先上覆舊膠帶，后用蓋板壓實(shí)，再用水泥漿勾縫，以防熱量散失。

3.3 -350m水平

將-740m的兩趟斜排管路進(jìn)行保溫處理，并在-350m水倉(cāng)入口處延至外倉(cāng)中。調(diào)整泵房?jī)?nèi)的旁路截門(mén)，使外倉(cāng)的3#～5#水泵使用兩趟Φ325mm管排水?？紤]到-350m管子井的進(jìn)風(fēng)量較小，熱量散失也小，管路不再進(jìn)行保溫處理。

3.4 -150m水平

-350m管子井口至-150m水倉(cāng)口現(xiàn)已安裝一趟Φ325mm鋼管，將其延至內(nèi)倉(cāng)中，并將管路和水溝進(jìn)行保溫處理即可。調(diào)整-150m泵房?jī)?nèi)的旁路截門(mén)，使內(nèi)倉(cāng)的3#～5#水泵使用兩趟斜排管路排水，并對(duì)兩趟斜排管路進(jìn)行保溫處理。

3.5 工業(yè)廣場(chǎng)

將地面水源熱泵的兩個(gè)污水池進(jìn)行排污處理，用于儲(chǔ)存井下高溫清水，并從兩池分流利用。

（1）礦井水處理流程圖如圖2所示。

圖2 礦井水處理流程圖

（2）礦井水處理工藝

礦井水經(jīng)原水泵（利用現(xiàn)有）排至全自動(dòng)過(guò)濾器，去除水中機(jī)械雜質(zhì)和固體懸浮物后，一部分過(guò)濾水進(jìn)入生活雜用水池，另一部分過(guò)濾水再經(jīng)全自動(dòng)軟化器將水質(zhì)硬度降低，然后經(jīng)過(guò)袋式過(guò)濾器（防止樹(shù)脂泄漏造成對(duì)后續(xù)供水設(shè)施的破壞）與未軟化的進(jìn)入雜用水池過(guò)濾水混合為適合硬度的洗浴用水，進(jìn)入洗浴用水水池。水處理車(chē)間內(nèi)設(shè)備沖洗廢水排放至洗煤廠用水系統(tǒng)。

全自動(dòng)過(guò)濾設(shè)備處理水量為100m3/h×2（同時(shí)使用，作為生活雜用水），全自動(dòng)軟化設(shè)備為30m3/h×2（一用一備，24h不斷水，作為洗浴用水）。經(jīng)此工藝處理后的水中固體懸浮物含量＜3mg/L，渾濁度＜1NTU，軟水總硬度＜1.5mg/L。軟水再混合過(guò)濾水作為洗浴用水，使洗浴用水相關(guān)管道、設(shè)備、噴頭減少結(jié)垢現(xiàn)象，延長(zhǎng)洗浴用水相關(guān)管道、設(shè)備、噴頭的使用壽命，提高洗浴用水品質(zhì)，并有效利用礦井水余熱，符合國(guó)家節(jié)能減排大形勢(shì)要求。

4 節(jié)能效果

4.1 洗浴節(jié)能（每天）

洗浴用水經(jīng)實(shí)際測(cè)算每天需要360m3，水溫40℃。礦井高溫清水排至地面處理后，平均溫度為32℃。地面自來(lái)水平均水溫為20℃。則該溫差（12℃）需要吸收的熱量為：

式中：

C-水的比熱容：4.2×103J/kg·℃；

m1-洗浴用水量360×103kg；

Δt1-水溫從20℃升高至32℃的溫差為12℃。

考慮機(jī)械及換熱效率后實(shí)際需要的熱量為：

該燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于匹配10-12米的大巴產(chǎn)品，亞星和中通客車(chē)將率先實(shí)現(xiàn)批量配套。濰柴的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)先實(shí)現(xiàn)匹配客車(chē)產(chǎn)品，后續(xù)或也實(shí)現(xiàn)匹配中卡、重卡。

式中：

η1-機(jī)械效率80%；

η2-換熱效率80%。

換算為電功率為：

式中：

1kW·h=3.6×106J

4.2 供暖補(bǔ)水節(jié)能

冬天供暖每天需要補(bǔ)水約20m3，則礦井水（32℃）與自來(lái)水（10℃）補(bǔ)水溫差（22℃）需要吸收的熱量為：

式中：

C-水的比熱容，取4.2×103J/kg·℃；

m2-供暖每天補(bǔ)水量，取20×103kg；

Δt2-水溫從10℃升高至32℃的溫差為22℃。

考慮換熱效率后實(shí)際需要的熱量為：

式中：

η2-換熱效率，取80%。

換算為電功率為

4.3 年節(jié)約電費(fèi)

式中：

a1-洗浴天數(shù)，取365d；

a2-供暖天數(shù)，取120d；

q-年平均電價(jià)，取0.65元/ kW·h。

5 結(jié)語(yǔ)

工程按規(guī)劃實(shí)施后，不僅使礦井水得到深度利用，還能夠?qū)崿F(xiàn)礦井水清污分離排放，提高水泵的排水效率，減少水泵及管路的結(jié)垢和磨損，并且能夠有效地減少井下高溫?zé)崴畬?duì)礦井風(fēng)流溫度的影響，具有較好的經(jīng)濟(jì)和安全效益。