郭全順

(同煤集團(tuán) 大唐塔山煤礦有限公司， 山西 大同 037001)

0 引言

同煤集團(tuán)大唐塔山煤礦位于大同市南郊區(qū)楊家窯村，其礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為15 Mt/a，采用平硐開(kāi)拓方式。礦井目前回采盤(pán)區(qū)為一盤(pán)區(qū)、二盤(pán)區(qū)、三盤(pán)區(qū)，回采煤層為石炭系3#～5#煤層，采用綜合機(jī)械化采掘工藝。

根據(jù)塔山煤礦提供的地質(zhì)資料顯示，礦井生產(chǎn)期間涌水量大，主要來(lái)源于上覆侏羅系采空區(qū)積水，其2#、4#層近距離采空區(qū)積水，小煤柱工作面同層采空區(qū)積水，寒武-奧陶系巖溶承壓水等，礦井平均涌水量達(dá)65 m3/h。

為保證礦井生產(chǎn)的安全，塔山煤礦在1070運(yùn)輸大巷3 500 m處建立一個(gè)中央水泵房，主要用于礦井積水排放，水泵房容積為4 500 m3，中央水泵房通過(guò)安裝的5臺(tái)MD280型多級(jí)離心式水泵將污水排至地面山頭污水處理站。但塔山煤礦回采煤層穩(wěn)定性差，回采期間積水中煤泥量大，導(dǎo)致污水進(jìn)入水泵房后水倉(cāng)內(nèi)煤泥淤積量大，需每隔10 d進(jìn)行人工清理，不僅加大了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且污水處理時(shí)耗電量大、效果差，對(duì)礦山環(huán)境破壞性也大。對(duì)此通過(guò)分析研究，為了減少污水排放量，提高污水處理能力，實(shí)現(xiàn)污水循環(huán)恒壓利用，需設(shè)計(jì)一套閉式恒壓循環(huán)污水處理系統(tǒng)，主要包括閉式污水循環(huán)處理系統(tǒng)和恒壓供水控制系統(tǒng)兩部分[1]。

1 閉式污水處理系統(tǒng)

1.1 閉式污水循環(huán)處理系統(tǒng)

采用磁分離水體凈化成套技術(shù)設(shè)備，處理水量為300 m3/h，將礦井污水通過(guò)管道排入系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行凈化處理。系統(tǒng)主要包括著水砂分離器、沉淀池、混凝反應(yīng)池、固液分離設(shè)備、電控系統(tǒng)、磁分離機(jī)、污泥池、壓濾機(jī)等部分組成，如圖1所示。其電控系統(tǒng)主要包括聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)、PLC控制柜、遠(yuǎn)程操控臺(tái)等部分，遠(yuǎn)程操控臺(tái)內(nèi)設(shè)有主機(jī)、打印機(jī)、顯示器，主機(jī)通過(guò)安裝軟件在顯示器界面可現(xiàn)實(shí)閉式污水循環(huán)處理系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間、故障點(diǎn)等，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作控制。

圖1 閉式污水循環(huán)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 閉式污水循環(huán)處理系統(tǒng)工作原理

1) 水泵房?jī)?nèi)污水經(jīng)過(guò)水砂分離器，將污水與砂石進(jìn)行分離，水砂分離后污水進(jìn)入預(yù)沉池進(jìn)行沉淀處理，在預(yù)沉池內(nèi)3個(gè)沉料槽內(nèi)分別埋入吸料管。

2) 預(yù)沉池污水沉淀一段時(shí)間后，池內(nèi)上部污水流入混泥反映池內(nèi)，下部沉淀污物通過(guò)高壓吸泵作用，經(jīng)吸料管進(jìn)入污泥池內(nèi)。

3) 通過(guò)在混泥反應(yīng)池內(nèi)加入磁種和混凝劑對(duì)污水種懸浮顆粒進(jìn)行混凝，混凝后污水經(jīng)高位水箱，將含有磁性凝聚物的混合污水送至分離器中進(jìn)行固液分離[3]。

4) 經(jīng)固液分離后清水直接排至恒壓供水系統(tǒng)，含有磁性物質(zhì)的污水進(jìn)入磁分離機(jī)，并對(duì)鐵質(zhì)進(jìn)行清除；經(jīng)磁分離后污水再次進(jìn)入混凝反應(yīng)池內(nèi)，煤泥進(jìn)入煤泥池內(nèi)。

5) 污泥池煤泥經(jīng)吸泥泵吸入壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，脫水后煤泥排至膠帶輸送機(jī)運(yùn)出。

6) 該系統(tǒng)在進(jìn)行污水處理時(shí)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)化控制，電控系統(tǒng)中PLC控制柜可對(duì)混凝系統(tǒng)及其它設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制作用。

2 恒壓供水控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

恒壓供水控制系統(tǒng)安裝2套恒壓供水系統(tǒng)，每套使用2臺(tái)90 kW水泵(660 V)，2臺(tái)防爆變頻器，1臺(tái)操作臺(tái)，2臺(tái)閥門(mén)控制箱，2臺(tái)PLC控制箱等進(jìn)行調(diào)速控制。該系統(tǒng)以PLC控制的變頻恒壓供水，采用本質(zhì)安全型壓力變送器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出水管路壓力值；可對(duì)系統(tǒng)流量、液位等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；輔以合理的水泵控制策略，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性?？刂品绞椒譃樽詣?dòng)控制、手動(dòng)一鍵控制、就地檢修控制[2]。

2.2 恒壓供水控制系統(tǒng)工作原理

恒壓供水控制系統(tǒng)中清水池水源經(jīng)高壓水泵作用進(jìn)行加壓，經(jīng)過(guò)電控液閥集控系統(tǒng)進(jìn)行流量控制及水壓控制，調(diào)節(jié)后的水流達(dá)到恒壓狀態(tài)，然后經(jīng)供水管路輸送機(jī)至礦井各個(gè)用水點(diǎn)，該系統(tǒng)中水壓控制主要由2種方式：全自動(dòng)恒壓控制和手動(dòng)一鍵控制。

1) 全自動(dòng)恒壓控制。本著水位優(yōu)先的原則實(shí)現(xiàn)各個(gè)水泵的自動(dòng)控制，當(dāng)水位達(dá)到高位或不在低水位值時(shí)，允許開(kāi)啟水泵，之后通過(guò)檢測(cè)管路的壓力值，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的頻率，使設(shè)備在預(yù)設(shè)的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行工作；當(dāng)管路壓力過(guò)低時(shí)，也可以開(kāi)啟備用泵來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓[4]。

2) 手動(dòng)一鍵控制。根據(jù)實(shí)際需要可從自動(dòng)控制方式切換到手動(dòng)控制方式。此方式下操作人員在操作臺(tái)上人工手動(dòng)控制。可對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行啟、停操作但是水泵的頻率值需要人為設(shè)定，并當(dāng)水位過(guò)低時(shí)水泵無(wú)法開(kāi)啟。

3 煤礦閉式恒壓循環(huán)污水處理系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 主要優(yōu)點(diǎn)

1) 系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、故障率低。該系統(tǒng)中所有設(shè)備間采用PLC控制柜聯(lián)鎖控制作用，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，且系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可通過(guò)操控系統(tǒng)定期巡檢各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備故障并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障排除，降低了系統(tǒng)故障率。

2) 自動(dòng)化水平高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。該系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程只需一人在遠(yuǎn)程操控室內(nèi)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀察即可，無(wú)需專人對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守污水處理的目的，大大提高了污水處理自動(dòng)化水平，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3) 減少了污水排放量。采用該系統(tǒng)后可直接對(duì)中央水泵房污水進(jìn)行循環(huán)處理，并對(duì)污水處理后進(jìn)行恒壓處理，供給礦井采掘工作面，減少了地面靜壓水供給量及污水排放量；同時(shí)污水處理后煤泥可直接混入礦井原煤中，提高了煤炭產(chǎn)量[5]。

3.2 主要缺點(diǎn)

1) 由于礦井污水中含鐵器雜質(zhì)較多，閉式污水循環(huán)處理系統(tǒng)中磁分離機(jī)工作時(shí)負(fù)荷量大，導(dǎo)致磁分離機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障，加大了設(shè)備維修成本費(fèi)用。

2) 由于3#～5#煤層煤泥量大，且煤泥黏度高，造成吸泥泵對(duì)污泥池內(nèi)煤泥吸收不干凈，需專人定期對(duì)污泥池進(jìn)行清理。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

塔山煤礦中央水泵房于2018年5月投入使用了閉式恒壓循環(huán)污水處理系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)處理污水能力300 m3/h，截至2018年11月共計(jì)處理1.74×104m3污水，與傳統(tǒng)地面污水處理系統(tǒng)相比，減少地面污水排放量1.58×104m3，不僅有效地避免了污水對(duì)礦山環(huán)境破壞，而且該系統(tǒng)處理后可利用煤泥0.45萬(wàn)t/月，全年可提高原煤銷(xiāo)售利益890萬(wàn)元,同時(shí)礦井污水處理后，通過(guò)恒壓系統(tǒng)可對(duì)井下各用水點(diǎn)進(jìn)行供水，減少了地面靜壓水供水量，全年可減少地面供水量3.2×104m3。

5 結(jié)論

同煤大唐塔山煤礦有限公司通過(guò)技術(shù)研究，對(duì)礦井原污水處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)一套煤礦閉式恒壓循環(huán)污水處理系統(tǒng)并在1070運(yùn)輸大巷中央水泵房進(jìn)行應(yīng)用。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用該系統(tǒng)后減少了礦井污水排放量，降低了污水對(duì)礦山環(huán)境影響范圍，實(shí)現(xiàn)了污水自動(dòng)循環(huán)利用，同時(shí)減少了地面靜壓水供給量，提高了原煤產(chǎn)量，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益。