李樹峰

(中煤科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司，北京 100120)

礦井水是煤炭生產(chǎn)的附屬品，既是工業(yè)廢水，同時也是重要的水資源。由于地下采動影響對地層產(chǎn)生破壞，含水層、地表水、大氣降水等水源通過裂隙滲入井下，從而產(chǎn)生礦井水。由于礦井水受到地質(zhì)化學(xué)、構(gòu)造條件和開采條件的影響，水質(zhì)與普通地表水有明顯差異[1]。礦井水處理方法是將礦井水排至地面，通過地面礦井水處理站處理完成后再回用，主要有混凝沉淀方式、反滲透、超磁、超濾、SBR法等方式[2]。但是傳統(tǒng)方法運(yùn)行費(fèi)用高、占地面積大。在井下建設(shè)水處理站具有節(jié)約土地、節(jié)省投資、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。伊犁一礦在井下建立水處理站，實(shí)現(xiàn)了礦井水井下直接回用，處理后的水排至地面作為生產(chǎn)以及綠化用水，具有一定指導(dǎo)意義。

1 伊犁一礦概況

伊犁一礦位于新疆察布查爾錫伯自治縣南部，行政區(qū)劃隸屬新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州察布查爾錫伯自治縣瓊博拉鄉(xiāng)。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1 000萬t/a，采用斜井開拓，礦井正常涌水量為853 m3/h，最大涌水量為1 096 m3/h。礦井采用單水平開采直接排水系統(tǒng)。主、副水倉及主排水設(shè)備布置在+950 m水平，排水管路沿5煤膠帶下山敷設(shè)至主斜井，再沿主斜井敷設(shè)至南工業(yè)場地。排水水平標(biāo)高為+950 m，主斜井井口標(biāo)高為+1 278.5 m[3]。

2 井下水處理站位置選擇

目前，越來越多的礦井選擇將礦井水處理站建設(shè)到井下，尤其是在西部缺水地區(qū)，井下建設(shè)水處理站的優(yōu)點(diǎn)非常明顯：①水倉淤泥少，清理次數(shù)少；②因排水水質(zhì)改善，管路磨損??；③井下消防灑水可以在井下直接回用，降低運(yùn)營費(fèi)用；④減少地表水分蒸發(fā)?？紤]以上優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)推薦在井下布置礦井水處理站。

3 井下水處理工藝的選擇

井下水處理站工藝選擇與進(jìn)水、出水水質(zhì)密切相關(guān)。礦井水中會夾雜煤巖粉和其他的雜物，導(dǎo)致水中有大量煤泥，懸浮物等。水處理站進(jìn)水水質(zhì)根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測報告主要指標(biāo)見表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)

礦井水經(jīng)處理后主要回用于黃泥灌漿、井下消防用水、地面生產(chǎn)系統(tǒng)用水，剩余全部用于煤化工基地用水。根據(jù)礦井水回用的用途，確定回用水水質(zhì)達(dá)到《煤礦井下消防、灑水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50383-2016)中表B.0.1井下消防灑水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)即可。出水水質(zhì)要求如表2所示。

礦井水中大顆粒物質(zhì)可以通過沉淀池去除，但是煤粉顆粒小，而且具有一定疏水性，因此煤泥難以去除。根據(jù)實(shí)測進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)要求，設(shè)計(jì)采用礦井水磁分離凈化技術(shù)。工藝流程為：礦井水經(jīng)巷道內(nèi)溝渠集水后，匯總至進(jìn)水渠內(nèi)，在進(jìn)水端渠內(nèi)設(shè)置清渣格柵，除去水中大的漂浮懸浮物后自流進(jìn)入預(yù)沉池；水中大顆粒及大比重物質(zhì)在預(yù)沉池中沉積，預(yù)沉池主要沉積物為大顆粒煤泥，預(yù)沉池設(shè)潛水渣漿泵，定期排入污泥池，再由污泥泵送至壓濾機(jī)脫水，干泥外運(yùn)。經(jīng)過預(yù)沉處理的水自流進(jìn)入磁分離混凝系統(tǒng)[4]，混凝系統(tǒng)通過投加磁種和混凝劑(PAC和PAM)，使懸浮物在較短時間內(nèi)(約4.5 min)形成以磁種為載體的“微絮團(tuán)”。

表2 出水水質(zhì)

經(jīng)過混凝之后的水再自流進(jìn)入磁分離機(jī)進(jìn)行固液分離凈化，磁分離機(jī)通過磁吸附打撈，使出水水質(zhì)達(dá)到SS<20 mg/L左右。處理后的清水再自流進(jìn)入井下水倉，利用原有提升系統(tǒng)提升至地面綜合利用或部分井下直接回用。井下水處理工藝流程見圖1。

圖1 井下水處理工藝流程圖

4 井下水處理站設(shè)計(jì)

根據(jù)礦井涌水量，綜合考慮設(shè)計(jì)處理規(guī)模為1 000 m3/h。根據(jù)進(jìn)、出水質(zhì)確定采用礦井水磁分離凈化技術(shù)。水處理站由預(yù)沉池、污泥池、混合池、一級反應(yīng)池、二級反應(yīng)池、加藥設(shè)備間、污泥池等組成[5]。結(jié)合伊犁一礦井下實(shí)際采掘情況，選擇在+950 m水倉附近布置沉淀池硐室以及井下水處理站。

井下水處理站內(nèi)布置水處理主硐室、磁鼓機(jī)硐室、加藥裝置硐室等[6]；設(shè)置水池有污泥池、預(yù)沉池、一級、二級反應(yīng)池、混合池以及中轉(zhuǎn)池。井下水處理站布置圖如圖2所示。

圖2 井下水處理站硐室布置圖

5 井下水處理站硐室設(shè)計(jì)

通過對設(shè)備尺寸的校核以及各類水池反應(yīng)時間的計(jì)算，硐室采用直墻半圓拱型斷面，硐室凈寬為4 600 mm、凈高為3 000 mm。

圖3 井下水處理站硐室斷面圖(mm)

硐室總工程量為82.16 m，掘進(jìn)體積為2 359.48 m3。

6 工程效果分析

水處理階段采用礦井水磁分離凈化技術(shù)，出水水質(zhì)可以滿足《煤礦井下消防、灑水設(shè)計(jì)規(guī)范》井下消防灑水的水質(zhì)要求。噸水運(yùn)行成本在0.35元左右。該工程的實(shí)施，減少了水資源浪費(fèi)。

7 結(jié) 語

伊犁一礦井下布置礦井水處理站可以減少水倉清淤的次數(shù)，減輕排水管路磨損。井下消防灑水可以通過水倉直接輸送到用水地點(diǎn)[7]，減少了排至地面處理的環(huán)節(jié)，降低了運(yùn)行成本[8]，提高了煤礦企業(yè)的綜合效益，促進(jìn)了礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，該設(shè)計(jì)思路具有一定的推廣價值。