［摘要］國內煤礦年排礦井水很大，但利用率不到20%，造成水資源浪費。三河尖煤礦根據自身的特點，研發(fā)了井下一體化自動凈化與復用水系統，其中2 200 t/d凈化水在井下直接復用防塵，剩余約1000t清潔水上排到地面利用。

［關鍵詞］煤礦；涌水；凈化；復用

1.問題的提出

三河尖礦在采掘過程中，要將礦井3 500 t/d 涌水排到地面，從地面供給井下2 250 t/d的防塵 水與700 t/d的洗煤用水，不僅污染環(huán)境，同時消 耗能源和水資源。隨著礦井技改后產量的增加，礦 井涌水也將隨之增加，預計每年礦井涌水將有 1 60萬t/a排向地面，用電量也要進一步增大，這 與建設環(huán)境友好型企業(yè)要求是不相適應的。

該礦自2007年6月開始把礦井涌水直接凈 化與復用項目作為重點進行攻關，并于2007年 12月底在井下完成施工、調試等工作，目前設備 運行正常。實現了礦井涌水的就地綜合利用，改變 了原來以地面向井下供水為主的狀況，既保護生 態(tài)環(huán)境，又節(jié)約能源和水資源。

2 礦井及其涌水概況

2.1礦井概況

三河尖煤礦于1988年8月建成投產，2006 年礦井核定生產能力1.7 Mt/a，2008年技改工程 完成后，年生產能力為2.2 Mt/a。礦井采用單水平開拓方式，主水平標高-700，目前生產水平主要分布在-700、-980。井田內有三河尖區(qū)、劉莊區(qū)和吳莊區(qū)三個勘探區(qū)，目前正在開采三河尖區(qū)、劉莊區(qū)。

該礦在-700水平井底車場附近，原有兩個水倉，其中內水倉長度為150 m，外倉現改稱中倉長度為212 m，兩個水倉有效容積約為2290m3；2002年發(fā)生突水事故后，在原有外水倉外側又增 補了一水倉（現稱之為外倉）長391m，有效容積為1890 m3，水倉的總容量4 180 m3。

2.2礦井涌水及其預計

三河尖區(qū)、劉莊區(qū)的涌水量分別為：三河尖區(qū) 為126 m3/h；劉莊區(qū)預計為98 m3/h，目前實際僅為 20 m3/h。目前礦井總涌水量僅為146 m3/h。按目前礦井涌水的實際，參照集團公司對礦井涌水量預 計的批復，預測礦井今后10 a內（吳莊區(qū)不開采） 正常涌水量應在180 m3/h以內。

2.3礦井排水及供水

2.3.1排水狀況

2007年由-700中央泵房排出的礦井水全年 為125萬t。由礦井通風系統排出的水量為：按礦 井總風量為10 100 m3/min，進風空氣濕度按 87.56%計（年平均），出風空氣濕度按96.84%計 （年平均），每分鐘帶出含水蒸氣量為124.66 kg (平均)，每年帶出含水蒸氣量則為6.55萬t；由生 產出的煤炭帶出的水分：開采前煤炭所含水分約 為2%，開采出來的煤炭所含水分約為7%，按凈 增水分5%，日產6 259 t，年生產天數按350 d計， 則隨煤炭排出的水量為10.95萬t，則總排出水量為142.5萬t。-700水平井下中央泵房內置PJ200×9型水泵6臺，正常涌水時，一臺工作，四臺備用，一臺檢修。

2.3.2井下供水情況

礦井每年用于井下防塵用水約78.75萬t，防 塵水水源是從地面取之于第四系的地下水，通過 管道輸送到井下各用水點，再匯集到井下水倉由 中央泵房排至地面。

2.3.3礦井實際涌水情況

根據計算，每年礦井涌水中真正來之于圍巖 產生的水為63.75萬t。因此礦井水處理后，如果 不再從地面向井下輸送防塵水，循環(huán)利用礦井涌水，是能夠滿足井下生產用水要求的。

2.3.4礦井水水質

經對目前礦井實際涌水水質的檢測，該礦井涌水水質，硬度大、礦化度高，具體參數如表1所示。

3 一體化凈水系統的研制

3.1凈化水設備的研制

一體化凈水系統由一體化凈水設備與相關水 倉等組成，由于礦井水量相對較小，適宜選用一體 化凈化水設備，這樣施工時間短，管理方便。但由 于三河尖煤礦副井提升罐籠容許設備的外型尺寸 為4×1.4×2.5（m3），而要將凈水器各種尺寸限制 在4×1.4×2.5（m3）之內，其處理能力一般只能達 到20 m3/h，無法保證礦井水的處理量。因此必須 進行現場研制，采用井下焊接和安裝外形尺寸為 8×2.25×4（m）3三臺凈化水設備，順巷道布置，占 巷道長30 m，用以保證凈化水能力達到4 500 t/d。

3.2凈化水系統的設計

根據井下水倉的空間情況和安裝一體化凈水系統的需要，利用外水倉作為礦井水調節(jié)水倉（初 次沉淀池），處理系統從外水倉提水；拓寬加高已 有巷道，在井下巷道內加工凈化水設備，被凈化水設備處理后，清水排入中水倉，中水倉作為凈化水的調節(jié)倉，內水倉作為清水倉，臨時水倉作為污泥池。

利用井下水倉就地處理污水，避免將污水送到地面時造成二次污染。另外，將外水倉兼作初次沉淀池處理，處理后的水直接用于井下，免去將污水提升到地面處理后再送人井下利用的動力、管材等浪費。同時可免去地面重修沉淀池。三河尖礦凈化水系統示意圖如圖2所示。

凈化水系統的主要組成包括下列的設備和構筑物：

預沉調節(jié)池：利用外水倉；

清水池：利用原有的中水倉及內水倉；

污泥池：原有的沉淀池。

凈化水設備及相關參數：

提升泵型號：2臺(1用1備)WQ2260-438， Q=200 m3/h，H=16 m，N=15 kW。

凈水器：由集混凝、沉淀、過濾、消毒于一體的 3臺外型尺寸8×2.25×4（m）3設備與1根φ200 mm 進水總管，進水流速1.77 m/s；2根φ300 mm出水 鋼管管內流速為0.6 m/s（按2/3出水斷面計）組 成；單臺凈水器進水管φ125mm，進水流速1.51m/s； 單臺出水口DN150 mm，流速1.575 m/（s按2/3出 水斷面計）。

壓濾機：1臺功率為6.3 kW，日均運行2 h。 加藥裝置型號：共設3套加藥裝置，分別用以 投加藥劑。其中1套JY-Ⅰ，配1個φ1.0 m攪拌 桶；2套JY-Ⅱ，各配1個φ1.0 m攪拌桶。

3.3工藝原理及流程［1，2］

700外水倉的礦井涌水經提升泵抽吸入主 水管，礦井涌水進入水管即加聚合氯化鋁（含部分 非礦凈水劑）進入管道混合器，礦井涌水在主水管 道中迅速與聚合氯化鋁混凝，主供水管與3臺凈 水設備的3根供水支管相通，礦井涌水進入3臺 全自動一體化凈水器，進入凈水器的礦井涌水自 下向上流動，混凝效果逐漸加強，礬花由小聚大， 進入斜管沉淀區(qū)后，在斜管作用下，聚大的礬花下 滑沉入沉淀區(qū)，在斜管區(qū)完成泥水分離，分離后的 清水向上進入水箱，水箱內清水向下由配水管送 入6個雙介質過濾池。經過濾的水進入輸水管道 經ClO2殺菌后輸入清水池。

礦井水處理過程中的反應、沉淀、過濾、反沖 洗、排水、排泥等步驟均在一體化凈水設備中進 行，具有效率高，處理效果好的特點。凈水器具有 自動進水、自動反沖洗、自動定時排泥多種自動功 能，也可切換為手動操作，以確保本設備的正常運 行。主要處理流程如圖3所示。

4 復用系統

復用系統則利用清水泵將處理后的凈化水打到-415~－420水平兩個清水倉，高差約280 m， 復用系統的清水泵至-415~－420水平清水倉重 新敷設一趟φ2 900 mm管路，選用2臺DGⅡ 280-43×9的供水泵，1用1備，日均運行20 h。從 -415~－420水平清水倉到井下各用水地點仍利 用目前已有完整的井下防塵供水管網自流形式供 給，同時為了解決該系統無人值守問題，專門研制 了長距離水位傳感器控制水泵開停系統。

5 礦井涌水凈化效果分析

5.1水質分析

礦井涌水經一體化全自動凈水設備的凈化，每天按處理水量3 500 t/d計,消耗聚氯化鋁 75~85 kg，高分子非金屬凈水劑2~3 kg。經非金屬凈水劑吸附、混凝、沉淀、過濾，較多指標均有明顯下降，尤其是濁度由104 mg/L降至0.52 mg/L，與 <3 mg/L技術要求相比，要好得多。水質達到了《煤礦井下消防、灑水設計規(guī)范》（GB50383-2006）的要求。礦井涌水在凈化前后的水質指標如表2所示。

5.2效益分析

通過井下一體化凈化與復用系統的研制，不 僅解決了在地面凈化礦井水時的二次污染問題， 還取得了一定的經濟與社會效益。與地面建礦井 水處理站相比，投資減少106萬元；凈化后的礦井 水，在井上下利用3 000 t/d，每年可減少地下水資 源消耗、能源消耗等280萬元/a；在社會效益方 面，較好地保護了礦區(qū)的自然環(huán)境。

［參考文獻］
［1］莊正寧.環(huán)境工程基礎［M］.北京：中國電力出版社, 2006.
［2］王靈梅.煤炭能源工業(yè)生態(tài)學［M］.北京：化學工業(yè)出版 社,2006.
［作者簡介］ 吳興榮(1963-)，男，江蘇漣水人，高級工程師，現從事 煤礦采礦技術和管理工作，任徐礦集團三河尖煤礦總工程師。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網”