池坪蘆坑煤礦給排水設計的幾點體會

福建省華廈建筑設計院 張翠華

煤炭資源是福建省重要戰略資源之一，約占全省能源消耗的60%～70%，以煤為主的能源結構，在今后相當長的時間內不會有根本性的改變，因此，對煤礦設計更應精益求精，精心設計。池坪蘆坑煤礦，隸屬于三明順發礦業有限公司，煤礦位于三明市三元區南東 170°，直距約 20km，礦井生產能力確定為30萬噸/年，服務年限為26.4年。

1 自然水環境對礦井的影響分析和對策

1.1 地表水的分析和對策

礦區位于區域水文地質單元中的逕流、排泄區中，即以北東分水嶺東南坡。屬中低山構造侵蝕地貌，植被發育。地勢西北高，東南低。礦區地勢較陡，溝谷切割較深，山坡坡度一般為20～40°，局部45°以上。

地表水系較發育，呈樹枝狀，主要溝谷為池坪溝谷，為礦區內最大地表水體，枯季流量 50.20L/s。區內最大水系為池坪溝及兩個叉溝（蘆坑溝和叉溪溝），這些溝谷穿過井田，由于距下部賦存的可采煤層較遠（超過250m），對礦井的開采影響不大，故地表水對礦井充水無影響。

1.2 地下水的分析和對策

礦區地下水流向與地形坡向基本一致，地下水有:（1）風化帶裂隙潛水，分布于地表淺部，但對礦井充水無影響；（2）基巖裂隙承壓水，礦區風化帶以下，含水層厚度小，對礦井充水一般無影響；（3）斷層，礦區斷層不發育，地表斷層為不導水斷層，對礦井充水無影響。因此可以斷定地下水對礦井充水無影響。

1.3 礦坑充水因素分析和對策

大氣降水:大氣降水是礦區地下水的主要補給來源。

地下水:對礦井充水無影響。

地表水:對礦井充水無影響。

老窯:十幾個老硐現已全部關閉。經調查，沒有發現下山開采，全部為平硐開采，且沒有積水現象。因此老窯對礦井充水無影響。

綜上所述，大氣降水是未來礦井主要充水因素。因此在設計中我們偏重于大氣降水對礦區影響的治理。在礦井的主入口及易透水位置設置排洪溝，以減少大氣降水對礦區的影響。

本礦井防洪排澇，要結合礦區的工農業建設和礦井開采后的地形變化進行規劃，并與當地的農田水利規劃相協調，礦區內的河流溝谷，對防洪排澇有影響的，不輕易改變其自然形態；需要改變時應與有關部門取得協議，并再進行技術經濟論證，提出可靠的防洪措施后確定。

根據《煤炭工業礦區總體設計規范》MT 5006-94的規范要求，本礦屬小型煤礦，井口及其生活區、生產區的防洪的設計頻率為1/50,但是當觀測洪水（包括調查可靠、有重現可能的歷史洪水）高于以上標準時，即按觀測洪水設計；當觀測洪水低于防洪設計標準時，則按防洪設計標準進行設計。

2 礦井水的分析與處理

煤炭開采過程中排放大量廢水，若不經處理直接排放，勢必對環境造成嚴重污染，同時造成水資源的大量浪費，無法實現循環經濟的目標。據統計，我國40%的礦區嚴重缺水，已制約了煤炭生產的發展。開發、管理、利用好煤礦水資源，對煤炭工業可持續發展具有重要意義。因此，將煤礦礦井水處理后，作為煤礦工業用水或生活用水，不僅解決了礦區缺水問題，而且充分利用了礦井水資源，符合當今社會的發展需要。

2.1 概況

池坪蘆坑煤礦設計礦井總排水量約為:300m3/h，礦井水的特點是:含有較多煤粒、巖、粉等懸浮物，其總硬度及礦化度并不高，但大腸菌群超標。采用混凝、沉淀、過濾、消毒處理技術，處理后可作為生產用水。

2.2 工藝流程的選擇

傳統的礦井水處理設施是針對處理煤泥水的，主要采用平流式沉淀池，效果不是很理想，處理后水質達不到新的排放標準，并且人工操作非常麻煩。經過調研，結合我院在處理同類項目的工程設計實際經驗，經過方案比較及經濟分析，本設計采用混合+反應+斜管沉淀的處理工藝，選用 SKC型水力自控斜管沉淀池。工藝流程圖如下:

圖1 工藝流程圖

2.3 工藝方案說明

礦井水進入調節池，進行水量水質的調節。調節池設有污水提升泵，通過污水提升泵直接打入SKC-300斜管沉淀器（直徑×高度=6.86m×5.3m）處理。在調節池污水提升泵與斜管沉淀器之間設置 SF管道混合器，混凝劑與污水經混合器后充分混合，進入SKC-300斜管沉淀器管板反應室，斜管沉降室處理后投加消毒劑消毒后達標排放。處理后濁度小于10NTU。設備排泥進入污泥回收池，處理后對煤粉進行回收，上清液回流至調節池處理。

2.4 工藝技術方案特點

2.4.1 本工藝方案符合處理水質要求，工藝流程簡單，投資省。

2.4.2 一體化凈水器凈水效率高，占地面積小，結構簡單，維修方便。

2.4.3 自動反沖洗與自動排泥，自動化程度高，減少了誤操作，減輕了勞動量。

2.5 SKC-300型水力自控斜管沉淀池

SKC-300型水力自控斜管沉降池將反應和沉淀兩個階段的單體設備優化組合在一起，并采用水力自控排泥的一體化凈水設備。

2.5.1 管板反應室

管板反應室是較先進的絮凝反應單元。它具有水流收縮時間長，懸浮物與藥劑接觸碰撞時間長，造成的微旋渦數量、尺度都很理想等特點，從而大大提高了反應效率。總體來說，本反應室的特點是反應效率高，不積泥，向沉淀池布水均勻。

2.5.2 斜管沉淀室

斜管沉淀是在我國已經運用近 30年的成功高效沉淀技術。從水力學角度來講，斜管水力半徑小，濕周大，所以沉降效率高。通俗地說，一根斜管就是一個小沉淀池，其沉降距離短，大大提高了沉降效率。千萬個小沉淀池組成一個大型斜管沉淀池，能頂4個以上的其它無填料沉淀池，這才有鋼結構一體化設備的可能性。

2.5.3 污泥濃縮室

進入污泥濃縮室的污泥經沉降得以濃縮，通過由自動（或手動）控制的液動快開排泥角閥排到污泥池。排泥周期和排泥時間可任意設定。

2.5.4 鋼結構斜管沉淀器的防腐

內外鋼結構表面全部采用襯玻璃鋼防腐結構，可有效解決脫硫循環水對設備的腐蝕問題。

2.5.5 設計參數

根據沉淀池處理出水大部分濁度為10NTU左右的要求，本方案設計斜管上升流速較低，設計參數見表1。

表1 設計參數

2.5.6 設備特點

（1）實現了水力自控排泥，減少了管理與維修，排泥含水率低；

（2）結構緊湊合理，流程順暢，占地面積小，建設周期短，投資省；

（3）設計指標可根據進出水水質要求改變，運行穩定，抗沖擊能力強，出水水質好；

這套自動化礦井水處理系統在提高工作效率的同時，也大大降低了工人的勞動強度。礦井水經過處理后返回井下，用于工作面的除塵、噴霧、井下消防等。這樣不僅使水資源得到了利用，而且免繳納超標罰款和排污費，取得了較好的經濟、環境、社會效益。

3 井下消防灑水管管材的選擇和敷設

本礦井的能力為30萬噸/年，所設計應滿足《煤炭工業小型礦井設計規范》GB50399―2006的要求，井下消防灑水管道的設計宜采用消防與灑水合一的枝狀管網，有條件時宜設計成環狀管網。管道水流方向與巷道中風流方向相一致或在火災時能夠臨時改變成一致。并在井下消防灑水主次干管上設置各類生產和消防所需的灑水栓、閥門、消火栓等設施。

井下消防灑水管道在傳統的設計中一般選用無縫鋼管。由于井下環境條件較差，空氣濕度大，管道極易腐蝕，而且我省有些礦井水本身帶酸或堿性，故管道、閥門、管件、支吊架等構件須做防腐預處理。當為酸性水時或含鹽量較高時，采用氯化橡膠系列防腐涂料;當為中性至堿性水時，可采用無機富鋅底漆進行防腐處理。所以施工時比較麻煩，且管材壽命比較低。隨著近幾年鋼絲網骨架塑料復合管的普及和應用，我們對這種管材有了更深入的了解，并且礦井專用的鋼絲網骨架塑料復合管也應運而生，經過各項比較(見表2)，我們在該礦井的井下消防灑水管的設計中采用鋼絲網骨架塑料復合管。

表2 無縫鋼管/鋼絲網骨架塑料復合管性能比較

鋼絲網骨架塑料復合管的敷設采用電熱熔連接，P=1.6MPa，給水管道每 80～100m 設一個伸縮節，給水管掛在支架上（見圖2），支架間距為1.5m，并且每30m設一個水泥支墩。在管道的最高處設排氣閥，最低處設排水閥。

圖2 巷道剖面圖

4 結語

煤炭是重要能源和工業原料，是推動我省經濟發展的強大動力，而煤炭工業的發展與科學技術的進步息息相關。通過分析礦井的具體情況，使用新技術新材料，更有利于加強煤礦的有序開發，利于發展循環經濟，保護礦區環境，促進煤炭產業健康發展。

[1]煤炭工業礦區總體設計規范（MT5006―94）.

[2]煤炭工業小型礦井設計規范（GB50399―2006）.

[3]給水鋼絲網骨架塑料(聚乙烯)復合管管道工程技術規程, CECS 181:2005.

[4]池坪蘆坑煤礦初步設計說明書.

[5]池坪蘆坑煤礦環境影響報告書.