煤礦供水系統優化改造探討

常宏愷

（神華寧夏煤業集團靈武礦區水電分公司，寧夏 銀川750410）

0 引言

石槽村煤礦位于寧夏回族自治區寧東煤田河東規劃區鴛鴦湖礦區中部，礦井設計規模600萬噸/年，石槽村配水泵站為礦井建設初期提供生產生活用水。石槽村加壓泵站僅將梅花井加壓泵站輸送到石槽村的水加壓輸送到紅柳加壓泵站。石槽村加壓泵站和石槽村配水泵站進水水質均符合生活飲用水衛生標準。

石槽村礦井水處理站與煤礦同時設計、同時施工、同時投入生產和使用。石槽村礦井水處理站水源引自石槽村煤礦井下排水，井下排水總礦化度11185.99mg/L，溶解性總固體11096.10mg/L。石槽村礦井水處理站預處理后水質達到排放標準，深度處理工藝采用反滲透膜處理工藝，反滲透膜設計壽命3年，深度處理后水質達到生活飲用水標準，通過水泵機組供煤礦生活用水，從水池重力自流至生產消防管網供煤礦生產、消防等用水[1]。2009年5月石槽村礦井水處理站通過驗收并投入運行，同時拆除回收石槽村配水泵站水泵機組和輸水管道，石槽村煤礦供水系統見圖1所示。

圖1 石槽村煤礦供水系統現狀

經過長期運行，發現這種供水方式存在嚴重的安全隱患：

（1）反滲透膜老化，導致深度處理水質中氯化物含量為244.9mg/L，接近生活飲用水衛生標準250mg/L的限值，長期飲用不利于職工身體健康。

（2）運行方式不合理，礦井水處理站井下生產、消防用水無備用水源[2]，一旦發生全站失電或井下排水不可靠等情況，石槽村配水泵站和石槽村加壓泵站均為穩定水源，地理位置接近卻無聯通管道，兩座泵站水池10000立方米儲存水量卻無法供給石槽村煤礦使用，有可能導致煤礦停產造成嚴重的經濟損失。

1 改造原則

針對石槽村煤礦供水系統存在的問題，對其進行優化改造，改造原則如下：

（1）科學合理的確定更新改造的規模、方案和技術經濟指標。

（2）在不影響泵站性能和安全的前提下充分利用原有的設施和設備。

（3）積極采用經過試驗和鑒定的新技術、新材料、新工藝和新設備。

（4）通過優化改造實現向石槽村煤礦提供優質的生活飲用水和可靠的生產、消防備用水源。

2 改造方案

礦井水深度處理水質懸浮物含量、懸浮物粒度、pH值和大腸菌群4項指標均未超過規范的要求[2]。經過分析石槽村煤礦用水現狀，決定采用分質供水，即石槽村煤礦的生活用水水源引自達到生活飲用水衛生標準的加壓泵站或配水泵站，井下生產、消防、灑水采用礦井水深度處理水。

查閱統計石槽村煤礦2013年最高日用水量為6467m3/d，平均日用水量2905m3/d，其中生活水1515m3/d。在設備選型過程中既要保證備用水源能夠滿足最高日用水量，還要考慮日常供水時保持在水泵機組高效運行區間，減少運行費用。

方案一：在配水泵站水池進水管至礦井水處理站清水池進水管敷設一條DN300、PN1.0MPa螺旋焊接鋼制輸水管道，長度2000m。

梅花井配水泵站水泵機組單臺流量160m3/h，揚程125m，功率90kW，兩用一備，兩臺并聯運行流量230m3/h，24小時運行供水量5520m3/d，作為備用水源不能滿足最高日用水量的要求，由于輸水管道為DN300、PN1.6MPa螺旋焊接鋼管，三臺并列運行流量無明顯增加。已安裝在礦井數處理站的水泵機組流量160m3/h，揚程32m，功率30kW，一用一備，既可以滿足日常供水時保持在水泵機組高效運行區間，減少運行費用，又充分利用原有的設施和設備，減少固定資產投資。

由于現場地形平坦，管線平順，取局部水損是沿程水損的百分之五[3]，經查表[4]，該段管道增加水損9.18m。石槽村配水泵站水池標高1423.55m，礦井水處理站清水池標高1415.20m，高差8.35m。地形高差與水頭損失基本相同。通過調節石槽村配水泵站水池進水閥門和礦井水處理站清水池進水閥門，利用梅花井配水泵站水泵機組將水直接輸送至礦井水處理站清水池，再由已經安裝的水泵機組供煤礦生活用水。同時作為礦井消防、灑水的備用水源。

圖2 方案一示意圖

方案二：在石槽村加壓泵站加裝2臺水泵機組，單臺流量300m3/h，揚程32m，功率45kW，一用一備，加裝1臺45kW軟啟動柜，拖動方式為軟啟動一拖二。在加裝水泵機組出水母管至礦井水處理站清水池進水管敷設一條DN300、PN1.0MPa螺旋焊接鋼制輸水管道，新敷設管道分別與配水泵站水池進水管和加壓泵站水池連接，總長度2160m。

加裝的水泵機組單臺流量300m3/h，單臺24小時運行供水量7200m3/d，作為備用水源滿足最高日用水量的要求。已安裝在礦井數處理站的水泵機組流量160m3/h，揚程32m，功率30kW，一用一備，既可以滿足日常供水時保持在水泵機組高效運行區間，減少運行費用，又充分利用原有的設施和設備，減少固定資產投資。

由于現場地形平坦、管線平順，取局部水損是沿程水損的百分之五[3]，經查表[4]，水泵機組出水管道至礦井數處理站清水池輸水管道水損14.30m。石槽村加壓泵站水池標高1420.80m，礦井水處理站清水池標高1415.20m，高差5.60m。所選水泵機組揚程滿足使用要求。

通過調節礦井水處理站清水池進水閥門，加裝的水泵機組將加壓泵站的水直接輸送至礦井水處理站清水池，再由已經安裝的水泵機組供煤礦生活用水。同時作為礦井消防、灑水的備用水源。配水泵站和加壓泵站水源互為備用，一旦加壓泵站水池蓄水量不足，可以調節閥門將配水泵站的水輸送到加壓泵站水池，大大提高了供水可靠性。

圖3 方案二示意圖

方案三：在石槽村加壓泵站加裝2臺水泵機組，單臺流量200m3/h，揚程50m，功率45kW，一用一備，加裝1臺45kW變頻柜，拖動方式為變頻一拖二。在加裝水泵機組出水母管至礦井水處理站清水池進水管敷設一條DN300、PN1.0MPa螺旋焊接鋼制輸水管道，新敷設管道分別與配水泵站水池進水管和加壓泵站水池連接，并且將清水池進水管與石槽村煤礦地面生活管網連接，總長度2210m。

加裝的水泵機組單臺流量200m3/h，兩臺并聯運行流量約320m3/h，24小時運行供水量7680m3/d，作為備用水源滿足最高日用水量的要求。單臺運行可以滿足日常供水時保持在水泵機組高效運行區間，減少運行費用。

由于現場地形平坦、管線平順，取局部水損是沿程水損的百分之五[3]，經查表[4]，水泵機組出水管道至礦井數處理站清水池輸水管道水損6.74m。石槽村加壓泵站水池標高1420.80m，礦井水處理站清水池標高1415.20m，高差5.60m。石槽村地面建筑最高6層，最小服務水頭28m[3]，所選水泵機組揚程滿足使用要求。

通過調節礦井水處理站清水池進水閥門，加裝的水泵機組將加壓泵站的水直接輸送至石槽村煤礦地面生活管網。同時作為礦井消防、灑水的備用水源。配水泵站和加壓泵站水源互為備用，一旦加壓泵站水池蓄水量不足，可以調節閥門將配水泵站的水輸送到加壓泵站水池，大大提高了供水可靠性。采用變頻恒壓供水方式向用戶直接供水，減少運行設備，節省運行成本，使運行方式更加簡潔。

圖4

3 不同方案經濟性評價

對上述3個方案從固定資產投資和運行費用2個方面進行經濟比較，計算過程中設計運行年限選擇10年，運行電費0.747元/度，維護費5000元/臺年。

表1 方案經濟性對比表 （單位：萬元）

通過對比不同方案的經濟性可知：

（1）方案一固定資產投資最少，但是作為備用水源不能滿足最高日用水量的要求，并且運行費用非常高。

（2）方案二和方案三作為備用水源均能滿足最高日用水量要求，方案二多設置一級水泵機組，運行費用較高，方案三固定資產投資最多，但是運行費用最低，按照設計使用年限10年計算綜合成本最低，并且完全滿足改造原則，故方案三是石槽村煤礦供水系統優化改造的最優方案。

4 結語

（1）經過本次技術改造，石槽村煤礦供水系統形成了以加壓泵站為主生活水源，礦井水處理站深度處理水為主生產、消防水源，生活用水為生產用水的備用水源。石槽村加壓泵站和配水泵站互為備用的運行方式，消除了存在的安全隱患，提高了石槽村煤礦供水系統的可靠性，使水資源得到充分利用。

（2）礦井水處理站的水源為井下涌水，通過預處理和深度處理工藝，水質可以達到生活飲用水標準。但井下涌水溶解性總固體含量較高，對濾膜損傷較大，大大降低濾膜的使用壽命，且水質惡化不宜作為生活飲用水，建議在附近有可靠供水水源時實現分質供水。

（3）煤礦作為高危行業之一，在對煤礦供水系統進行優化改造是必須要充分了解當前運行方式、用戶用水需求和特點，充分考慮煤礦緊急情況或最不利情況下保證最大供水能力的方法。

［1］鄔象牟,張世良.神華寧夏煤業集團有限責任公司石槽村煤礦礦井水回收利用工程模塊式工藝設計方案專篇[R].中煤國際工程集團武漢設計研究院,2007.

［2］GB50383-2006煤礦井下消防、灑水設計規范[S].

［3］GB50013-2006室外給水設計規范[S].

［4］中國市政工程西南設計研究院,主編.給水排水設計手冊：第1冊 常用資料[M].2版.2000.