礦山水資源平衡技術(shù)研究

肖偉

河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司研山鐵礦 063700

摘要：礦山開采都是由淺至深，隨著淺部資源的逐漸減少和消失，開采深度的增大，礦坑存水量也越來越大，耗電量大，水源面廣層多，利用率低，水循環(huán)系統(tǒng)存在缺陷等，上述這些原因，為礦山水資源節(jié)能減排提供了不少選擇。本文以河北礦業(yè)公司研山礦山為例闡述了露天礦山水資源節(jié)能減排的意義和當(dāng)前礦山給排水系統(tǒng)存在的問題，重點提出了利用采坑地下涌水等各種節(jié)能措施，希望這些措施可以推廣到其他礦山生產(chǎn)應(yīng)用中。

關(guān)鍵詞：金屬礦山；水資源；節(jié)能減排

引言

文章以河北礦業(yè)研山鐵礦為例通過生產(chǎn)中的給排水來分析提出露天礦山水資源平衡的必要性及趨勢性。并提出水資源再生利用等概念及思路，繼而從節(jié)能減排的原則來考慮利用采坑涌水來彌補選礦用水量的不足，提出部分合理優(yōu)化方案以尋求水資源平衡。在節(jié)能降耗為企業(yè)法定艱巨任務(wù)的今天，研究和處理好礦山給排水節(jié)能意義重大，具有巨大的技術(shù)價值、經(jīng)濟價值、社會價值。

1.中國水資源現(xiàn)狀及礦山介紹

中國的水資源為2.8萬億立方米，居世界第六；人均占有量卻僅有2200立方米，相當(dāng)於世界平均水平的1/5，被列為世界13個貧水國之一。而我國每年排出22億立方礦井水，相當(dāng)于100個十三陵水庫的蓄水量。而部分排水經(jīng)過生活及生產(chǎn)等過程遭到污染，再利用需要很長時間，長此以往，浪費的不僅僅是大量水資源，更消耗了大量的電力、人力資源。

河北礦業(yè)研山鐵礦設(shè)計規(guī)模為年采選礦石1500萬噸，為鐵礦露天礦山，地處河北灤縣，是冀東鐵礦區(qū)的重要組成部分，屬于鞍山式沉積變質(zhì)鐵礦床，礦石成分主要為氧化礦和磁鐵礦。廠房依山而建，自下而上高差約60米，采區(qū)距廠區(qū)約3公里。由于該礦床毗鄰河道，地下水含量充沛，潛水層含水量大，隨著礦山項目規(guī)模增大、設(shè)備改造等，用水量也逐漸增大，原設(shè)計往往達不到后期用水量和排水量的要求。而從經(jīng)濟效益以及生產(chǎn)成本考慮，一味的增加水源井供水量也違背了節(jié)能降耗的原則。

2、鐵礦山生產(chǎn)工藝中給排水分析

鐵礦礦山工程中，對水的利用是必不可少的。目前該礦山是采用濕法處理礦石，即利用水為介質(zhì)對礦石進行提取，耗水量較大，整個礦山工程中選礦占有的耗水比例將近八成。開采的礦石經(jīng)粉碎、研磨等工藝形成細料后利用分級機借助固體顆粒的比重不同而在液體中沉淀的速度不同的原理，加入大量水進行沖洗礦石混合物進行洗凈和分級。后經(jīng)由磁力和機械力將混合料中的磁性物質(zhì)分離開來。分離后的礦物顆粒再被送入浮選機加入藥物，使得所要的礦物質(zhì)與其他物質(zhì)分離開。最后進入濃縮池濃縮后經(jīng)過濾機過濾烘干形成精礦粉。

整個生產(chǎn)工藝從進入球磨機后開始用水，并產(chǎn)生大量廢水，包括洗礦廢水和選礦廢水。而生產(chǎn)過程中還產(chǎn)生除塵水、冷卻水等。

3、礦山生產(chǎn)廢水回收利用現(xiàn)狀

目前大部分的礦山已經(jīng)可以達到對排放廢水的指標控制，而且將所排廢水進行處理后回收利用來完成生產(chǎn)用水的自循環(huán)。這就到達了某種程度上的用水的平衡。然而在實際的生產(chǎn)，這種平衡往往是脆弱的。

該礦廢水資源利用現(xiàn)狀

（1）該礦山露天礦淺層紅礦精選后產(chǎn)生的尾礦含泥量大，含沙量小，尾礦車間每天向尾礦庫排放尾礦漿高達15000立方，其中含水量約為300m?/h，礦漿濃度為50%。正常情況時經(jīng)尾礦回水量每日7000立方，但受汛期及筑壩施工影響，回水量不太穩(wěn)定。最低時每日僅回水4000立方，需補充生產(chǎn)水以保證正常生產(chǎn)。目前數(shù)據(jù)顯示尾礦回水穩(wěn)定時水源井每日新水供水量為5000立方左右，不穩(wěn)定時則需提供約9000立方生產(chǎn)新水。

（2）循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計不合理。由于該礦廠區(qū)距尾礦庫較遠，反應(yīng)滯后，補充新水后廠區(qū)生產(chǎn)用水雖能維持平衡，但廠區(qū)回水系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性小，尾礦回水增加時導(dǎo)致大量回水只能外排，無法回到生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)利用。

（3）設(shè)計除塵冷卻水未考慮循環(huán)利用，該礦山除塵系統(tǒng)較多，大型除塵機有4臺，總共用水量為100m?/h，這部分廢水直接排至雨水外網(wǎng)進入污水泵站，后排至灤河。

設(shè)計并未從水平衡角度出發(fā)，對循環(huán)水系統(tǒng)中補加的新水加以控制調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)穩(wěn)定后都會因回水量溢出造成外排，浪費了新水資源，而外排水質(zhì)量較差會造成不良生態(tài)影響，同時也會給礦山形象帶來負面影響。

4、生產(chǎn)水獲取途徑

礦山生產(chǎn)中選礦工藝對水質(zhì)要求不高，經(jīng)過簡單沉淀處理后的廢水即可繼續(xù)投入使用。而一些生產(chǎn)工藝設(shè)備則對水質(zhì)要求比較高，比如離心泵冷卻水、軸封水，除塵設(shè)備冷卻水等。該礦山主要供水類型為高位生產(chǎn)新水和低位循環(huán)水。如若將各類取水點盡到各用其途才能真正控制好水平衡，達到節(jié)能增效的目的。

目前該礦水源獲取類型及各自優(yōu)缺點

（1）循環(huán)水。主要由尾礦回水進入廠區(qū)循環(huán)水池供生產(chǎn)循環(huán)使用，與循環(huán)水池相連備有一調(diào)節(jié)池用于夏季汛期及廠區(qū)事故排水。這類水僅經(jīng)過簡單處理，水質(zhì)較差，可以供選礦廠直接使用，需求量很大。前面分析過尾礦回水波動性大，調(diào)節(jié)性小，循環(huán)水的使用很大程度取決于尾礦回水系統(tǒng)能否效率運行。

（2）生產(chǎn)新水。主要由水源井提供，該礦山每日需水源井供水以保證生產(chǎn)新水，由4臺潛井泵將地下水抽至地面蓄水池，然后經(jīng)加壓泵站內(nèi)3臺大功率加壓泵供至廠區(qū)高位水池，水質(zhì)干凈，能滿足各設(shè)備對新水的要求。水源井至廠區(qū)高位水池供水管線長約5公里，高差77米，能耗較大，目前我國工業(yè)用水費用較高，因此這類水相對成本較高，

（3）采坑涌水。因該礦山礦脈緊鄰灤河支流新河水系，礦石開采過程中，各種滲透水、地下涌水甚至雨季地表水源源不斷匯集至采坑，如果不及時處理，必將影響礦山的安全生產(chǎn)。這類水多是地下水滲透，不含有毒化學(xué)物質(zhì)，水質(zhì)較為干凈，僅有少量顆粒雜質(zhì)，受雨季影響會出現(xiàn)水體渾濁情況，屬于礦山生產(chǎn)衍生物，不計入市政用水成本。

分析三種水資源獲取途徑，采坑涌水是最有必要加以充分利用的水資源，獲取成本低，使用成本低，甚至能減少外排成本，但是設(shè)計往往未從分考慮采坑涌水利用。

5、涌水利用率低的原因

目前該礦露天采坑每小時涌水量能達到800-1000立方，其中絕大多數(shù)涌水經(jīng)排水系統(tǒng)外排至臨近水系內(nèi)，后經(jīng)礦山自行改造后也只僅有少量水利用于生產(chǎn)，利用率不到20%。

分析原因如下

（1）設(shè)計未充分考慮。因設(shè)計時無法準確計算采坑涌水量，而且各方面也存在很大的不確定性，如水質(zhì)、水量、水倉位置等。所以設(shè)計往往只考慮外排系統(tǒng)，并未充分考慮加以循環(huán)利用。而且建設(shè)成本，維護費用等也是需要考慮的要素。

（2）采區(qū)地勢不斷下降。因原設(shè)計未考慮涌水利用問題，僅有排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)不適用于廠區(qū)供水，且由于采坑地勢不斷下降，導(dǎo)致水泵揚程不滿足供水要求，導(dǎo)致涌水利用率降低。

（3）水質(zhì)不穩(wěn)定。雖然采坑涌水大部分是地下水，但是雨季時，地表水及大氣降水增多，水質(zhì)變差，含沙含泥量增加，無法滿足生產(chǎn)新水的要求，需經(jīng)過處理后才能使用。

（4）管路效率低。采場排水坑一般就地取勢，距廠區(qū)較遠而且地勢偏低，沿路管線長，沿程損失大，水的過流斷面減小導(dǎo)致管路效率降低。

6、節(jié)能降耗技術(shù)研究

礦山給排水節(jié)能方法多、效益顯著，企業(yè)應(yīng)該十分重視。目前國家對企業(yè)用水和排水收費力度都比較大，而作為用水大戶的礦山企業(yè)，應(yīng)控制水源井的供水和充分利用生產(chǎn)中的排水和涌水，采用合理的給排水優(yōu)化來提高節(jié)能降耗成效。

合理優(yōu)化系統(tǒng)可以從以下幾點著手：

（1）廠區(qū)內(nèi)低位循環(huán)水供水點等高線選一合理處建一座中型輸水泵站，儲水池設(shè)計沉淀系統(tǒng)，應(yīng)對雨季水質(zhì)渾濁問題，以滿足生產(chǎn)新水使用要求。泵站主要用于高位補水，以減少高位供水點對水源井的依賴。而低位供水則利用采坑涌水直接補水。

（2）水倉、集水池水位采用高低兩種揚程水泵加以控制，高揚程水泵用于輸水泵站供水及低位直接補水，低揚程水泵用于涌水外排。能在滿足生產(chǎn)用水的同時保證安全生產(chǎn)。高揚程水泵配用變頻設(shè)備，選型需留出富余揚程以應(yīng)對采坑地勢不斷下降的情況。