礦山水資源平衡技術研究

肖偉

河北鋼鐵集團礦業有限公司研山鐵礦 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，水循環系統存在缺陷等，上述這些原因，為礦山水資源節能減排提供了不少選擇。本文以河北礦業公司研山礦山為例闡述了露天礦山水資源節能減排的意義和當前礦山給排水系統存在的問題，重點提出了利用采坑地下涌水等各種節能措施，希望這些措施可以推廣到其他礦山生產應用中。

關鍵詞：金屬礦山；水資源；節能減排

引言

文章以河北礦業研山鐵礦為例通過生產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，提出部分合理優化方案以尋求水資源平衡。在節能降耗為企業法定艱巨任務的今天，研究和處理好礦山給排水節能意義重大，具有巨大的技術價值、經濟價值、社會價值。

1.中國水資源現狀及礦山介紹

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，相當于100個十三陵水庫的蓄水量。而部分排水經過生活及生產等過程遭到污染，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。

河北礦業研山鐵礦設計規模為年采選礦石1500萬噸，為鐵礦露天礦山，地處河北灤縣，是冀東鐵礦區的重要組成部分，屬于鞍山式沉積變質鐵礦床，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，采區距廠區約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，隨著礦山項目規模增大、設備改造等，用水量也逐漸增大，原設計往往達不到后期用水量和排水量的要求。而從經濟效益以及生產成本考慮，一味的增加水源井供水量也違背了節能降耗的原則。

2、鐵礦山生產工藝中給排水分析

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。后經由磁力和機械力將混合料中的磁性物質分離開來。分離后的礦物顆粒再被送入浮選機加入藥物，使得所要的礦物質與其他物質分離開。最后進入濃縮池濃縮后經過濾機過濾烘干形成精礦粉。

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

3、礦山生產廢水回收利用現狀

目前大部分的礦山已經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用水的自循環。這就到達了某種程度上的用水的平衡。然而在實際的生產，這種平衡往往是脆弱的。

該礦廢水資源利用現狀

（1）該礦山露天礦淺層紅礦精選后產生的尾礦含泥量大，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，回水量不太穩定。最低時每日僅回水4000立方，需補充生產水以保證正常生產。目前數據顯示尾礦回水穩定時水源井每日新水供水量為5000立方左右，不穩定時則需提供約9000立方生產新水。

（2）循環水系統設計不合理。由于該礦廠區距尾礦庫較遠，反應滯后，補充新水后廠區生產用水雖能維持平衡，但廠區回水系統可調節性小，尾礦回水增加時導致大量回水只能外排，無法回到生產系統中循環利用。

（3）設計除塵冷卻水未考慮循環利用，該礦山除塵系統較多，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進入污水泵站，后排至灤河。

設計并未從水平衡角度出發，對循環水系統中補加的新水加以控制調節，在生產穩定后都會因回水量溢出造成外排，浪費了新水資源，而外排水質量較差會造成不良生態影響，同時也會給礦山形象帶來負面影響。

4、生產水獲取途徑

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

目前該礦水源獲取類型及各自優缺點

（1）循環水。主要由尾礦回水進入廠區循環水池供生產循環使用，與循環水池相連備有一調節池用于夏季汛期及廠區事故排水。這類水僅經過簡單處理，水質較差，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，調節性小，循環水的使用很大程度取決于尾礦回水系統能否效率運行。

（2）生產新水。主要由水源井提供，該礦山每日需水源井供水以保證生產新水，由4臺潛井泵將地下水抽至地面蓄水池，然后經加壓泵站內3臺大功率加壓泵供至廠區高位水池，水質干凈，能滿足各設備對新水的要求。水源井至廠區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。這類水多是地下水滲透，不含有毒化學物質，水質較為干凈，僅有少量顆粒雜質，受雨季影響會出現水體渾濁情況，屬于礦山生產衍生物，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，其中絕大多數涌水經排水系統外排至臨近水系內，后經礦山自行改造后也只僅有少量水利用于生產，利用率不到20%。

分析原因如下

（1）設計未充分考慮。因設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、水量、水倉位置等。所以設計往往只考慮外排系統，并未充分考慮加以循環利用。而且建設成本，維護費用等也是需要考慮的要素。

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

（3）水質不穩定。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，水質變差，含沙含泥量增加，無法滿足生產新水的要求，需經過處理后才能使用。

（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致管路效率降低。

6、節能降耗技術研究

礦山給排水節能方法多、效益顯著，企業應該十分重視。目前國家對企業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，應控制水源井的供水和充分利用生產中的排水和涌水，采用合理的給排水優化來提高節能降耗成效。

合理優化系統可以從以下幾點著手：

（1）廠區內低位循環水供水點等高線選一合理處建一座中型輸水泵站，儲水池設計沉淀系統，應對雨季水質渾濁問題，以滿足生產新水使用要求。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。能在滿足生產用水的同時保證安全生產。高揚程水泵配用變頻設備，選型需留出富余揚程以應對采坑地勢不斷下降的情況。