礦坑水高效利用技術應用

潘曉明　譚克亮　陳慶海

(1.山東乾舜礦冶科技有限公司；2.濟南鋼城礦業有限公司；3.山東鋼鐵集團國際貿易有限公司)

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礦坑水高效利用技術應用

潘曉明1譚克亮2陳慶海3

(1.山東乾舜礦冶科技有限公司；2.濟南鋼城礦業有限公司；3.山東鋼鐵集團國際貿易有限公司)

濟南鋼城礦業有限公司鐵礦床為國內罕見的大水礦床，建礦以來，公司成功實施了小帷幕注漿堵水試驗工程和大帷幕注漿堵水工程，涌水量仍達5萬m3/d。因此，實施了將礦坑水凈化處理后作為生活用水工程改造。項目實施后，減少了外排浪費水資源，不僅為企業帶來了經濟效益，也有利于節約能源、保護資源，開創了冶金礦山礦坑水綜合利用的先例，具有非常顯著的經濟效益、社會效益和極高的推廣價值。

礦坑水綜合利用水泵節能

濟南鋼城礦業有限公司始建于1966年，其前身是濟南張馬屯鐵礦，該礦床為國內罕見的大水礦床，水文條件極其復雜。預測最低開采水平(-360m)的涌水量達33萬m3/d。建礦以來，公司成功實施了小帷幕注漿堵水試驗工程和大帷幕注漿堵水工程，開創了我國大水礦山帷幕注漿治水的先河。礦山年產礦石50萬t、鐵精粉33萬t，掘進廢石和礦坑水均得到了有效利用。

1　礦坑水資源化綜合利用

濟南鋼城礦業有限公司大帷幕注漿堵水工程竣工后，每天仍有將近3萬m3礦坑涌水排至泄洪溝，通過對周邊企業生產用水情況進行調查研究，最終制定了向濟鋼集團有限公司供應礦坑水的方案來解決礦坑水資源浪費這一現象，即采用西水東調供水方案；1998年，確定的供水線路全長約7km，項目竣工投用以后，礦坑水實現了零排放，公司內部生產用水每月消耗2萬m3，其余全部供濟鋼綜合利用，每年向濟鋼供應礦坑水1 000萬m3。

為了擴大礦坑水的使用范圍，進一步開發其利用價值，最大限度地利用水資源。2009年3月再次對礦坑水在井下進行凈污分離，在地表進行過濾、凈化、消毒等處理，使其達到飲用水水質標準，作為生活飲用水。具體技術方案為首先對礦坑水在井下實施凈污分離，將巖層內部涌出凈水和生產區域污水分離后通過各自獨立的排水系統排至地表；污水經沉淀作為公司生產及綠化用水；經過凈污分離后排到地表的凈水通過過濾等處理工藝，達到生活飲用水衛生標準后作為生活水使用。

1.1井下礦坑水凈污分離

部分礦坑水受到井下作業人員生活污染和井下生產作業污染。主要有生活垃圾、糞便的污染，礦房充填過程滲濾出水(主要含選礦藥劑等有害物質)的污染，中深孔施工過程(主要是油污)的污染，掘進、裝礦和設備維修等生產過程的污染，受污染水水質很差，需對這部分水進行隔離。

凈污分離指將礦井凈水(指沒被污染或受污染極輕的水)和井下受到污染的污水分開，分別收集和上排。井下污水量相對很小(約1 000m3/d)，但分布在生產、生活的各個區域，且隨著生產地點的改變而改變，分段收集難度大。而各開采水平幾處大的礦坑水涌水點位置相對固定，對各開采水平主要涌水點進行隔離處理，保證其不被生產區域污水污染，通過各自相對獨立的泄水系統進入環水溝。各分段生產區域污水不再單獨收集，而是通過現有泄水系統泄至-360m水平(若隨著生產區域的轉移或現有泄水系統平衡被打破時，再重新建造部分泄水孔)，在-360m水平將原4個水倉中的1個水倉隔出一段有效容積約2 000m3的獨立水倉，作為污水水倉使用。通過管道或部分專用水溝將-360m開采水平產生的所有污水集中排入污水水倉中。

1.2凈污分離后礦坑水的凈化處理

經過凈污分離以后的礦坑水水質較好，但仍受井下水溝、水倉、水泵及排水管道的影響，水質達不到生活飲用水標準，不能直接作為生活用水。對凈污分離以后的礦坑水化驗表明，微生物含量超標嚴重，另外濁度高，硫酸鹽、硝酸鹽等成分含量高。對超濾工藝和反滲透工藝處理凈化后礦坑水對比試驗表明：采用反滲透工藝處理后的水水質較純，水的濁度降低，水中硫酸鹽、硝酸鹽等有害成分被有效過濾，水質可以達到純凈水的衛生標準；而采用超濾工藝處理后，水中硫酸鹽、硝酸鹽等成分含量仍較高。另外，采用反滲透處理工藝，殘水量較大，75%以上是殘水，處理工藝也比較復雜，能耗較高，水處理成本較高。采用超濾工藝處理，殘水量較小，只占原水的25%，處理工藝相對比較簡單，整個工藝系統能耗較低，處理成本較低。綜合考慮，在可以滿足生活飲用水標準的基礎上，采用超濾工藝對礦坑水進行處理。

1.3保護井下水源地

制訂了井下凈水水源保護措施和管理制度，避免井下凈水水源受人為因素的污染。在井下人員集中的地方安裝了無沖洗廁所，廁所有專人管理。廁所的糞便打包后集中運到井上。井下人員集中配餐，統一使用飯盒，不允許自帶食物或使用方便袋，杜絕了井下白色污染。

2　礦坑水低溫熱交換技術的研究與應用

為了更好地利用礦坑水的能源，2009年，對礦坑水進行了低溫熱交換技術的研究和應用。利用礦坑水溫度比較恒定(25 ℃左右)這一特性，將水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季地源熱泵空調的冷源，即在夏季通過水源熱泵機組將建筑物中的熱量“取”出來，釋放到水體中去，由于水源溫度低，可以帶走熱量，以達到夏季給建筑物室內制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機組，從水源中“提取”熱能，傳輸到建筑物中采暖。此外，井下水源還可以代替蒸汽給浴室洗浴水加熱。熱泵機組安裝投用以后，經過試運行，制冷、制熱效果良好。夏季制冷能耗比普通空調機制冷能耗降低50%以上。

3　結　語

將礦坑水處理后作為生活水飲用減少了外排浪費水資源。使用礦坑水換熱技術用于代替空調制冷和制熱項目，節能效果十分顯著。每年為企業帶來直接經濟效益5 000萬元以上，并且每年節約地下水資源1 000萬m3，不僅為企業帶來了經濟效益，也有利于節約能源、保護資源。在井下安裝使用無水沖洗廁所，解決了以前井下人員隨地大小便的問題。從源頭上減少了礦坑水的人為污染，同時提高了礦山井下文明生產的水平。礦坑水高效提升利用綜合技術的研究與應用項目開創了冶金礦山礦坑水綜合利用的先例，具有非常顯著的經濟效益、社會效益和極高的推廣價值。

2016-03-22)

潘曉明(1981—)，女，工程師，250014 山東省濟南市經十路13777號。