煤礦礦井水處理現狀與改進策略研究

李向楠

（河南理工大學，河南 焦作 454000）

隨著經濟的發展和社會的進步，人們都對生態環境保護給予廣泛關注，政府提出的新發展、新理念，從理論與政策方面為加強生態文明建設提供支撐。煤礦多分布在我國中西部地區，而這些地區水資源比較缺乏，屬于干旱和半干旱區域，生態比較脆弱。由于缺少水資源，地表生態環境比較惡劣，尋找水源比較困難、水資源配置與綜合利用難度較大，這是礦區建設中難以回避的問題。

煤炭開采期間，部分地表水、開拓巷道附近和采煤層的地下水通過巖層裂隙，滲入巷道中，從而形成礦井水。受到礦床地質構造、水文地質條件、水動力學和開采方法等因素的影響，礦井水具有煤炭行業的特征，與地表水的差異比較明顯[1-3]。如果直接排放礦井水，不僅會造成水資源的嚴重浪費，也會污染環境。隨著科學技術的不斷發展，煤礦礦井水的利用率已經得到較大提升，但是從相關調查數據可以看出，對于煤礦礦井水處理，部分企業做得不夠到位，仍然存在不少問題，嚴重影響礦井水處理質量與效率，因此有必要研究礦井水處理問題，然后采取有效的策略，改進礦井水處理方法。

1 煤礦礦井水處理現狀

在滲入地下的過程中，含水層的水與煤巖層接觸并發生一系列反應，最終形成礦井水。煤礦礦井水的水質與當地的自然條件有密切關系。礦井水流過采煤層，將大量煤粉與巖石顆粒等懸浮物帶入，而采礦活動也會對礦井水造成影響[4-5]。在煤礦礦井水的處理中，滲透法、自然沉淀、石灰中和法等處理方法比較常見[6-12]。

經過多年的礦井水開發和處理，人們積累了一些技術與經驗。含有懸浮物的礦井水比較常見，在處理這類礦井水時，首先利用提升泵將礦井水提升到調節池，經過初凝沉淀、混凝、沉淀和吸附，即可達標。對于含有較多微量元素的礦井水，過濾前，在過濾池中加入錳砂作為濾料[11-13]。對酸性礦井水處理時，往往在礦井水中加石灰和氫氧化鈉，以進行中和反應。如果礦井水呈現高礦化，首先進行預處理，之后將礦井水中的鹽分除去。

1.1 污泥處理現狀

按照產生過程，礦井水污泥可以分為預沉污泥和混凝沉淀污泥兩類。預沉污泥的粒徑較大，以砂礫、煤渣為主，這類污泥產生在調節池或者預沉池底部，在沉淀過程中產生。混凝沉淀污泥的性質比較復雜，其化學藥劑多，粒徑較小，主要包括巖粉、煤粉和混凝藥劑，在加藥反應后沉淀產生。由此可以看出，污泥處理期間，主要采用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺作為混凝藥劑。煤礦礦井水污泥處理工藝可以劃分為三類：自然處理、不完全工程處理、完全工程處理。自然處理時，首先晾曬或自然沉淀礦井水污泥，之后最終處置；不完全礦井水污泥處理為：礦井水污泥濃縮、沉淀或者自然晾曬，最終進行部分自然處理，部分進行完全處理；礦井水污泥完全處理包括污泥濃縮、脫水以及最終處置。其中，采用完全處理所占比例較大，占比超過60%，采用自然處理的占比大概在20%。

對礦井水進行井下處理的較少，井下處理期間不會有污泥產生。不到一半的煤礦具有明確的煤泥最終處置目的，其中，有些作為低品位燃料提供給當地群眾，有些作為磚瓦、水泥添加劑，有些礦區對礦井水污泥不做處理，與黃土混合后作為注漿原料[14]。

1.2 礦井水處理工藝現狀

在礦井水處理中，混凝、沉淀、過濾與反應工藝最為常見，超過半數的煤礦采用這種方式處理礦井水。沉淀期間通常選擇斜管工藝，在反應池中采用穿孔隔板技術。

2 煤礦礦井水處理中存在的問題

2.1 凈水器運行效果較差

一體化凈水器具備較多優點，如能耗低、造價低、易于操作等，因此各個煤礦需要裝配一體化凈水器。實際操作期間，有些煤礦沒有和實際情況相結合，前期缺乏對水質的仔細研究，在凈水器設計階段，無法科學設置相關參數，當凈水器在煤礦礦井水處理現場安裝后，難以取得較好的運行效果。相關調查研究表明，一些煤礦雖然安裝一體化凈水器，實際凈水效果只能達到設計水量的一半。一體化凈水器將沉淀池、過濾池以及反應池集中在一起，在礦井水處理過程中能夠進行反沖洗，并且實現全自動化排泥；由于集中化處理，工程占地面積較少，從凈水效果上看，一體化凈水器在調節、過濾以及反應效果方面具有較好的凈水效果。從現階段我國一體化凈水器市場來看，設備質量參差不齊，只有少數凈水器在實際工程應用中能夠穩定運行，并取得良好的凈水效果。目前，凈水器設計參數不合格的問題還比較常見，使得在煤礦礦井水處理中無法達到設計的凈水量，而且凈水后的水質不合格問題也比較常見[15]。

采購礦井水凈水設備時，大多數煤礦考慮到一體化凈水器的快速和成本低等優勢，往往優先采用，其在我國礦井水處理中應用比較廣泛。一體化凈水器還存在如下問題：通常，煤礦礦井水包含采掘裝置機油和漏乳化油，一體化凈水器對這類物質進行過濾時，往往采用塑料濾珠，如果反應期沒有充分反應，在過濾層進行過濾時，容易出現濾珠結團現象，從而影響過濾效果；一體化凈水器的設計水量與實際處理水量的差距較大，導致調節池和加藥系統等設備投資增加；一些煤礦礦井水需要二次加藥處理，有些不需要二次加藥的場地，設備頻繁進行反沖洗，導致凈水功能的浪費；一體化凈水器選擇輕質濾料，在實際工程中往往出現塑料濾珠被沖走的情況，導致出水水質惡化。

2.2 調節池設置不合理

在煤礦生產過程中，礦井水的水量與水質在不同時間段的差別較大，在用電低峰時，水量較大，而且持續時間較長，對調節池的要求較高。部分煤礦的調節池設置不合理，調節池容積不足，難以滿足礦井水處理的要求，無法暢通地排泥，嚴重影響調節池的預沉和調節。

2.3 對運行管理的重視度不足

煤礦礦井水處理要求管理人員具有較高的專業水平，管理人員要熟練操作設備，充分了解各種設備的性能。有些煤礦進行礦井水處理之前，沒有分析水質狀況，導致設備安裝后的效率低下，引起資源浪費。

2.4 沒有充分重視消毒系統

一般情況下，處理后的煤礦礦井水要回用于工業生產，消毒系統較少用到，使得部分管理人員以為礦井水無需消毒。事實上，用于工業生產的礦井水也需要進行消毒處理，紫外線、二氧化氯是常見的消毒方法。

2.5 污泥處理存在的問題

在煤礦礦井水處理過程中，存在污泥處理工序缺乏的情況。

3 煤礦礦井水處理改進策略

3.1 采取有效措施，妥善處理污泥

在煤礦礦井水處理現場加裝污泥處理設備，全面對污泥進行處理。這樣可以提高污泥脫水設備的自動化程度，盡可能地減少使用手動拉板式板框壓濾機，使勞動強度進一步降低，從而使工人的勞動積極性得到進一步提高，最終使污泥脫水設備的處理效果得到改善。要加強研發相關技術設備，研究煤礦礦井水污泥的脫水性能、組成特點，為污泥處理設備選型和脫水工藝設計提供參考，逐漸改善污泥脫水設備的處理效果，開發出與煤礦礦井水污泥處理相適應的新設備與新工藝。

3.2 完善水處理系統

根據礦井水處理中存在的問題，各個煤礦企業應當積極采取相應措施，對系統進一步完善，使煤礦礦井水的處理效果得到提高。一是進一步提高凈水器的運行效果。人們要充分研究煤礦礦井水的水質和水量，充分掌握礦井水的水質特點，從而選擇合適的凈水器型號，為凈水器高效運行提供保障。二是優化一體化礦井水處理工藝，及時準確地調整工藝參數。三是完善消毒系統。對煤礦礦井水處理后，進行消毒處理，以降低負面影響，煤礦企業要從礦井水處理工程實際出發，對消毒系統進行安裝與設計，按照規范要求進行消毒處理。四是選擇最佳脫水處理設備。煤礦企業要認真分析不同脫水設備的優缺點，與礦井水處理中所產生的污泥量相結合，有針對性地選擇脫水設備，為提高污泥脫水效果打下基礎。

3.3 提高調節池調節能力

煤礦企業應堅持從現場實際出發，進一步擴大調節池容積，增強調節池的調節能力，充分發揮調節池的預沉作用。

3.4 加強監理，保障工程質量

現階段，工程建設層層轉包的現象比較普遍，部分施工人員的技術水平不達標，導致出現較多的工程質量問題。

4 結語

煤礦開采所帶來的污染是難以完全避免的，這與當前環保理念背道而馳。因此，煤礦企業要提高認識水平，優化煤礦開采環節，盡量避免浪費和污染水資源，做好煤礦礦井水處理工作，從而提高水資源利用率。經過一定工序的無害化處理，大部分煤礦礦井水資源能夠實現循環再利用。當前，人們要加強針對礦井水污泥的基礎研究，夯實理論儲備，大力推廣成熟的煤礦礦井水處理方法。