礦井清污水分離排放及高溫清水綜合利用研究

李仁永

（萊蕪市萬祥礦業有限公司潘西煤礦，山東 萊蕪 271107）

1 工程概況

萊蕪市萬祥礦業有限公司潘西煤礦是新汶礦業集團有限責任公司子公司，1958年建井，1960年7月投產，設計生產能力30萬t/a。礦井改擴建工程自1994年9月正式開工，于2002年6月竣工。礦井生產能力由30萬t/a擴至60萬t/a，2006年礦井生產能力核定為95萬t/a。現礦井為4級排水和2級排水兩部分構成，礦井總涌水量1144m3/h，其中-150m水平涌水量27m3/h，-350m水平涌水量14m3/h，-740m水平涌水量1000m3/h，-740m水平下部涌水量103m3/h。礦井主要涌水量為疏放奧灰水，其水質清潔而且溫度較高（34～42℃），當前混流排放。為充分利用礦井水資源，現實施礦井水清污分離排放，并擬將高溫清水進行開發利用。一是經簡單處理由水源熱泵加熱后，作為職工洗浴用水；二是作為冬季工業廣場、社區供暖系統的補水水源；三是用于萊蕪熱電廠冷卻水、洗浴中心、溫泉小鎮等。

2 礦井各水平排水系統現狀及涌水點

潘西煤礦現有四個中央泵房，分別為-150m、-350m、-740m和-1100m中央泵房，分為四級排水和兩級排水，如圖1所示。

圖1 礦井排水系統

2.1 各水平排水系統現狀

-150m水平水倉容量3014m3（內倉1495m3，外倉1519m3），安裝水泵五臺，其中MD720-60×7水 泵 2臺（1#、5#），MD500-57×7水 泵 3臺（2#～4#）。安裝Φ325mm立排管路3趟，長度420m；Φ325mm斜排2趟，1200m。3#～5#水泵分布于內倉，1#、2#水泵分布于外倉。

-350m水平水倉容量2860m3（內倉1242m3，外倉1618m3），安裝水泵5臺，其中MD500-57×5水泵 3臺（2#、4#、5#），MD720-60×4水泵 2臺（1#、3#）。安裝Φ325mm的管路2趟，Φ273mm的管路2趟，長度760m。1#、2#水泵分布于內倉，3#～5#水泵分布于外倉。

-740m水平水倉容量12200m3（內倉3000m3，外倉4200m3，外環水倉5000m3），安裝水泵8臺， 其 中 立 排 4臺：PJ200B×12、MD420-96×12水泵各2臺，排水量420m3/h；斜排4臺：300DF65×8、MD600-65×8水泵各2臺，排水量600m3/h。斜排安裝Φ325mm的管路3趟，立排安裝Φ325mm的管路3趟。1#～4#水泵分布于內倉，5#～8#水泵分布于外倉。

-1100m水平水倉容量8090m3（內倉3756m3，外倉4334m3），安裝MD650-80×6水泵5臺，排水量650m3/h。安裝Φ351mm的管路3趟。3#～5#水泵分布于內倉，1#、2#水泵分布于外倉。

2.2 高溫清水涌出點水量及水溫

（1）-1100m西大巷放水鉆孔水量100m3/h，水溫42℃。

（2）-740m東大巷水量200m3/h，水溫34℃。

（3）-740m后四石門水量79m3/h，水溫34℃。

（4）6197疏水巷水量460m3/h，水溫37℃。

3 實施措施

將-150m，-740m，-1100m水平的內倉及-350m水平的外倉全部空出，并進行沖刷，水倉入口及泵房的吸水井口進行封閉，防止熱量外溢。

3.1 -1100m水平

將-1100m西大巷各放水孔的水利用Φ159mm或Φ200mm管路引至-1100m內倉，并將管路進行保溫處理。利用現有的一趟Φ351mm＋Φ325mm管路將內倉的清水排至-740m水平內倉中。

3.2 -740m水平

（1）在-740m西大巷與后四石門交叉點處埋管，將后四石門的水引至-740m車場水溝內，使其進入-740m內倉中。

（2）6197上排的水已用Φ200mm的PVC管接至-740m西大巷中部，再外接750m可匯至-740m車場水溝，進入-740m內倉。沿途管路要進行保溫處理。

（3）-740m東大巷水平水倉至-740m空車線已敷設一趟Φ325mm鋼管，可再安裝一路Φ325mm鋼管450m至車場水溝內，并將管路截門改至放水管口處，以方便開關。

（4）將后四放水口至-740m內倉的水溝先上覆舊膠帶，后用蓋板壓實，再用水泥漿勾縫，以防熱量散失。

3.3 -350m水平

將-740m的兩趟斜排管路進行保溫處理，并在-350m水倉入口處延至外倉中。調整泵房內的旁路截門，使外倉的3#～5#水泵使用兩趟Φ325mm管排水。考慮到-350m管子井的進風量較小，熱量散失也小，管路不再進行保溫處理。

3.4 -150m水平

-350m管子井口至-150m水倉口現已安裝一趟Φ325mm鋼管，將其延至內倉中，并將管路和水溝進行保溫處理即可。調整-150m泵房內的旁路截門，使內倉的3#～5#水泵使用兩趟斜排管路排水，并對兩趟斜排管路進行保溫處理。

3.5 工業廣場

將地面水源熱泵的兩個污水池進行排污處理，用于儲存井下高溫清水，并從兩池分流利用。

（1）礦井水處理流程圖如圖2所示。

圖2 礦井水處理流程圖

（2）礦井水處理工藝

礦井水經原水泵（利用現有）排至全自動過濾器，去除水中機械雜質和固體懸浮物后，一部分過濾水進入生活雜用水池，另一部分過濾水再經全自動軟化器將水質硬度降低，然后經過袋式過濾器（防止樹脂泄漏造成對后續供水設施的破壞）與未軟化的進入雜用水池過濾水混合為適合硬度的洗浴用水，進入洗浴用水水池。水處理車間內設備沖洗廢水排放至洗煤廠用水系統。

全自動過濾設備處理水量為100m3/h×2（同時使用，作為生活雜用水），全自動軟化設備為30m3/h×2（一用一備，24h不斷水，作為洗浴用水）。經此工藝處理后的水中固體懸浮物含量＜3mg/L，渾濁度＜1NTU，軟水總硬度＜1.5mg/L。軟水再混合過濾水作為洗浴用水，使洗浴用水相關管道、設備、噴頭減少結垢現象，延長洗浴用水相關管道、設備、噴頭的使用壽命，提高洗浴用水品質，并有效利用礦井水余熱，符合國家節能減排大形勢要求。

4 節能效果

4.1 洗浴節能（每天）

洗浴用水經實際測算每天需要360m3，水溫40℃。礦井高溫清水排至地面處理后，平均溫度為32℃。地面自來水平均水溫為20℃。則該溫差（12℃）需要吸收的熱量為：

式中：

C-水的比熱容：4.2×103J/kg·℃；

m1-洗浴用水量360×103kg；

Δt1-水溫從20℃升高至32℃的溫差為12℃。

考慮機械及換熱效率后實際需要的熱量為：

該燃料電池發動機主要用于匹配10-12米的大巴產品，亞星和中通客車將率先實現批量配套。濰柴的燃料電池發動機先實現匹配客車產品，后續或也實現匹配中卡、重卡。

式中：

η1-機械效率80%；

η2-換熱效率80%。

換算為電功率為：

式中：

1kW·h=3.6×106J

4.2 供暖補水節能

冬天供暖每天需要補水約20m3，則礦井水（32℃）與自來水（10℃）補水溫差（22℃）需要吸收的熱量為：

式中：

C-水的比熱容，取4.2×103J/kg·℃；

m2-供暖每天補水量，取20×103kg；

Δt2-水溫從10℃升高至32℃的溫差為22℃。

考慮換熱效率后實際需要的熱量為：

式中：

η2-換熱效率，取80%。

換算為電功率為

4.3 年節約電費

式中：

a1-洗浴天數，取365d；

a2-供暖天數，取120d；

q-年平均電價，取0.65元/ kW·h。

5 結語

工程按規劃實施后，不僅使礦井水得到深度利用，還能夠實現礦井水清污分離排放，提高水泵的排水效率，減少水泵及管路的結垢和磨損，并且能夠有效地減少井下高溫熱水對礦井風流溫度的影響，具有較好的經濟和安全效益。