伊犁一礦井下水處理站設計方案探討

李樹峰

(中煤科工集團 北京華宇工程有限公司，北京 100120)

礦井水是煤炭生產的附屬品，既是工業(yè)廢水，同時也是重要的水資源。由于地下采動影響對地層產生破壞，含水層、地表水、大氣降水等水源通過裂隙滲入井下，從而產生礦井水。由于礦井水受到地質化學、構造條件和開采條件的影響，水質與普通地表水有明顯差異[1]。礦井水處理方法是將礦井水排至地面，通過地面礦井水處理站處理完成后再回用，主要有混凝沉淀方式、反滲透、超磁、超濾、SBR法等方式[2]。但是傳統(tǒng)方法運行費用高、占地面積大。在井下建設水處理站具有節(jié)約土地、節(jié)省投資、運行費用低等優(yōu)點，具有良好的經濟效益。伊犁一礦在井下建立水處理站，實現(xiàn)了礦井水井下直接回用，處理后的水排至地面作為生產以及綠化用水，具有一定指導意義。

1 伊犁一礦概況

伊犁一礦位于新疆察布查爾錫伯自治縣南部，行政區(qū)劃隸屬新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州察布查爾錫伯自治縣瓊博拉鄉(xiāng)。礦井設計生產能力為1 000萬t/a，采用斜井開拓，礦井正常涌水量為853 m3/h，最大涌水量為1 096 m3/h。礦井采用單水平開采直接排水系統(tǒng)。主、副水倉及主排水設備布置在+950 m水平，排水管路沿5煤膠帶下山敷設至主斜井，再沿主斜井敷設至南工業(yè)場地。排水水平標高為+950 m，主斜井井口標高為+1 278.5 m[3]。

2 井下水處理站位置選擇

目前，越來越多的礦井選擇將礦井水處理站建設到井下，尤其是在西部缺水地區(qū)，井下建設水處理站的優(yōu)點非常明顯：①水倉淤泥少，清理次數(shù)少；②因排水水質改善，管路磨損小；③井下消防灑水可以在井下直接回用，降低運營費用；④減少地表水分蒸發(fā)?？紤]以上優(yōu)點，設計推薦在井下布置礦井水處理站。

3 井下水處理工藝的選擇

井下水處理站工藝選擇與進水、出水水質密切相關。礦井水中會夾雜煤巖粉和其他的雜物，導致水中有大量煤泥，懸浮物等。水處理站進水水質根據(jù)水質監(jiān)測報告主要指標見表1。

表1 進水水質

礦井水經處理后主要回用于黃泥灌漿、井下消防用水、地面生產系統(tǒng)用水，剩余全部用于煤化工基地用水。根據(jù)礦井水回用的用途，確定回用水水質達到《煤礦井下消防、灑水設計規(guī)范》(GB50383-2016)中表B.0.1井下消防灑水水質標準即可。出水水質要求如表2所示。

礦井水中大顆粒物質可以通過沉淀池去除，但是煤粉顆粒小，而且具有一定疏水性，因此煤泥難以去除。根據(jù)實測進水水質和出水水質要求，設計采用礦井水磁分離凈化技術。工藝流程為：礦井水經巷道內溝渠集水后，匯總至進水渠內，在進水端渠內設置清渣格柵，除去水中大的漂浮懸浮物后自流進入預沉池；水中大顆粒及大比重物質在預沉池中沉積，預沉池主要沉積物為大顆粒煤泥，預沉池設潛水渣漿泵，定期排入污泥池，再由污泥泵送至壓濾機脫水，干泥外運。經過預沉處理的水自流進入磁分離混凝系統(tǒng)[4]，混凝系統(tǒng)通過投加磁種和混凝劑(PAC和PAM)，使懸浮物在較短時間內(約4.5 min)形成以磁種為載體的“微絮團”。

表2 出水水質

經過混凝之后的水再自流進入磁分離機進行固液分離凈化，磁分離機通過磁吸附打撈，使出水水質達到SS<20 mg/L左右。處理后的清水再自流進入井下水倉，利用原有提升系統(tǒng)提升至地面綜合利用或部分井下直接回用。井下水處理工藝流程見圖1。

圖1 井下水處理工藝流程圖

4 井下水處理站設計

根據(jù)礦井涌水量，綜合考慮設計處理規(guī)模為1 000 m3/h。根據(jù)進、出水質確定采用礦井水磁分離凈化技術。水處理站由預沉池、污泥池、混合池、一級反應池、二級反應池、加藥設備間、污泥池等組成[5]。結合伊犁一礦井下實際采掘情況，選擇在+950 m水倉附近布置沉淀池硐室以及井下水處理站。

井下水處理站內布置水處理主硐室、磁鼓機硐室、加藥裝置硐室等[6]；設置水池有污泥池、預沉池、一級、二級反應池、混合池以及中轉池。井下水處理站布置圖如圖2所示。

圖2 井下水處理站硐室布置圖

5 井下水處理站硐室設計

通過對設備尺寸的校核以及各類水池反應時間的計算，硐室采用直墻半圓拱型斷面，硐室凈寬為4 600 mm、凈高為3 000 mm。

圖3 井下水處理站硐室斷面圖(mm)

硐室總工程量為82.16 m，掘進體積為2 359.48 m3。

6 工程效果分析

水處理階段采用礦井水磁分離凈化技術，出水水質可以滿足《煤礦井下消防、灑水設計規(guī)范》井下消防灑水的水質要求。噸水運行成本在0.35元左右。該工程的實施，減少了水資源浪費。

7 結 語

伊犁一礦井下布置礦井水處理站可以減少水倉清淤的次數(shù)，減輕排水管路磨損。井下消防灑水可以通過水倉直接輸送到用水地點[7]，減少了排至地面處理的環(huán)節(jié)，降低了運行成本[8]，提高了煤礦企業(yè)的綜合效益，促進了礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，該設計思路具有一定的推廣價值。