深井煤矿涌水直接净化与复用技术的研究
［摘要］国内煤矿年排矿井水很大，但利用率不到20%，造成水资源浪费。三河尖煤矿根据自身的特点，研发了井下一体化自动净化与复用水系统，其中2 200 t/d净化水在井下直接复用防尘，剩余约1000t清洁水上排到地面利用。
［关键词］煤矿；涌水；净化；复用
1.问题的提出
三河尖矿在采掘过程中，要将矿井3 500 t/d 涌水排到地面，从地面供给井下2 250 t/d的防尘 水与700 t/d的洗煤用水，不仅污染环境，同时消 耗能源和水资源。随着矿井技改后产量的增加，矿 井涌水也将随之增加，预计每年矿井涌水将有 1 60万t/a排向地面，用电量也要进一步增大，这 与建设环境友好型企业要求是不相适应的。
该矿自2007年6月开始把矿井涌水直接净 化与复用项目作为重点进行攻关，并于2007年 12月底在井下完成施工、调试等工作，目前设备 运行正常。实现了矿井涌水的就地综合利用，改变 了原来以地面向井下供水为主的状况，既保护生 态环境，又节约能源和水资源。
2 矿井及其涌水概况
2.1矿井概况
三河尖煤矿于1988年8月建成投产，2006 年矿井核定生产能力1.7 Mt/a，2008年技改工程 完成后，年生产能力为2.2 Mt/a。矿井采用单水平开拓方式，主水平标高-700，目前生产水平主要分布在-700、-980。井田内有三河尖区、刘庄区和吴庄区三个勘探区，目前正在开采三河尖区、刘庄区。
该矿在-700水平井底车场附近，原有两个水仓，其中内水仓长度为150 m，外仓现改称中仓长度为212 m，两个水仓有效容积约为2290m3；2002年发生突水事故后，在原有外水仓外侧又增 补了一水仓（现称之为外仓）长391m，有效容积为1890 m3，水仓的总容量4 180 m3。
2.2矿井涌水及其预计
三河尖区、刘庄区的涌水量分别为：三河尖区 为126 m3/h；刘庄区预计为98 m3/h，目前实际仅为 20 m3/h。目前矿井总涌水量仅为146 m3/h。按目前矿井涌水的实际，参照集团公司对矿井涌水量预 计的批复，预测矿井今后10 a内（吴庄区不开采） 正常涌水量应在180 m3/h以内。
2.3矿井排水及供水
2.3.1排水状况
2007年由-700中央泵房排出的矿井水全年 为125万t。由矿井通风系统排出的水量为：按矿 井总风量为10 100 m3/min，进风空气湿度按 87.56%计（年平均），出风空气湿度按96.84%计 （年平均），每分钟带出含水蒸气量为124.66 kg (平均)，每年带出含水蒸气量则为6.55万t；由生 产出的煤炭带出的水分：开采前煤炭所含水分约 为2%，开采出来的煤炭所含水分约为7%，按净 增水分5%，日产6 259 t，年生产天数按350 d计， 则随煤炭排出的水量为10.95万t，则总排出水量为142.5万t。-700水平井下中央泵房内置PJ200×9型水泵6台，正常涌水时，一台工作，四台备用，一台检修。
2.3.2井下供水情况
矿井每年用于井下防尘用水约78.75万t，防 尘水水源是从地面取之于第四系的地下水，通过 管道输送到井下各用水点，再汇集到井下水仓由 中央泵房排至地面。
2.3.3矿井实际涌水情况
根据计算，每年矿井涌水中真正来之于围岩 产生的水为63.75万t。因此矿井水处理后，如果 不再从地面向井下输送防尘水，循环利用矿井涌水，是能够满足井下生产用水要求的。
2.3.4矿井水水质
经对目前矿井实际涌水水质的检测，该矿井涌水水质，硬度大、矿化度高，具体参数如表1所示。
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3 一体化净水系统的研制
3.1净化水设备的研制
一体化净水系统由一体化净水设备与相关水 仓等组成，由于矿井水量相对较小，适宜选用一体 化净化水设备，这样施工时间短，管理方便。但由 于三河尖煤矿副井提升罐笼容许设备的外型尺寸 为4×1.4×2.5（m3），而要将净水器各种尺寸限制 在4×1.4×2.5（m3）之内，其处理能力一般只能达 到20 m3/h，无法保证矿井水的处理量。因此必须 进行现场研制，采用井下焊接和安装外形尺寸为 8×2.25×4（m）3三台净化水设备，顺巷道布置，占 巷道长30 m，用以保证净化水能力达到4 500 t/d。
3.2净化水系统的设计
根据井下水仓的空间情况和安装一体化净水系统的需要，利用外水仓作为矿井水调节水仓（初 次沉淀池），处理系统从外水仓提水；拓宽加高已 有巷道，在井下巷道内加工净化水设备，被净化水设备处理后，清水排入中水仓，中水仓作为净化水的调节仓，内水仓作为清水仓，临时水仓作为污泥池。
利用井下水仓就地处理污水，避免将污水送到地面时造成二次污染。另外，将外水仓兼作初次沉淀池处理，处理后的水直接用于井下，免去将污水提升到地面处理后再送人井下利用的动力、管材等浪费。同时可免去地面重修沉淀池。三河尖矿净化水系统示意图如图2所示。
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净化水系统的主要组成包括下列的设备和构筑物：
预沉调节池：利用外水仓；
清水池：利用原有的中水仓及内水仓；
污泥池：原有的沉淀池。
净化水设备及相关参数：
提升泵型号：2台(1用1备)WQ2260-438， Q=200 m3/h，H=16 m，N=15 kW。
净水器：由集混凝、沉淀、过滤、消毒于一体的 3台外型尺寸8×2.25×4（m）3设备与1根φ200 mm 进水总管，进水流速1.77 m/s；2根φ300 mm出水 钢管管内流速为0.6 m/s（按2/3出水断面计）组 成；单台净水器进水管φ125mm，进水流速1.51m/s； 单台出水口DN150 mm，流速1.575 m/（s按2/3出 水断面计）。
压滤机：1台功率为6.3 kW，日均运行2 h。 加药装置型号：共设3套加药装置，分别用以 投加药剂。其中1套JY-Ⅰ，配1个φ1.0 m搅拌 桶；2套JY-Ⅱ，各配1个φ1.0 m搅拌桶。
3.3工艺原理及流程［1，2］
700外水仓的矿井涌水经提升泵抽吸入主 水管，矿井涌水进入水管即加聚合氯化铝（含部分 非矿净水剂）进入管道混合器，矿井涌水在主水管 道中迅速与聚合氯化铝混凝，主供水管与3台净 水设备的3根供水支管相通，矿井涌水进入3台 全自动一体化净水器，进入净水器的矿井涌水自 下向上流动，混凝效果逐渐加强，矾花由小聚大， 进入斜管沉淀区后，在斜管作用下，聚大的矾花下 滑沉入沉淀区，在斜管区完成泥水分离，分离后的 清水向上进入水箱，水箱内清水向下由配水管送 入6个双介质过滤池。经过滤的水进入输水管道 经ClO2杀菌后输入清水池。
矿井水处理过程中的反应、沉淀、过滤、反冲 洗、排水、排泥等步骤均在一体化净水设备中进 行，具有效率高，处理效果好的特点。净水器具有 自动进水、自动反冲洗、自动定时排泥多种自动功 能，也可切换为手动操作，以确保本设备的正常运 行。主要处理流程如图3所示。
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4 复用系统
复用系统则利用清水泵将处理后的净化水打到-415~－420水平两个清水仓，高差约280 m， 复用系统的清水泵至-415~－420水平清水仓重 新敷设一趟φ2 900 mm管路，选用2台DGⅡ 280-43×9的供水泵，1用1备，日均运行20 h。从 -415~－420水平清水仓到井下各用水地点仍利 用目前已有完整的井下防尘供水管网自流形式供 给，同时为了解决该系统无人值守问题，专门研制 了长距离水位传感器控制水泵开停系统。
5 矿井涌水净化效果分析
5.1水质分析
矿井涌水经一体化全自动净水设备的净化，每天按处理水量3 500 t/d计,消耗聚氯化铝 75~85 kg，高分子非金属净水剂2~3 kg。经非金属净水剂吸附、混凝、沉淀、过滤，较多指标均有明显下降，尤其是浊度由104 mg/L降至0.52 mg/L，与 <3 mg/L技术要求相比，要好得多。水质达到了《煤矿井下消防、洒水设计规范》（GB50383-2006）的要求。矿井涌水在净化前后的水质指标如表2所示。
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5.2效益分析
通过井下一体化净化与复用系统的研制，不 仅解决了在地面净化矿井水时的二次污染问题， 还取得了一定的经济与社会效益。与地面建矿井 水处理站相比，投资减少106万元；净化后的矿井 水，在井上下利用3 000 t/d，每年可减少地下水资 源消耗、能源消耗等280万元/a；在社会效益方 面，较好地保护了矿区的自然环境。
［参考文献］
［1］庄正宁.环境工程基础［M］.北京：中国电力出版社, 2006.
［2］王灵梅.煤炭能源工业生态学［M］.北京：化学工业出版 社,2006.
［作者简介］ 吴兴荣(1963-)，男，江苏涟水人，高级工程师，现从事 煤矿采矿技术和管理工作，任徐矿集团三河尖煤矿总工程师。
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