煤矿井下矿井水处理工艺的探索

白扬

摘要: 分析了主流的地面矿井水处理站的建设运行方面存在的不足，对比了井下可用的重介速沉处理工艺、磁分离水处理工艺和直滤工艺的特点; 分析了井下矿井水处理工艺的应用前景，从经济效益、社会效益等方面进行了系统分析，并提出了相关意见和建议。

关键词: 煤矿; 矿井水; 直滤工艺

前言：

全面贯彻落实新发展理念和党中央国务院决策部署，建设生态矿山、绿色矿山，已是煤矿未来发展的大方向。煤矿矿井水作为煤矿主要污染物之一，其主要来源于受开采影响而进入巷道的地下水。相关研究统计，我国每开采1 t 煤产生2t 矿井水，每年产生的矿井水资源总量约为 68. 9亿 m 3 ，但平均利用率仅为 35%。因此，建设高效、经济、稳定的矿井水处理站已是煤矿生产中不可或缺的一环。随着矿井外排标准的不断提升、地面空间的不足，以及矿井水升井产生的一系列费用，如何充分利用井下空间，减少升井水量，提升产水标准，已是煤矿未来发展的重要课题。矿井水主要由大气降水、地表水、地下水、岩溶水和生活用水等沿着矿床开采过程中产生的裂隙渗入井下采掘空间形成。矿井水是煤炭行业生产过程中排放量最多的废水，受产生环境影响，悬浮物浓度较高，并含有少量有机物和微生物。与其他类型工业废水比较，污染程度较轻，污染物类型较简单，适于回收利用，属于非常规水源^[1]。

1.井下矿井水处理站的优点

随着国家对煤矿矿井排水标准相关指标要求日趋严格，煤炭生产企业对矿井水处理的需求不断扩大。传统的煤矿矿井水处理流程是将井下集中的矿井水提升至地面矿井水处理站，再进行集中处理。传统的地面处理站存在着诸多的问题，具体表现为:

( 1) 矿井水首先集中至污水仓后，再提升至地面预沉池，井下清仓工作强度大;

( 2) 原水中含大颗粒悬浮物，对排水泵、阀磨损严重;

( 3) 占用大量地面空间;

( 4) 对地面及周边区域负面影响大;

( 5) 出水效果受气候环境因素影响。如在井下建设矿井水处理站，可规避上述问题，实现清水入仓、清水升井; 并且无需开挖新硐室，利用原有废旧巷道建设即可，可大幅降低建设费用。

2.井下矿井水处理站的主要工艺

由于矿井水处理站建设于井下巷道之中，对使用工艺装备的宽度、高度均有一定限制，传统使用的迷宫斜板沉淀工艺、平流式沉淀池工艺、高效旋流工艺，均对空间的面积及高度有一定的要求，井下狭小的空间无法满足其布置条件要求，现阶段重介速沉、磁分离水、直滤等工艺均可满足井下的布置要求^[2]。

2.1重介速沉水处理工艺

重介速沉水处理工艺采用了 “微砂絮凝循环技术”，为 20 世纪 90 年代由法国 Velioa 集团率先开发并投入使用。原理为，在絮凝 － 凝聚阶段投加微砂作为絮体的内核，通过增加絮凝反应核心来促进对污染物颗粒的吸附，使絮凝体迅速成长，同时增加絮凝体的密实程度，从而加快絮凝体的沉降。工艺流程为: 原水首先进入利用井下巷道设置的调节池，通过提升泵提升进入重介速沉设备，产水根据回用排放要求进一步处理后，进入清水仓。

2.2直滤工艺

直滤工艺以柔性陶瓷膜作为膜元件，过滤精度为 0. 1 μm，通过膜表面的细小空隙进行过滤。同时，直滤工艺精度高，无需配套后续工艺，可完全满足大部分回用排水的悬浮物浓度限制的要求。其工艺流程为: 首先进入利用井下巷道设置的调节池，通过提升泵提升进入直滤装置，出水便可直接进入清水仓。

2.3磁分离水处理工艺

磁分离水处理工艺采用( 絮凝 + 吸附) 的原理，通过加磁种和混凝剂，使悬浮物形成以磁种为载体的 “微絮团”。经过混凝之后的水再自流进入超磁分离机进行固/液分离净化^[3]。分离出的煤泥( 渣) 进入磁分离磁鼓，在磁鼓的高速分散作用下将磁种和非磁性悬浮物分离; 分离出来的磁种由磁鼓吸附回收，实现循环利用。由于设备可分体布置且无沉淀区，可满足井下巷道空间要求。其工艺流程与重介速沉工艺相同，首先进入利用井下巷道设置的调节池，通过提升泵提升进入磁分离工艺的混凝段后，进入分离机; 产水根据回用排放要求进一步处理后，进入清水仓。

3.矿井水处理工艺应用前景

随着国家对煤矿矿井水资源利用的重视，矿井水处理工艺、处理设备和材料取得明显进步，矿井水利用率逐步提高，但在矿井水处理自动化程度、矿井水处理效率和处理成本、以及矿井相关标准等方面存在不足之处。

3.1健全矿井水标准体系

目前，我国已发布部分矿井水综合利用的标准，但矿井水处理技术的选择和矿井水处理能效方面的标准相对欠缺。下一步应建立健全矿井水利用和监督管理标准体系，包括矿井水利用的技术标准、生产管理标准、药剂选择和出水水质的质量检查监督标准以及矿井水处理能效计算方法标准等，以保障矿井水的综合利用规范有序，实现矿井水处理产业健康稳定发展

^[4]。

3.2结合用水需求结构，建立合理的矿井水利用模式

不同用途对矿井水的水质要求不同，如井下消防、降尘对水质要求比较低，而工业锅炉用水、生活用水对水质要求相对严格。不同处理场所矿井水的输送消耗不同，用于井下防尘、消防和灌浆的矿井水在井下预处理后可直接使用，能够减少井下用水泵送至地面的输送消耗，剩余的矿井水再由泵送至地面进行净化处理。因而在矿井水处理系统规划时，应根据矿井水原水水质和涌水量以及矿井水不同用途的需水量和水质要求，并兼顾经济性选择适宜的矿井水处理工艺，进行统一规划及综合处理。在保障满足不用用途水质需求的前提下，避免过度投资、过度净化，对多用途矿井水资源实现梯级利用，以降低矿井水处理成本，为企业带来更多的经济效益。

3.3应加快矿井水处理工艺研发及应用

近几年，经过国外先进技术引进和国内技术研发应用，矿井水处理工艺已较为成熟，但矿井水设备的处理效果和自动化程度不高，造成矿井水处理效率较低、人工成本较高，再加上部分处理技术使用的药剂和材料价格较高，导致矿井水处理费用较高，企业对于矿井水处理利用的积极性不高。科研院所和设备生产厂家应注重新型高效矿井水处理设备以及自动控制系统的研发与应用，开发廉价耐用的处理药剂并提高材料的耐久度以提高矿井水处理效率、减少工人劳动强度、提高工作效率、综合降低矿井水处理成本^[5]。

结束语：

经过多年的技术研发和生产应用，煤矿矿井水的处理工艺日趋成熟，矿井水综合利用率逐渐提高。针对煤矿矿井水的综合利用，应出台相关政策给予支持和激励，建议通过税收优惠、财政补贴等方式以提高煤炭企业进行矿井水处理的积极性，从而综合提高矿井水的利用率。今后应加快矿井水处理工艺研发及应用，提高自动化控制水平，结合用水需求结构建立合理的矿井水利用模式，健全矿井水标准体系。

参考文献：

[1]孙亚军,陈歌,徐智敏,袁慧卿,张玉卓,周丽洁,王鑫,张成行,郑洁铭. 我国煤矿区水环境现状及矿井水处理利用研究进展[J]. 煤炭学报,2020,45(01):304-316.

[2]崔鹏飞. 当代煤矿地下水处理技术的新工艺提出及实例研究[J]. 矿业装备,2020(03):30-31.

[3]王媛. 超滤-反渗透双膜法在镇城底矿井水处理系统改造应用[J]. 山西化工,2020,40(02):132-133+136.

[4]杨建,王皓,王甜甜,王强民,刘基. 矿井水地下储存过程中典型污染组分去除规律——以内蒙古敏东一矿为例[J]. 煤炭学报,2020,45(08):2918-2925.

[5]郭强,宋喜东,虎晓龙,高峻,李井峰. 高矿化度矿井水井下深度处理与浓盐水封存技术研究[J]. 煤炭工程,2020,52(12):16-19.