煤矿矿井水井下处理新技术及工程应用

贠瑞鹏

摘要：在煤矿工程中，矿井水的处理工作越来越受到重视。水资源与人类生活的方方面面息息相关，不可替代。相关数据显示，以水资源相对匮乏的西北地区为例，煤炭资源占70%以上，煤矿企业每开采1t煤炭将产生2t污染水。因此，煤矿井下治理新技术及工程应用对提升产业安全性生产、缩短处理周期、减少工作人员劳动强度、提升生产效能具有社会意义，对提高企业和社会经济效益具有一定的现实意义。本文就煤矿矿井水井下处理新技术及工程应用进行研究，以供参考。

关键词：煤矿矿井水；井下处理；处理技术

引言

煤矿矿井水处理站是煤矿企业中重要能耗部门之一。矿井水处理站预处理系统运行过程中的预沉调节、混凝沉淀（澄清）、煤泥脱水等工艺段所耗能源约占全部能耗的90％以上，其中主要为设备能耗。设备能耗过高是造成矿井水处理站运营成本偏高的重要原因之一。

1水处理工艺选择分析

水质净化选用石英砂过滤净化装置。石英砂过滤器利用石英砂作为过滤介质，该滤料具有强度高、寿命长、处理流量大、出水水质稳定可靠的显著优点。石英砂的功能主要是去除水中悬浮物、胶体、泥沙、铁锈，采用水泵加压，使原水通过过滤介质去除水中的悬浮物，从而达到过滤的目的。

2煤矿矿井水井下处理新技术

2.1反冲洗工艺设计

工程使用并联式过滤器装置，当其中一个压力过滤器反冲洗时，其反冲水来自其余五个过滤器的过滤水，这样即节省了反冲洗水泵，又简化了系统。为防止滤料板结、形成泥球，过滤器反冲洗采取定期气、水反冲洗方式。用气反冲洗时，煤矿井下已有压缩空气管道，因此不需额外增加压风设备。

2.2集中控制系统

系统启动前，根据预设条件判定是否具备启动条件（原水池水位、清水池水位，各闸阀处于关闭状态，系统无报警未复位情况）。根据原水池、清水池液位传感器、加压泵出口压力传感器等监测装置的返回数据，系统自动完成低水位保护停机、PID反馈压力自动调整等功能。当进水水源水量不足以满足井下水量需求，潜水泵保护性停机，防止潜水泵空转损坏。此时加压泵继续运行，当清水池水位低于设定值时，加压泵保护性停机，并提示开启地面供水系统。当进水水源水量较大，原水池水位持续上涨，进水管电动闸阀自动关闭，进水水源经原排水管流至水仓。当清水池水位高于设定值时，原水池水泵停机，不再处理水源，原水池水位升至设定值时，进水管电动闸阀关闭，防止水位过高溢流。加压泵出口压力根据设定将持续稳定在3MPa左右，根据井下用水量变化而适时调整变频器输出功率，保证水泵出口压力稳定。系统每周定时进行单罐逐一自动反冲洗，反冲洗使用其他罐产水进行，系统控制电磁阀吸合与释放，实现罐体出水管、进水管、反洗出水管等管路阀门的通断，继而实现罐体自动气、水反冲洗。

2.3反冲洗系统

过滤罐反冲洗使用其他罐产水完成，当到达系统设定反冲洗时间时，电磁阀受控制箱控制吸合或释放，压缩空气带动气动阀门启闭，使该罐进水管阀门自动关闭，反冲洗排水管阀门自动开启，其他罐产水自罐体出水管返回至该罐内部并自下而上流出罐体，经罐体反冲洗排水管流出至排水沟内，水流流出带走滤料中掺杂的杂质。经过长时间使用，滤料易板结结块，反冲洗系统带压缩空气反洗功能，可实现气、水同时反冲洗，气体自下而上穿过滤料，扩大滤料间空隙，流水带走杂质，提高反冲洗效率。

2.4反应沉淀与澄清过滤工艺的比选

一是一体化集成净水器的数量占比最小，采用该工艺的矿井水处理站共有5个，只有1个运行良好。一体化集成净水器是集混凝、反应、沉淀、过滤于一体的净水设备。常见问题主要为：处理水量较小，仅为设计水量的50%左右，且出水水质往往不合格；抗冲击负荷能力差，当原水水质变化较大时处理效果差。二是反应沉淀过滤为最主要的净化工艺，占比50%以上。三是澄清过滤方案运行效果最好，对水质水量变化适应性较强且占地面积小，工程投资和运行成本低。同时，澄清过滤工艺也是该矿原有的矿井水处理工艺。

3煤矿矿井水工程应用

3.1原水系统

在井下设置原水池，用于储存原水，原水池内安装两台矿用潜水泵用于给过滤系统供水。考虑日常电缆巡检等，原水池、清水池上面搭设行人检修通道。

3.2纳滤+碟管式反渗透（DTRO）工艺二次浓缩

纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右，能截留分子量大于100的有机物以及多价离子，允许小分子有机物和单价离子透过；可在高温、酸、碱等苛刻条件下运行，耐污染；运行压力低，膜通量高，装置运行费用低；可以和其他污水处理过程相结合以进一步降低费用和提高处理效果。在水处理中，纳滤膜主要用于含溶剂废水的处理，能有效地去除水中的色度、硬度和异味。碟管式反渗透（DTRO）是反渗透的一种形式，是专门用来处理高浓度污水的膜组件，其核心技术是碟管式膜片膜柱。把反渗透膜片和水力导流盘叠放在一起，用中心拉杆和端板进行固定，然后置入耐压套管中，形成一个膜柱。DTRO克服了一般反渗透系统在处理渗滤液时容易堵塞的缺点，使系统更加稳定、运行费用更低。DT膜柱的使用寿命长达3年以上。碟管式反渗透技术是目前国内能保证垃圾渗滤液出水稳定、持续达到国家一级或二级排放标准的成熟技术。DTRO系统操作方式灵活，处理后的净水可确保达到标准。系统经济的净产水率为75%-80%，也可根据客户要求配备高压系统，达到90%-95%的产水率。

3.3监测监控系统

系统自原水池进水端起始至加压泵出水端，均设有完备的监测装置，包括原水池、清水池内配置的投入式液位传感器；水泵出口安装压力传感器；与主巷道合茬管路位置加装电磁流量计，对水处理量进行统计，方便日常管理；原水池、清水池内加装浊度传感器。

3.4过滤池比选

过滤器是移除悬浮固体的主要单元。能将矿井水中的煤粉、石粉等混凝沉淀难以分离的污染物有效分离，可有效降低出水浊度、提高微生物、细菌的去除率。处理低悬浮物矿场水常用的过滤设施有：普通快滤池、虹吸滤池、重力无阀和压力无阀滤池。通常根据矿井水的理化性质、水质指标、处理量及净化工艺流程来选择适合的过滤器类型。本项目中，矿井水处理改扩建工程设计水处理能力为4000m3/d，4种过滤器中，重力式无阀过滤器适用于小型（处理量≤10000m3/d）矿井水处理工程，且该过滤器可在无阀门情况下自动反冲洗。综合考虑后，选择重力式无阀过滤器为本项目的过滤器。

结语

综上所述，煤炭资源丰富，占我国总储量的80%以上，矿区缺水现象十分严重。部分地区煤矿生产生活用水极其紧张。然而长期以来受技术、资金和认识的限制，我国矿井水均是未经处理直接排放，回收利用水平极低。不仅对水环境造成了较大污染，还是对水源的极大浪费。因此，采用合理经济的净化工艺对煤矿矿井水进行深度处理，实现水资源的循环利用，对我国煤炭企业的可持续健康发展具有十分重要的意义。

参考文献

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