矿井水处理与综合利用研究及应用

矿井水处理与综合利用研究及应用

张勇

（山东新查庄矿业有限责任公司，山东肥城271612）

摘要该文以山东新查庄矿业有限责任公司矿井水处理和综合利用的成功实例，有力地证明了开发、处理、利用好矿井水资源，不仅具有广泛的社会效益和环境效益，而且具有显著的经济效益。

关键词矿井水处理利用研究

中图分类号X752：X703文献标识码B

山东新查庄矿业有限责任公司矿井开采现已进入到深部采区开采阶段，随着开采深度的增加，矿井受水威胁程度逐渐加重，最大涌水量达到1400m3/h。一方面，外排矿井水影响生态环境，还需交纳一定数额的水资源费和排污费，影响了企业经济效益。另一方面，公司及周边企业和居民的生产、生活用水，目前主要是抽取地下水，取水成本达到2元/m3。因此，开发、处理、利用好矿井水资源，是当前的一项紧迫、合理、有效的重要课题。

1矿井水主要处理技术

我国煤矿矿井水处理技术始于上世纪70年代末，现大多矿井废水治理工作都只停留在为达标排放而被动治理的阶段。然而矿井废水经处理以后再实现合理利用才是当今污水治理发展的必然趋势。

现国内使用的处理技术主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。处理后直接排放的矿井水，通常采用沉淀或混凝沉淀的处理技术；处理后作为工业生产用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀过滤处理技术；处理后作为生活用水，过滤后还须再经过软化、除酚及消毒等工艺。本文主要介绍混凝沉淀过滤法处理煤矿矿井水做为工业生产用水使用。

2矿井水处理及利用的条件

2．1矿井废水的产生及水质条件

煤矿矿井水包括：煤炭开采过程中地下地质性涌渗水及井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水。

根据水质资料，取矿井正常排水时井口水样，矿井水均为较干净的矿井岩层涌水，总体来说水质较好，主要污染物以悬浮物为主，其余指标，如COD、氨氮、硬度、石油类等较低；经处理后完全可以满足工业循环冷

*收稿日期：2012－02－02

作者简介：张勇（1981－），2004年毕业于黄石理工学院，现任山东新查庄矿业有限责任公司企管部助理工程师。却水要求，若作为电厂锅炉用水等高级水质使用，除净化处理外，还必须进行软化处理，方可分质供水，优质优用。

2．2矿井水处理要求

根据矿区及周边企业生产及生活用水要求，矿井水处理厂处理后的再生水，主要回用于矿井采掘用水、洗煤厂洗选用水、厂区绿化、道路洒水及坑口电厂、钢厂循环冷却水等，水质要求达到以下标准：

工业循环冷却水处理设计规范，GB50050－95

《再生水质标准》GB50050－2007。

3建设规模及处理工艺

3．1建设规模

2009年，山东新查庄矿业有限责任公司投资1000余万元，建设了一座处理能力为30000m3/d的矿井水处理厂，采用絮凝沉淀+过滤+消毒工艺，处理后出水水质达到《再生水质标准》GB50050－2007。

3．2主要技术

采取的主要技术：网格混合絮凝池+斜板沉淀池+普通快滤池+消毒。工艺流程图见图1

。

图1工艺流程图

其中，混凝单元去除的对象是水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机物，同时混凝技术还可以去除水中的某些溶解性物质，如砷、汞等，也能够有效地去除能够导致缓流水体富营养化的氮、磷等。其基本技术原理就是将与作用机理相适应数量的混凝剂投入水中，经过充分混合、反应，使水中的（下转第147页）

见三灰，三灰厚度7．1m。终孔测定水量1．6m3/h，水压0．15MPa，水温38．5ħ。

受2302工作面采动影响，工作面顺槽围岩压力大，导致J22号钻孔孔口套管发生严重变形和脱节，从孔口套管外露部分测定，套管倾斜度数已达11．5ʎ，钻孔水沿套管脱节处通过裂隙从孔口周围及巷道底板多出溢出，水压、水量已无法观测，钻孔失去使用价值，为此，决定采用辅助孔注浆方法对其进行封闭。根据J22号钻孔实际揭露情况，选择6煤层层位做为注水打压连通位置，即设计孔深72m。

2．2辅助注浆钻孔施工

施工方法确定后，在距J22号钻孔孔口位置0．3m 处开始钻进辅助注浆孔，辅助注浆孔孔口套管为两路，第一路下Φ146mm孔口管3m，注浆固管；第二路下Φ108mm套管20m，注浆固管；最后选用孔径Φ73mm 钻进73．3m结束，实际孔深超设计孔深1．3m（根据现场实际进行了调整）。该孔在钻进过程中，钻进至孔深29．7m处时，钻孔出现涌水，涌水量1．0m3/h，水温30．0ħ，经分析该孔已通过裂隙与J22号钻孔连通，其涌水是J22号钻孔“三灰”水。钻孔钻进至终孔后，从孔口进行了注水打压连通试验，试验证明辅助孔与J22号钻孔连通关系较好，已具备反向注浆条件。

2．3注浆过程

实施反向注浆前，先用高压水将钻孔内的岩粉冲净，利用钻机自备钻杆做为孔内注浆管，下入钻孔内，最下一条钻杆距孔底0．2m，然后选用0．75：1（水灰比）浓度的泥浆向孔内实施注浆，注浆过程中采用边注边提钻杆方式进行，当泥浆从J22号钻孔孔口溢出后，将钻杆提出，用专用法兰盘把J22号钻孔孔口盖严，利用辅助注浆钻孔实施孔口压入注浆，当泥浆沿J22号钻孔套管脱节处通过裂隙从孔口周围巷道底板溢出后，停止注浆，然后将辅助孔孔口注浆管和J22号钻孔孔口法兰盘卸掉，这时，两孔内所注泥浆在“三灰”水压力作用下，由两孔口溢出，直至流出清水，但J22号钻孔套管脱节处周围裂隙已被泥浆充填，因两孔畅通无阻，“三灰”水已不会沿J22号钻孔套管脱节处将周围裂隙充填的泥浆稀释，待裂隙内充填的泥浆凝固后（24h），再进行二次注浆，其步骤前期与第一次方法相同，只是在从辅助注浆钻孔实施孔口压入注浆时，由于J22号钻孔套管脱节处周围裂隙已被泥浆充填，且凝固，所以，此次注浆孔口压力表已经起压，表针开始逐渐上升，当注浆压力表指针指到8MPa后，停止注浆，

（上接第145页）微小悬浮物和胶体颗粒互相作用产生凝聚效应，成为颗粒较大，而且易于沉淀的絮凝体。

沉淀单元：主要作用是使带有大量煤粉、岩粉等悬浮物的絮体与矿井水分离，并使污泥得到一定程度的浓缩。

过滤单元：混凝沉淀后的污水为了进一步去除水中的悬浮颗粒，有必要进行过滤处理。过滤过程是一个包含多种作用的复杂过程，它不仅对水中的悬浮颗粒有物理截留的作用，而且对其有附着吸附等物理化学作用，因此，混凝沉淀后污水经过过滤系统后，能进一步去除水中悬浮颗粒，是保障出水水质的一道屏障。

消毒单元：虽然水经混凝、沉淀和过滤可以去除大多数细菌和病毒，但消毒仍必不可少，它对水的细菌学指标起保证作用，是水质安全的最终保障。

4社会和经济效益分析

4．1社会效益

矿井水处理厂处理后的再生水，主要回用于矿井采掘用水、洗煤厂洗选用水、厂区绿化、道路洒水及坑口电厂、钢厂循环冷却水等，由此不仅减少了矿井废水的外排，保护了生态环境，而且节约了宝贵的水资源。4．2经济效益

运行成本包括电费、药剂费、人工费、维修检修费，总计吨水处理成本为0．449元。具体如下：

（1）污水处理及输送电费成本0．210元/m3。

（2）污水药剂包括PAC、PAM、漂白粉等药剂成本费用0．202元/m3。

（3）人工费

处理厂配备工人10人，人工费按每年24000元/人计，污水人工成本0．032元/m3。

（4）维修检修费

232．8万元（设备投资）ˑ1．5%=3．5万元/年，污水维修成本0．005元/m3。

山东新查庄矿业有限责任公司矿井水处理厂，年处理矿井水750万m3，现每年向山东石横特钢集团及肥城大禹水务有限公司外供再生水600余万m3，供水价格0．8元/m3，按0．45元/m3成本计算，年产值480万元，利润210万元。

5结语

煤矿矿井水既是一种具有行业特点的污染源，又是一种宝贵的水资源。目前我国很多煤矿一方面生产生活严重缺水，另一方面矿井开采废水处理后或未经处理直接外排，造成了大量水资源的浪费，并且污染环境。因此，开发、处理、利用好矿井水资源，不仅具有广泛的社会效益和环境效益，而且对于企业自身和企业周边经济的发展也将起到重要推动作用。