煤礦礦井水處理工程存在的問題及措施

安小銳（神華神東煤炭集團有限責任公司工程管理部，陜西省神木縣719315）

煤礦礦井水處理工程存在的問題及措施

安小銳（神華神東煤炭集團有限責任公司工程管理部，陜西省神木縣719315）

目前我國的煤礦礦井水處理還不是很完善，在礦井水處理過程中還存在著一些問題，如消毒系統(tǒng)問題，調(diào)節(jié)池的調(diào)節(jié)和預沉作用及一體化凈水器的問題，在污水處理當中運行效果還不是很好，安裝工程及土建工程缺少質(zhì)量保障，運行管理水平也不高，這些都是下一步需要解決的問題，下面我們來具體分析下。

煤礦礦井；水處理工程；存在的問題；解決措施

1 簡述煤礦礦井水處理工程

2 礦井水的來源及水質(zhì)特征

為了更好的控制和掌握煤礦礦井水處理工作的現(xiàn)狀，通過對我國各地方礦井水處理站進行調(diào)查，同時對這些調(diào)查結(jié)果進行詳細的分析，得到的結(jié)果顯示礦井水處理系統(tǒng)在工藝上還是比較合理和科學的。

1.1 煤礦礦井廢水是怎么產(chǎn)生的

煤炭礦藏的位置通常是在地下含水層下面，在開采煤炭的過程中，地下水會朝采掘巷和井筒方向流去，最終聚集于煤礦井下水倉，水倉水提升至礦井水處理廠進行處理。在采煤和掘進過程中，會有巖石粉塵和煤粉等許多微生物和懸浮物進入水內(nèi)，水體呈現(xiàn)灰黑色，在排水的過程中一部分物質(zhì)被析出，它的化學性質(zhì)得到了改變，也有些溶解性物質(zhì)出現(xiàn)了氧化。煤礦礦井水的水體為地下水，由于受到人為因素的污染，它也具備地表水的一些特點。

1.2 礦井水處理現(xiàn)狀如何

我國在礦井水資源開發(fā)利用已經(jīng)歷時40多年，礦井水處理的水處理技術(shù)都是比較成熟的，就比如：酸性礦井水和高礦化度礦井水以及含懸浮物的污水等方面。其中含有懸浮物的礦井水其實就是常規(guī)的礦井水，對于這類礦井水在處理的時候，主要為用提升泵進行提升使礦井水進入調(diào)節(jié)池，礦井水經(jīng)過簡單的初凝沉淀，然后經(jīng)過混凝、沉淀和吸附，這時礦井水基本可以達到排放標準，在對含有許多鐵元素和錳元素的礦井水進行處理時，在礦井水過濾前，濾池中的濾料需由錳砂替代。高礦化度礦井水在處理的過程中采用的仍舊是傳統(tǒng)預處理方法，這里要注意一點，在處理的時候要把礦井水中所含的鹽份先除去，當前較為廣泛應(yīng)用的除鹽技術(shù)是反滲透；對酸性礦井水進行處理的時候，通常在礦井水添加氫氧化鈉和石灰進行中和反應(yīng)。根據(jù)對我國大部分礦井水處理站的研究結(jié)果進行分析后，對礦井水處理站在懸浮物礦井水進行處理的過程進行統(tǒng)計，具體如表1～2所示。

表1 42座水電站一體凈化器選用的詳細情況[n，（%）]

表2 42 座水電站反應(yīng)池、沉淀池、澄清池選型的具體情況[n，（％）]

從表中可以看出，在礦井水處理當中最為廣泛應(yīng)用的是混凝、沉淀、過濾與反應(yīng)工藝，在所有工藝中超過了60%，其中沉淀池通常會選擇斜管工藝，而反應(yīng)池主要選擇穿孔隔板技術(shù)，這些選擇都具有很好的實用性和經(jīng)濟性，在小型礦井水處理過程中更為廣泛使用，另外從礦井水處理采用的工藝也能夠看出其選擇的成熟性和合理性。

煤礦礦井水的形成主要是為巷道內(nèi)地下水以及采空區(qū)塌陷波及到水源所導致的，來源主要有以下幾種：大氣降水、地表水以及斷層水、采空區(qū)水，以及大氣降水。①大氣降水是煤礦礦井水的一個總的根源，這部分水源除了有一部分會被蒸發(fā)以及隨著河流流走之外，其余部分就是順著巖石的空隙以及裂隙進入到了地下，或者直接進入礦井。大氣降水在不同的地區(qū)和不太的季節(jié)以及不通的開采深度，都會對礦井水產(chǎn)生不同的影響。比如說，降雨量比較少的地方，礦井的涌水量就會很大程度的降低，在降雨量比較多的地方，礦井的涌水量就會變得很大，就算是在同一個地區(qū)，因為大氣降雨量隨著季節(jié)的變化，也會發(fā)生周期性的變化，與此同時，礦井的深度及地質(zhì)構(gòu)造對礦井水的影響也有很大的影響。②斷層水。大部分流進礦井的水都是和附近區(qū)域的地質(zhì)相關(guān)的，斷層破碎地帶是地下水的通道以及聚集的地區(qū)，沿著斷層破碎帶可以和各個含水層溝通，并且和地表水之間發(fā)生水力的聯(lián)系，最終形成斷層水。斷層水對礦井的生產(chǎn)有很大的影響，主要表現(xiàn)在：因為巷道揭露或者是采掘活動對圍巖的隔水性造成破壞，導致斷層帶的水朝井下涌入。此類型的水特點是靜儲量比較小，動儲量比較大，和地表水高壓強含水層之間互相溝通，給礦井的生產(chǎn)帶來了很大的威脅，尤其是在斷層交叉部位，非常容易出現(xiàn)透水的事故。③含水層水。含水斷層主要是礦井充水來源。大部分情況下，大氣降水和地表水首先是對含水層進行補給，之后才流入礦井的。流入礦井的含水層水量包含了靜儲量和動儲量兩個部分。靜儲量是巷道末揭露含水層前，實際不存在含水層中的地下水，水量的大小由含水層的厚度以及巖石裂隙的大小決定。通常在對礦井進行開采的初期，所排出的礦井水主要是靜儲量，可以在礦井排水中逐漸的減少直至疏干。如果降水、地表水不斷的流進到含水層當中，使含水層的水有新的補充來源，雖然井下長期都有排水，但是由于含水層的水大量涌入不會出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象，這也就是動儲量。所以，屬靜儲量的含水層對礦井生產(chǎn)初期有一定的影響，而之后會逐漸減弱，屬動儲量的含水層對于礦井生產(chǎn)的影響，則會一直存在。

3 我國當前在煤礦礦井水處理工程上存在哪些問題及不足

自“十一五”和《礦井水利用專項》政策出臺后，我國的各大煤礦都建立了煤礦礦井水處理工程，這大大增加了礦井水的回用率。現(xiàn)在經(jīng)過環(huán)保人員的不斷努力，礦井水再利用已成了各煤礦區(qū)根據(jù)不同地區(qū)所確定的新發(fā)展趨勢，礦井水在被處理后利用率得到了大幅提高，許多煤礦礦井水處理的利用率都達到了90%以上?，F(xiàn)在雖然在礦井水處理上采用技術(shù)較成熟，工藝也很合理，可是在礦井水處理工程當中還存在著不少問題，一些處理工程的質(zhì)量存在很大不足，這與預想的設(shè)計質(zhì)量有很大差異，就比如存在污泥脫水系統(tǒng)和消毒系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，運行管理水平不高，一體化凈水器的處理效果還不是很好，自動化程度也不高等問題，下面根據(jù)我國大多數(shù)礦井水處理工程的調(diào)查結(jié)果，對于目前我國在煤礦礦井水處理方面存在的問題進行總結(jié)和分析，希望對煤礦礦井水處理工程有所幫助。通過相關(guān)研究和調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)，我國現(xiàn)在于礦井水處理上還存有許多問題，下面我們進行具體分析。

3.1 調(diào)節(jié)池預沉與調(diào)節(jié)作用問題

在煤礦礦井水處理過程當中，為了均衡水質(zhì)和調(diào)節(jié)水量，在水處理工程中通常設(shè)置有調(diào)節(jié)池，因為調(diào)節(jié)池可以混合礦井水水質(zhì)，起到粗大顆粒的預沉淀作用，故也被稱作預沉調(diào)節(jié)池。通過對一些礦井處理工程的調(diào)節(jié)池進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)它們沒有起到很好的調(diào)節(jié)和預沉作用，由于煤礦井下排水的特殊性，另外礦井水排放水量和水質(zhì)變化也很大，通常礦井排水會選擇于當天的用電低峰期內(nèi)，所以需要在煤礦礦井排水口處設(shè)一個很大的調(diào)節(jié)池。可是，實際現(xiàn)場情況卻是調(diào)節(jié)池的容積相對較小，存在排泥不暢及未考慮排泥設(shè)備等問題，這會對最后的出水效果和后緒處理工作的穩(wěn)定性有很大影響。

由于礦井排水的特殊性，當前的礦井水處理技術(shù)通常是把井下生產(chǎn)作業(yè)排水和礦井涌水引至井下水倉進行存儲，然后由井下提升泵提升到礦井水處理廠進行統(tǒng)一處理。另外采煤煤層變化等狀況會對礦井水的水質(zhì)和水量有影響，含有的懸浮物變化也很大，在清理井下水倉的時候懸浮物可以達到平均值的數(shù)倍以上。所以，為了均衡和緩沖水質(zhì)，保障后緒礦井水處理系統(tǒng)能夠安全運行，設(shè)置調(diào)節(jié)池是很重要的。此外，井下排水系統(tǒng)是依照作業(yè)狀況來設(shè)定排水期，所以通常會出現(xiàn)礦井水處理系統(tǒng)與井水排水系統(tǒng)不一致的狀況，而調(diào)節(jié)池對這一問題能夠有效的協(xié)調(diào)。因而要加強對調(diào)節(jié)池設(shè)計的重視度。調(diào)節(jié)池容量的確定是預沉調(diào)節(jié)池設(shè)計的關(guān)鍵問題，要做到均衡水質(zhì)同時面積不能太大，它的池容是按下面的公式來確定：

同樣是看到謠言，過去以為是“無知”，是因為沒有科學常識，或者因為不了解一些情況，這才以訛傳訛；后來知道是“無畏”，是有人通過制造謠言來吸粉吸點擊，從而吸引廣告主注意；現(xiàn)在知道了還有一種“無恥”，有人通過這種方式來敲詐，或者惡意中傷對手，來獲取不正當利益。

V=（Q1-Q2）t

在公式中V代表調(diào)節(jié)池，Q1和Q2分別代表井水時間排水量和礦井水處理系統(tǒng)的排水量，t代表井下的排水時間。從公式中能夠看出，調(diào)節(jié)池的池容與井水排水時間、井水時間排水量和礦井水處理系統(tǒng)的排水量有關(guān)系。運用上面公式進行計算時，池容的大小還應(yīng)當與工程投資和處理場地的大小等內(nèi)容進行綜合考慮。

3.2 一體化凈水器的處理效果還不是很好

一體化凈水器的功能比較集中，它集沉淀池、過濾池和反應(yīng)池為一體，能夠做到反沖洗和全自動排泥，在實際應(yīng)用過程中占用的面積少，另外它的過濾和調(diào)節(jié)以及反應(yīng)效果比較明顯?？墒且驗楝F(xiàn)在我國的一體化凈水器市場比較雜亂，有時會出現(xiàn)凈水器設(shè)計參數(shù)選用不恰當?shù)葐栴}，導致在處理水量時還達不到設(shè)計水量的一半，經(jīng)常會出現(xiàn)水質(zhì)不合格問題，從調(diào)查得知，只有少數(shù)凈水器運行穩(wěn)定和良好。

由于一體化凈水器占地面積較少，具有快速和成本低等優(yōu)勢，因而在我國礦井處理方面應(yīng)用較廣，可是因為一體化凈水器自身的設(shè)計問題和礦井水水質(zhì)的特殊性，造成運行效果還不能令人滿意。下面我們來分析下一體化凈水器存在有哪些主要問題：①凈水器是20世紀發(fā)展起來的小型凈水裝置，它是用在地表水的處理上面，除了KJS凈水器以外，其它型號的凈水器的設(shè)計參數(shù)都是依照地表水水質(zhì)來設(shè)計的，由于礦井水SS比較大，煤灰的比重比較小，約為為1.5g/cm3，它比地表水系統(tǒng)中的泥砂比重要輕的多，造成了沉降性能差，硯花較難；②停留時間太短，它的凈水時間一般保持在20～25min之間，可是傳統(tǒng)的沉淀工藝，即使再高效也需要40～60min，反應(yīng)時間太短，效果也不好，沉淀時間不夠，影響出水效果；③二次加藥，一些煤礦礦井水懸浮物較高時就必需進行二次加藥工藝，加入鋁鹽或鐵鹽混凝劑及高分子助凝劑，有些煤礦雖設(shè)有二次加藥工藝，可從來沒使用過，只作簡單的過濾設(shè)備，不僅導致浪費凈水功能，還造成一體化凈水器過于頻繁進行反沖洗；④現(xiàn)在應(yīng)用的一體化凈水器的水量與設(shè)計水量有很大差距，導致一體化凈水器的相關(guān)設(shè)施，比如加藥系統(tǒng)和調(diào)節(jié)池等設(shè)備投資和設(shè)備浪費增加；⑤一體化凈水器在過濾的時候一般會選擇輕質(zhì)濾料，可在實際工程中常常出現(xiàn)塑料濾珠被反沖洗水和出水帶走等情況，長此以住，使出水效果不斷惡化；⑥在礦井水中不能避免出現(xiàn)采掘裝置漏乳化油和機油，一體化凈水器通常會選擇塑料濾珠進行過濾，如果在反應(yīng)期不能充分反應(yīng)，當物質(zhì)進到過濾層，容易出現(xiàn)塑料濾珠結(jié)團現(xiàn)象，對過濾效果有一定影響。

3.3 消毒系統(tǒng)存在的問題

通常礦井水經(jīng)過合理處理后會直接應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)當中，由于回收和處理的時候基本不會用到消毒系統(tǒng)，這讓一些管理人員存有一個錯誤理解，以為礦井水只是用于工業(yè)生產(chǎn)就不必消毒了，其實不論礦井水應(yīng)用在什么地方都必需對其進行消毒處理，就比如礦井水在井下作為防塵水就要進行消毒。消毒方法分為二氧化氯消毒、紫外線消毒等。

3.4 自動化控制上的問題

通過調(diào)查得知，現(xiàn)在的許多礦井水處理站在運行過程中主要依賴人工對繼電接觸器進行控制，自動化程度不高，常常出現(xiàn)加藥量浪費現(xiàn)象。這不但造成工人勞動量加大，而且對運行效果也有一定的影響，處理之后的水質(zhì)和水量不能得到有效的保障。因為礦井水的水質(zhì)和水量會受到水倉清淤、井下采煤活動及水文地質(zhì)情況等的影響，在礦井水處理中加藥之后會出現(xiàn)污泥量變化加大，所以有必要使用自動排泥控制技術(shù)和自動藥劑投加技術(shù)，來對礦井水的出水水質(zhì)進行保障。同時在礦井水工程中有許多在線檢測儀表和動力裝置，它們分布于水處理的各個部分，通過自動監(jiān)控能夠更好的對其進行控制，應(yīng)用遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)，使管理更加信息化和集中化，提高工作效率。

3.5 污泥處理過程中存在問題

經(jīng)過相關(guān)調(diào)查和研究證明，有超過半數(shù)的礦井水處理站在礦井水處理的時候污泥系統(tǒng)不正常，在脫水設(shè)備運行過程中存在較多問題，從現(xiàn)場可以看出，礦井水脫水設(shè)備有帶式壓濾機、離心脫水機和板框壓濾機這三種類型。其中離心脫水機與其它兩種設(shè)置相比，于運行當中脫水效果最差，在脫水過程中會有很多污泥，同時在運輸時也出現(xiàn)許多問題。而板框壓濾機是煤炭洗選行業(yè)中使用較普遍的設(shè)備，它也存在一定不足，在處理污泥時效果很低，操作也很繁雜，帶式壓濾機的脫水效果最好，但是由于價格問題在實際中很難廣泛應(yīng)用。

3.6 安裝和土建工程的質(zhì)量不高

從調(diào)查得知，安裝施工和土建工程在煤礦礦井水處理工程建設(shè)時不能達到其質(zhì)量要求，因為構(gòu)建物的表面不平滑、未依照正確方法對設(shè)備管道進行安裝以及池體滲水嚴重等現(xiàn)象，都直接影響到了礦井水處理的結(jié)果。

4 針對煤礦礦井水處理工程存在問題所采取的措施

4.1 改良排泥池系統(tǒng)，讓排泥池的預沉效果得到增強

在對排泥池進行設(shè)計的時候要參照礦井水的排量來進行設(shè)計，使設(shè)計出來的排泥池的面積可以達到排水量的需求。對于那些已使用的排泥池的工程，可以對排泥池當中的排泥系統(tǒng)進行合理的改良，讓其排泥功效得到提高，同時要確保改良后的排泥池具有更好的預沉和調(diào)節(jié)作用。如果工程沒有對排泥系統(tǒng)進行相關(guān)設(shè)計，就應(yīng)當選擇其它方法，比如應(yīng)用調(diào)節(jié)池內(nèi)曝氣等方法，來防止污泥的沉積。

4.2 為了保障工程的質(zhì)量，在建設(shè)過程中要加強監(jiān)理

當前中國在礦井水的安裝與土建工程中存在質(zhì)量問題主要是因為對工程進行多次轉(zhuǎn)手，施工單位的施工技術(shù)水平不高等，所以在安裝和施工的時候，監(jiān)理人員要加強施工管理和監(jiān)督力度，盡量來避免工程轉(zhuǎn)包現(xiàn)象，另外在施工企業(yè)選擇的時候優(yōu)先選擇有一定資質(zhì)，施工技術(shù)較高的施工企業(yè)，加強施工過程中的管理和控制，來確保安裝和施工工程的質(zhì)量。

4.3 對員工進行定期和不定期培訓，讓管理水平得到提升

礦井水處理站可以聘請有經(jīng)驗的管理人員對員工進行培訓教育，如果有條件也可以建立實驗室，這對于礦井水處理系統(tǒng)的運行有著很好推進效果。同時條件允許的話可以把全部處理系統(tǒng)的控制轉(zhuǎn)換為自動化控制，此外還可以增強設(shè)備的管理力度，定期定時對設(shè)備進行消毒處理，在選用污泥脫水設(shè)備的時候，優(yōu)先選擇適用礦井水的設(shè)備，并要及時對設(shè)備進行維護和檢修。

5 結(jié)束語

自改革開放以來，中國的礦井水資源開發(fā)利用已經(jīng)經(jīng)過40多年的發(fā)展，現(xiàn)在煤礦礦井水處理應(yīng)用的技術(shù)不斷成熟，工藝也更加合理?？墒?，礦井水處理工程還存在一些問題和不足，就比如一體化凈水器處理效果不好，調(diào)節(jié)池的預沉和調(diào)節(jié)作用還需要加強、安裝和土建工程質(zhì)量較差、自動化程度問題、消毒系統(tǒng)和污泥處理上的問題、運行管理水平上的問題等，希望通過對調(diào)節(jié)池排泥系統(tǒng)進行改良，使其預沉作用得到提高，增強建設(shè)監(jiān)理力度，來確保工程的質(zhì)量，對員工進行定期和不定期培訓，來使綜合管理水平得到提高。

[1]徐立成，張冬梅.分析我國煤礦礦井水資源化應(yīng)用的問題所在[J].工業(yè)煤礦，2013（1）：59～62.

[2]徐 月，陳子正.淺析礦井水回收利用存在問題及對策[J].煤礦工程，2013（9）：33～35.

[3]馮 光，孟 溯.研究煤礦中含懸浮物礦井水凈化處理技術(shù)[J].環(huán)境與保護，2015（8）：20～23.

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