淺談煤礦抽采鉆廢水的處理方法

伍彬 周鵬程

（中梁山煤電氣有限公司礦業分公司 重慶 400052）

淺談煤礦抽采鉆廢水的處理方法

伍彬 周鵬程

（中梁山煤電氣有限公司礦業分公司 重慶 400052）

本文簡述了煤礦廢水形成的種類和處理難度，分析了煤礦廢水中懸浮物與化學需氧量的關系以及抽采鉆廢水中懸浮微粒的特性，提出了在井下生產源頭處理抽采鉆廢水的方法，從而實現礦井廢水的有效處理和達標排放。

井下生產；抽采鉆廢水；懸浮微粒特性；ARO氣動隔膜泵；廢水處理方法

對于煤礦企業來講，在開采煤的過程中會產生大量的煤粉和巖粉，這些污染物伴隨著煤礦生產用水進入到水中，從而使得礦井的生產廢水中懸浮物（SS）以及化學需氧量（COD）等含量過高。因此，如何做好礦井廢水處理是每個煤礦企業都應該重點管理的工作。

1 礦井水的污染源及其影響

礦井水的污染源主要有：施工抽采鉆時產生的廢水；采煤工作面開采時產生的廢水；防火工作面注漿產生的廢水；掘進工作面濕式打眼產生的廢水；防塵噴霧產生的廢水。其中，抽采鉆廢水中存在大量的懸浮微粒，同時，液壓鉆機在使用中存在不同程度的滲油和漏油現象，其產生的廢水危害最大，治理困難。

在煤礦采掘主要生產水平一般都有抽采鉆施工，其產生的廢水就會經過排水溝與其他水源直接流入主水倉。由于主要生產水平的涌水量一般較大，為了確保礦井安全，主水倉的水會盡快排走，因此，廢水沒有足夠的時間進行沉淀就會排到上一個水平。盡管又通過上一個水平的沉淀池進行沉淀，但是，廢水靜止時間不足，容易出現礦井水的懸浮物（SS）和化學需氧量（COD）超標現象。

懸浮物（SS）和化學需氧量（COD）是衡量廢水對外界環境污染程度的重要指標。廢水中懸浮物（SS）含量和化學需氧量（COD）之間存在程度不同的線性正相關關系，即：懸浮物（SS）含量增高時，化學需氧量（COD）增大。因此，降低廢水中懸浮物（SS）的含量就會降低化學需氧量（COD）指標。

2 抽采鉆產生的廢水情況分析

2.1 每臺鉆機的最大耗水量測定

抽采鉆施工一般采用ZDY1200S型鉆機濕式鉆孔，鉆機的耗水量為1m3/h，在實際施工中，鉆桿出口的水壓與施工水平孔或高仰角孔有關，這導致鉆機的耗水量經常大于1m3/h。在同一供水管網中，施工水平孔時的出水量大于施工高仰角孔時的出水量。在測定鉆機最大耗水量時，應選擇施工水平孔時的情況測定最大供水量。

以中梁山北礦為例。管道出口直徑D=9mm，閘門關閉時壓力表讀數P=0.9MPa，閘門打開后壓力表讀數P′=0.65MPa，若不計管道的沿程阻力損失，應用《工程流體力學》總流的伯努利方程，可計算出管道中的平均速度v和平均流量Q。供水系統簡化為如圖1所示。

圖1

取管道中心軸為基準面，水倉自由液面為1-1斷面，壓力表處為2-2斷面。

閘門關閉時：p=γh

水倉自由液面至管道中心軸的距離：

閘門打開后，列1-1斷面和2-2斷面總流的伯努利方程：

管道中的平均速度：

管道中的平均流量：

2015年1月7日，在北礦+60水平機車充電室采用容積法進行了供水管道的流量測定。管道出口直徑D=9mm，用時8s裝滿0.16m×0.17m×0.4m的水箱，即：平均流量：

比較兩種測量方法后，確認北礦+60水平D=9mm的管道出口最大供水量為5m3/h左右。

2.2 抽采鉆廢水的靜止沉淀情況分析

抽采鉆廢水取自北礦+60SEC5水溝，其靜止沉淀情況如圖2～5。

圖2 靜止1h

圖3 靜止4h

圖4 靜止8h

圖5 靜止24h

觀察抽采鉆廢水靜止24h的沉淀過程，不難看出，抽采鉆廢水難于沉淀，這是造成礦井水不能達標排放的主要原因。

在日常生活中，任何兩個不同材質的物體接觸后再分離，即可產生靜電。打鉆的過程就是金屬與巖石強烈接觸與分離的過程，必然使得大量細小巖粉帶上相同電荷，這些細小巖粉在水中形成懸浮微粒，互相排斥，難以聚集。因此，抽采鉆廢水難于沉淀的原因是廢水中大量懸浮微粒帶有相同的電荷。

在井下取出200ml水樣中，添加聚合氯化鋁（PAC）后觀察懸浮微粒沉降速度和澄清情況見表1。

表1

聚合氯化鋁的特點之一：帶有大量正電荷，是形態穩定的多核羥鋁絡合物，能有效地促進絮凝、施膠。從這個試驗結果分析，抽采鉆廢水中的懸浮微粒帶有負電荷。

2.3 抽采鉆產生的砂石情況分析

通過對取樣廢水的沉淀情況觀察，在抽采鉆廢水中，沉淀物的體積占總體積的0.5%左右，即：消耗99.5m3的水將帶走0.5m3的砂石。

以上的分析充分證明：①抽采鉆廢水中存在大量懸浮微粒并帶有負電荷，靜止8h難于沉淀；②每臺鉆機的最大耗水量為5m3/h左右，水量不大；③抽采鉆廢水能帶走大量的細小砂石，大部分砂石在主水倉內沉積，造成主水倉的有效容積減小；④抽采鉆廢水中的油污被帶入主水倉，漂浮在水面。

3 抽采鉆廢水處理的方法

由于抽采鉆施工必須超前于采煤作業，同時，1臺鉆機最大耗水量只有5m3/h，本著從源頭治理廢水的原則，處理方法可以考慮以下兩種：沉淀排放法、沉淀絮凝法。

3.1 沉淀排放法

3.1.1 臨時沉淀池的修建

以中梁山北礦為例。臨時沉淀池的容積應按照抽采鉆產生的砂石情況確定，同時，臨時沉淀池不能修建在避災路線上，也不能影響正常的通風系統。選擇一段巷道，在兩端及中部用磚砌0.5～0.6m高的擋水墻，形成污泥倉和清水倉。采用英格索蘭ARO氣動隔膜泵將抽采鉆廢水打入污泥倉內，廢水從污泥倉另一端的上出口自流進入清水倉，然后從清水倉的上出口自流進入排水溝。污泥倉和清水倉的出水口均設置在上方，出水口設計為“十字槽”形式，采用木塊隔離水面上的油污。臨時沉淀池總蓄水容積大約為75～120m3，能夠存儲3～6個班的廢水，這樣既能讓廢水長時間靜止和沉淀，又能滿足通風的需要。待該區域抽采鉆施工結束后，將臨時沉淀池的水放掉，沉淀物風干后清理干凈，恢復原狀。

圖6 沉淀池入水口

圖7 沉淀池出水口

3.1.2 英格索蘭ARO氣動隔膜泵的特點

英格索蘭ARO氣動隔膜泵采用壓縮空氣為動力源，具有優良的壓力和流量自動調節特性，在工作壓力范圍內可任意設定壓力。采用壓縮空氣作為驅動力，氣液兩相完全隔離，工作時無電火花產生，尤其適用于要求防爆的場合。能輸送水泥灰漿介質、煤礦排放的污水、混水、稀泥漿。選用英格索蘭ARO氣動隔膜泵型號規格為：ARO-2，最大流量：283.9L/min（17m3/h），最大耗氣量：0.9m3/min，最大輸送顆粒：6.4mm，不需灌引水，吸程高達7m，揚程達50m。價格：4000元/臺左右。其結構如圖8。

圖8

3.1.3 沉淀排放法的優、缺點

優點：①可以根據抽采鉆的施工地點分區域修建臨時沉淀池，收集該區域打鉆產生的全部廢水入倉沉淀；②減少了廢水排入主水倉的總量；③隔離油污；④投入資金少，運行費用低。每處臨時沉淀池的修建費用3000元左右，投入的設備費用4000元，耗氣量：0.9m3/min。

缺點：有1個鉆場在臨時沉淀池范圍內，檢查這個鉆場的抽采指標時，人員需要涉水進入臨時沉淀池，給人員通行帶來不便。

3.2 沉淀絮凝法

在沉淀排放法的基礎上，向清水倉中加入絮凝劑進行處理。可以考慮在清水倉中定期加入一定量的石灰（Ca（OH）2）或聚合氯化鋁（PAC）進行絮凝沉淀。

石灰（Ca（OH）2）的基本作用是：可以作為廢水絮凝沉降劑，對廢水中懸浮微粒能起到助凝作用，對乳化液廢水有脫穩破乳作用。聚合氯化鋁（PAC）的基本作用是：對水中膠體物質有強烈電中和作用，對水中懸浮物有優良架橋吸附作用，對溶解性物質有選擇性吸附作用。

石灰（Ca（OH）2）的價格為 400 元/t，聚合氯化鋁（PAC）的價格為15000元/噸，建議采用石灰比較劃算。

優點：由于在生產源頭產生的廢水量少，又通過了沉淀處理，所以，加入絮凝劑的用量省，效果好，成本最低。

4 抽采鉆廢水處理效果

通過觀察和分析，細小砂石含量高的廢水密度比細小砂石含量低的廢水密度大，就像墨水滴入清水中的現象一樣，當高濃度廢水進入沉淀池尾部時就會沉入池底，將已經沉淀的廢水從沉淀池出口擠走。

治理前，地面水質監測儀器監測到的化學需氧量（COD）為：40～70mg/l，治理后，地面水質監測儀器監測到的化學需氧量（COD）為：15～48mg/l，符合《煤炭工業污染物排放標準》（GB20426-2006）規定的小于50mg/l的標準。

以中梁山北礦為例。治理前外排水樣于2015年1月8日取樣，治理后外排水樣于2015年5月18日取樣，其與自來水對比情況如圖9。

圖9 治理后外排水樣+自來水樣+治理前外排水樣

5 結語

煤礦生產過程中，在井下選擇合適的巷道修建臨時沉淀池，利用英格索蘭ARO氣動隔膜泵將抽采鉆廢水打入臨時沉淀池進行沉淀排放或添加絮凝劑，實現了從礦井水的污染源頭進行廢水治理的目的。避免了抽采鉆廢水直接進入主水倉導致礦井水污染量加大，從而造成廢水治理困難。這種抽采鉆廢水的處理方法，投入資金少，運行費用低，效果明顯，值得推廣應用。

[1]莫乃榕.工程流體力學.武漢：華中科技大學出版社，2000.

[2]韓麗.污水中懸浮物與化學需氧量關系初探.科學創新導報，2008（13）.

[3]岳永德.環境保護學.北京：中國農業出版社，2000.

TD712.6

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1004-7344（2016）12-0206-02

2016-4-9