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(yè)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(yè)分公司 重慶 400052）

本文簡(jiǎn)述了煤礦廢水形成的種類(lèi)和處理難度，分析了煤礦廢水中懸浮物與化學(xué)需氧量的關(guān)系以及抽采鉆廢水中懸浮微粒的特性，提出了在井下生產(chǎn)源頭處理抽采鉆廢水的方法，從而實(shí)現(xiàn)礦井廢水的有效處理和達(dá)標(biāo)排放。

井下生產(chǎn)；抽采鉆廢水；懸浮微粒特性；ARO氣動(dòng)隔膜泵；廢水處理方法

對(duì)于煤礦企業(yè)來(lái)講，在開(kāi)采煤的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煤粉和巖粉，這些污染物伴隨著煤礦生產(chǎn)用水進(jìn)入到水中，從而使得礦井的生產(chǎn)廢水中懸浮物（SS）以及化學(xué)需氧量（COD）等含量過(guò)高。因此，如何做好礦井廢水處理是每個(gè)煤礦企業(yè)都應(yīng)該重點(diǎn)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(shí)產(chǎn)生的廢水；采煤工作面開(kāi)采時(shí)產(chǎn)生的廢水；防火工作面注漿產(chǎn)生的廢水；掘進(jìn)工作面濕式打眼產(chǎn)生的廢水；防塵噴霧產(chǎn)生的廢水。其中，抽采鉆廢水中存在大量的懸浮微粒，同時(shí)，液壓鉆機(jī)在使用中存在不同程度的滲油和漏油現(xiàn)象，其產(chǎn)生的廢水危害最大，治理困難。

在煤礦采掘主要生產(chǎn)水平一般都有抽采鉆施工，其產(chǎn)生的廢水就會(huì)經(jīng)過(guò)排水溝與其他水源直接流入主水倉(cāng)。由于主要生產(chǎn)水平的涌水量一般較大，為了確保礦井安全，主水倉(cāng)的水會(huì)盡快排走，因此，廢水沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行沉淀就會(huì)排到上一個(gè)水平。盡管又通過(guò)上一個(gè)水平的沉淀池進(jìn)行沉淀，但是，廢水靜止時(shí)間不足，容易出現(xiàn)礦井水的懸浮物（SS）和化學(xué)需氧量（COD）超標(biāo)現(xiàn)象。

懸浮物（SS）和化學(xué)需氧量（COD）是衡量廢水對(duì)外界環(huán)境污染程度的重要指標(biāo)。廢水中懸浮物（SS）含量和化學(xué)需氧量（COD）之間存在程度不同的線性正相關(guān)關(guān)系，即：懸浮物（SS）含量增高時(shí)，化學(xué)需氧量（COD）增大。因此，降低廢水中懸浮物（SS）的含量就會(huì)降低化學(xué)需氧量（COD）指標(biāo)。

2 抽采鉆產(chǎn)生的廢水情況分析

2.1 每臺(tái)鉆機(jī)的最大耗水量測(cè)定

抽采鉆施工一般采用ZDY1200S型鉆機(jī)濕式鉆孔，鉆機(jī)的耗水量為1m3/h，在實(shí)際施工中，鉆桿出口的水壓與施工水平孔或高仰角孔有關(guān)，這導(dǎo)致鉆機(jī)的耗水量經(jīng)常大于1m3/h。在同一供水管網(wǎng)中，施工水平孔時(shí)的出水量大于施工高仰角孔時(shí)的出水量。在測(cè)定鉆機(jī)最大耗水量時(shí)，應(yīng)選擇施工水平孔時(shí)的情況測(cè)定最大供水量。

以中梁山北礦為例。管道出口直徑D=9mm，閘門(mén)關(guān)閉時(shí)壓力表讀數(shù)P=0.9MPa，閘門(mén)打開(kāi)后壓力表讀數(shù)P′=0.65MPa，若不計(jì)管道的沿程阻力損失，應(yīng)用《工程流體力學(xué)》總流的伯努利方程，可計(jì)算出管道中的平均速度v和平均流量Q。供水系統(tǒng)簡(jiǎn)化為如圖1所示。

圖1

取管道中心軸為基準(zhǔn)面，水倉(cāng)自由液面為1-1斷面，壓力表處為2-2斷面。

閘門(mén)關(guān)閉時(shí)：p=γh

水倉(cāng)自由液面至管道中心軸的距離：

閘門(mén)打開(kāi)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(jī)車(chē)充電室采用容積法進(jìn)行了供水管道的流量測(cè)定。管道出口直徑D=9mm，用時(shí)8s裝滿(mǎn)0.16m×0.17m×0.4m的水箱，即：平均流量：

比較兩種測(cè)量方法后，確認(rèn)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(guò)程，不難看出，抽采鉆廢水難于沉淀，這是造成礦井水不能達(dá)標(biāo)排放的主要原因。

在日常生活中，任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電。打鉆的過(guò)程就是金屬與巖石強(qiáng)烈接觸與分離的過(guò)程，必然使得大量細(xì)小巖粉帶上相同電荷，這些細(xì)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(jiàn)表1。

表1

聚合氯化鋁的特點(diǎn)之一：帶有大量正電荷，是形態(tài)穩(wěn)定的多核羥鋁絡(luò)合物，能有效地促進(jìn)絮凝、施膠。從這個(gè)試驗(yàn)結(jié)果分析，抽采鉆廢水中的懸浮微粒帶有負(fù)電荷。

2.3 抽采鉆產(chǎn)生的砂石情況分析

通過(guò)對(duì)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(fù)電荷，靜止8h難于沉淀；②每臺(tái)鉆機(jī)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(xì)小砂石，大部分砂石在主水倉(cāng)內(nèi)沉積，造成主水倉(cāng)的有效容積減小；④抽采鉆廢水中的油污被帶入主水倉(cāng)，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(yè)，同時(shí)，1臺(tái)鉆機(jī)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(shí)沉淀池的修建

以中梁山北礦為例。臨時(shí)沉淀池的容積應(yīng)按照抽采鉆產(chǎn)生的砂石情況確定，同時(shí)，臨時(shí)沉淀池不能修建在避災(zāi)路線上，也不能影響正常的通風(fēng)系統(tǒng)。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(cāng)和清水倉(cāng)。采用英格索蘭ARO氣動(dòng)隔膜泵將抽采鉆廢水打入污泥倉(cāng)內(nèi)，廢水從污泥倉(cāng)另一端的上出口自流進(jìn)入清水倉(cāng)，然后從清水倉(cāng)的上出口自流進(jìn)入排水溝。污泥倉(cāng)和清水倉(cāng)的出水口均設(shè)置在上方，出水口設(shè)計(jì)為“十字槽”形式，采用木塊隔離水面上的油污。臨時(shí)沉淀池總蓄水容積大約為75～120m3，能夠存儲(chǔ)3～6個(gè)班的廢水，這樣既能讓廢水長(zhǎng)時(shí)間靜止和沉淀，又能滿(mǎn)足通風(fēng)的需要。待該區(qū)域抽采鉆施工結(jié)束后，將臨時(shí)沉淀池的水放掉，沉淀物風(fēng)干后清理干凈，恢復(fù)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(dòng)隔膜泵的特點(diǎn)

英格索蘭ARO氣動(dòng)隔膜泵采用壓縮空氣為動(dòng)力源，具有優(yōu)良的壓力和流量自動(dòng)調(diào)節(jié)特性，在工作壓力范圍內(nèi)可任意設(shè)定壓力。采用壓縮空氣作為驅(qū)動(dòng)力，氣液兩相完全隔離，工作時(shí)無(wú)電火花產(chǎn)生，尤其適用于要求防爆的場(chǎng)合。能輸送水泥灰漿介質(zhì)、煤礦排放的污水、混水、稀泥漿。選用英格索蘭ARO氣動(dòng)隔膜泵型號(hào)規(guī)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(dá)7m，揚(yáng)程達(dá)50m。價(jià)格：4000元/臺(tái)左右。其結(jié)構(gòu)如圖8。

圖8

3.1.3 沉淀排放法的優(yōu)、缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：①可以根據(jù)抽采鉆的施工地點(diǎn)分區(qū)域修建臨時(shí)沉淀池，收集該區(qū)域打鉆產(chǎn)生的全部廢水入倉(cāng)沉淀；②減少了廢水排入主水倉(cāng)的總量；③隔離油污；④投入資金少，運(yùn)行費(fèi)用低。每處臨時(shí)沉淀池的修建費(fèi)用3000元左右，投入的設(shè)備費(fèi)用4000元，耗氣量：0.9m3/min。

缺點(diǎn)：有1個(gè)鉆場(chǎng)在臨時(shí)沉淀池范圍內(nèi)，檢查這個(gè)鉆場(chǎng)的抽采指標(biāo)時(shí)，人員需要涉水進(jìn)入臨時(shí)沉淀池，給人員通行帶來(lái)不便。

3.2 沉淀絮凝法

在沉淀排放法的基礎(chǔ)上，向清水倉(cāng)中加入絮凝劑進(jìn)行處理。可以考慮在清水倉(cāng)中定期加入一定量的石灰（Ca（OH）2）或聚合氯化鋁（PAC）進(jìn)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(duì)廢水中懸浮微粒能起到助凝作用，對(duì)乳化液廢水有脫穩(wěn)破乳作用。聚合氯化鋁（PAC）的基本作用是：對(duì)水中膠體物質(zhì)有強(qiáng)烈電中和作用，對(duì)水中懸浮物有優(yōu)良架橋吸附作用，對(duì)溶解性物質(zhì)有選擇性吸附作用。

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

優(yōu)點(diǎn)：由于在生產(chǎn)源頭產(chǎn)生的廢水量少，又通過(guò)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(guò)觀察和分析，細(xì)小砂石含量高的廢水密度比細(xì)小砂石含量低的廢水密度大，就像墨水滴入清水中的現(xiàn)象一樣，當(dāng)高濃度廢水進(jìn)入沉淀池尾部時(shí)就會(huì)沉入池底，將已經(jīng)沉淀的廢水從沉淀池出口擠走。

治理前，地面水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)到的化學(xué)需氧量（COD）為：40～70mg/l，治理后，地面水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)到的化學(xué)需氧量（COD）為：15～48mg/l，符合《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20426-2006）規(guī)定的小于50mg/l的標(biāo)準(zhǔn)。

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(lái)水對(duì)比情況如圖9。

圖9 治理后外排水樣+自來(lái)水樣+治理前外排水樣

5 結(jié)語(yǔ)

煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，在井下選擇合適的巷道修建臨時(shí)沉淀池，利用英格索蘭ARO氣動(dòng)隔膜泵將抽采鉆廢水打入臨時(shí)沉淀池進(jìn)行沉淀排放或添加絮凝劑，實(shí)現(xiàn)了從礦井水的污染源頭進(jìn)行廢水治理的目的。避免了抽采鉆廢水直接進(jìn)入主水倉(cāng)導(dǎo)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(yùn)行費(fèi)用低，效果明顯，值得推廣應(yīng)用。

[1]莫乃榕.工程流體力學(xué).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.

[2]韓麗.污水中懸浮物與化學(xué)需氧量關(guān)系初探.科學(xué)創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（13）.

[3]岳永德.環(huán)境保護(hù)學(xué).北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.

TD712.6

A

1004-7344（2016）12-0206-02

2016-4-9