煤礦礦井水超磁分離井下處理技術的實踐應用

朱丫盼

（霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 霍州 033200）

目前，我國煤炭行業礦井水處理工藝相對落后，很多小礦井為了經濟利益都沒有建設污水處理工序，對于水資源的循環利用率非常低。中國煤炭加工利用協會統計數據，截止到2016年全國礦井水綜合利用率僅為59%，不僅使礦井水中含有的煤泥資源大量浪費，而且對環境造成污染。因此針對礦井水進行超磁分離井下處理技術的實踐研究，具有很好的實踐意義。

1 工程概況

對霍州煤電集團下屬煤礦調查發現，該集團公司對于礦井水處理的技術措施主要為：井下沉淀→提升污水上井處理。在井下將廢棄坑道修建成為大體積的水倉用來進行礦井水的自然沉淀，部分經井下沉淀后的污水進行循環使用，另外部分采用泵提升至地面進行二次處理。礦井水在提升過程中需消耗電能，按照設計要求，噸水百米電耗一般約為0.50kWh/（t·hm），而實際運行中的電耗常高于此值。由于噸水百米電耗與所提升礦井水的密度有直接關系，因此，降低礦井水的密度即可節約提升能耗。本文以霍州煤電集團龐龐塔煤礦為例，采用超磁分離井下處理技術對該礦的礦井水進行處理，然后進行循環利用。

2 超磁分離井下處理技術

2.1 技術原理

煤礦礦井水超磁分離井下處理技術是一種利用永磁技術實現快速分離的新型高效礦井水處理技術。一方面，礦井水中所含的煤懸浮物本身不帶磁性，通過該技術首先將不帶磁性的含煤懸浮物賦予磁性，然后通過超磁分離機進行快速固液分離，使礦井水得到凈化；另一方面，從礦井水中分離出來的煤泥渣，可通過磁種回收循環系統實現磁種的循環利用，同時產生低含水率的煤泥，經壓濾系統得到煤泥餅，直接隨礦車升井。

2.2 關鍵技術分析

（1）磁種材料選擇。必須根據磁種的參數，包括粒徑、比重、比表面積、磁性能、絮凝性能、價格等進行綜合選擇，磁種材料的作用主要是對非磁性懸浮物進行分離。

（2）混凝系統的工藝參數確定。通過試驗確定混凝與絮凝藥劑的工藝參數，在保障混凝效果的基礎上，得到最短的混凝時間和絮凝時間。

（3）磁種制備投加回收裝置的研制。該裝置的作用主要是對煤泥渣的磁種進行回收利用。

（4）超磁分離機設計。設計的超磁分離機的效果必須達到出水懸浮物小于25mg/l，提高處理后礦井水的質量。

（5）合理的井下處理成套工藝設計。工藝設計主要包括磁絮凝系統、磁分離系統、藥劑制備投加系統和污泥壓濾系統，實現礦井水處理后變成潔凈的礦井水和煤泥餅。

3 實踐應用及效果分析

3.1 實踐應用情況分析

2016年，霍州煤電集團龐龐塔煤礦將井下400m處硐室巷道改造為礦井水井下處理站，礦井水處理量為12000m3/d。主要技改內容：取消井下沉淀池，直接將礦井水引入超磁分離處理系統，實現泥水分離，清水上井，泥餅直接隨礦車升片。礦井水超磁分離井下處理技術工藝流程如圖1所示。

圖1 礦井水超磁分離井下處理技術工藝流程示意圖

從圖1中知，礦井水流至混凝反應槽后，在混凝反應槽中投加重介磁種、PAC及PAM，經過3min的攪拌混凝，形成以磁種作為”核”的懸浮物絮體。再次通過超磁分離機進行分離，依靠超磁分離機中稀土永磁磁盤的高強磁力實現磁性絮團與水的快速分離，時間在25s左右。含磁種污泥輸送至磁分離磁鼓，對磁種與污泥進行分離，磁種回收率99.5%，可以循環使用，脫磁后的污泥進入污泥處理系統，再次經板框式壓濾機脫水，泥餅通過礦車外運。主要的設備使用情況如表1所示。

表1 礦井水超磁分離井下處理系統設備匯總表

3.2 主要技術指標

礦井水超磁分離井下處理系統主要適用于直徑為0.2～0.3mm以下煤粉的提取和回收：（1）水中懸浮物（SS）≤25mg/l；（2）COD≤50mg/l；（3）石油類油≤5mg/l；（4）pH值為6～9；（5）煤泥含水率≤30%。

3.3 效果分析

龐龐塔煤礦礦井水超磁分離井下處理技術改造項目已完成并投入運行1年之久。該處理工藝對對懸浮物的去除情況可見圖2所示。

圖2 水中懸浮物（SS）去除效果

從圖3中可以看出，該處理工藝對水中懸浮物的去除率最大為98.2%，最小為95.8%，平均為97.5%，能有效地對水中懸浮物進行去除。

該煤礦超磁分離井下處理技術的節能技改總投資額600萬元，建設期6個月。與常規技術相比，每年可多回收2202tce的煤泥資源。年節約電量63.1萬kWh，折合標煤221 tce，合計節能2423tce。每年節能經濟效益為401萬元，投資回收期為1.5年。為企業創造了很好的經濟效益。

4 推廣前景和節能潛力

中國煤炭加工利用協會統計數據顯示，2016年，我國的煤礦礦井水量約為69億m3，其中，有41億m3的礦井水經過處理進行了利用，而其余28億m3礦井水則直接外排。隨著國家對相關行業環境保護要求和標準的提高，預計到2019年，礦井水的綜合利用率將提高到75%，現有煤礦產能中約有10%可進行礦井水處理技術改造或新建，總礦井水處理需求量為6.9億m3，形成的年節能能力約為36萬tce。本文以龐龐塔煤礦為研究對象，對井下礦井水進行了超磁分離井下處理工藝的改造實踐研究，實踐應用效果良好，對水中懸浮物的去除率平均為97.5%，并為企業創造了很好的經濟效益。鑒于該處理工藝的節能性，可在全國進行推廣應用。