源頭控制礦井排水中煤泥含量的工藝研究與應用

康 樂

(霍州煤電集團 辛置煤礦，山西 霍州 031400)

礦井水作為一種重要的水資源，對其進行合理處理與循環利用，已經成為實現礦區可持續發展的必然要求[1].近年來，國內外學者在礦井水處理方面開展了大量研究工作，取得了多項研究成果。張春暉等[2]提出了基于時間維度的煤礦礦井水“生產—閉坑”全過程污染控制技術、基于空間維度的煤礦礦井水“井下—地面”分級處理與利用技術，建立了“兩維一體化”煤礦礦井水分級處理與高效循環利用技術體系，為礦井水的綠色處理與利用提供了一種新的思路。王東升[3]介紹了含懸浮物、高礦化度、酸性、含特殊污染物等不同類型礦井水的處理技術。肖艷[4]分析了高礦化度礦井水零排放處理技術及典型工藝。鄒海兵等[5]為解決天山礦業公司礦井水處理中預沉池礦井水沉淀時間不足問題，優化了加藥點位置，確保了處理水質的標準。但是針對具體礦井，仍需要根據礦井水質選擇合適的處理方式。辛置煤礦建礦近70年來，采用多級提升方式排水，排水系統戰線較長，存在污泥等污染物堵塞排水管道、煤泥沉積水倉，導致清倉周期短等問題。為了實現從源頭上杜絕煤泥進入水倉，提高水倉的空倉率，該礦開展煤泥水治理工藝研究，擬利用 “振動篩+沉淀池+絮凝劑”煤泥水治理工藝，改進現有治污模式，改善煤泥等污染物處理效果，延長清倉周期，緩解水倉工作壓力，促進生態環境的可持續發展。

1 概 況

辛置煤礦310水平二采區2-208回采工作面位于310二采區末端，工作面下山推進，采用多級分離排水，經由工作面至二采區末端水倉，到310水平水倉，再到450水平水倉，最終到地面桃溝污水處理站。該回采工作面為俯采工作面，正常涌水量為50 m3/h，淋水量大且伴有大量煤粉、煤泥，隨涌水流出并進入310二采區末端水倉及310水平水倉。礦井水中存在大量煤泥，增加了排水系統負擔和地面煤泥污染處理成本。水倉內煤泥沉積速度過快，水倉正常清挖遠不能滿足水倉正常運行的需要，造成排水系統不能滿足工作面安全生產排水需要，處理不當將會導致整個工作面被淹沒，對2-208工作面安全回采造成嚴重威脅。礦井水排水處理流程見圖1.

圖1 2-208工作面礦井水排水處理流程圖

2 礦井排水煤泥分離工藝對比

2.1 排水煤泥分離模式

1)舊工藝：“工作面→采區水倉”。回采工作面污水進入工作面標準水倉完成初步沉淀，排送至采區水倉，再經系統排水管路排至地面污水處理站處理排放。

2)擬采用的新工藝：“工作面→振篩機泥水粗分→沉淀池絮凝→采區水倉”。回采工作面污水進入工作面標準水倉完成初步沉淀，然后通過振動篩進行泥水粗分離，再經過專用沉淀池完成絮凝處理排送至采區水倉，最后經系統排水管路排至地面污水處理站處理，水質達標后排出。

2.2 新工藝技術路線

新工藝技術路線見圖2，通過現場調研、理論分析、室內試驗、現場施工等多種手段開展了振動篩選型、沉淀池構造、絮凝劑類型及水倉改進等方面的研究，優化傳統分離工藝。

圖2 技術路線圖

3 工藝應用情況

3.1 振篩機泥水粗分

3.1.1 振動篩的選擇

對井下污水采樣，分析煤泥粒徑組成及煤泥巖性。經檢測：1)煤泥粒徑主要集中在0.2～20 μm，煤泥粒度較小。2)煤泥中除C、O等主要元素外，Al、Si、S、Ca的含量也較高，這些微量元素組成了大量的黏土類物質和無機鹽灰分，使得煤泥的黏度較高，平均值達到17.05.3)礦井主要涌水水源為 K8砂巖含水層及 K2灰巖含水層，經水質鑒定，呈偏堿性。

篩選合適的濾網高頻振篩機，現場選擇型號為GPS1837，該設備外形尺寸：長3 891 mm×寬2 540 mm×高1 621 mm(不含驅動系統)，篩板尺寸：610 mm×610 mm×0.35 mm，驅動形式：雙驅動電機驅動。

3.1.2 煤泥篩分流程

在回采工作面副巷口處安裝一臺該型高頻振篩機，煤泥篩分流程見圖3.

圖3 煤泥篩分流程圖

通過現場實踐觀察，每小時能夠篩出2.6 t煤，每天工作18 h，一臺振篩機每天可以篩出的煤泥量高達47 t，水倉內的污水由原先的10天左右積滿延長至15天左右。但從煤礦生產需求來講，水倉清污周期還是過短，清倉速度依舊不能保證水倉正常運行。

3.2 沉淀池沉淀處理

3.2.1 沉淀池滿足條件

1)懸浮顆粒在沉淀過程中處于自由沉淀狀態，即顆粒物之間互不干擾，顆粒的大小、形狀和密度都不發生改變。顆粒物以等速下沉，顆粒的水平分速等于水平流速[5].

2)水流沿著水平方向流動，進出水均勻分布在整個橫斷面上，在過水斷面上，各點的流速相等，并在流動過程中流速始終不變。

3)顆粒物沉到池底即認為已被去除，不再返回水流中。

3.2.2 沉淀池設計

沉淀池的設計是污水處理系統的重要環節，在工作面副巷口處建設一口平流式沉淀池。根據現場空間大小，平流式沉淀池設計為矩形水池(長50 m×寬4 m×深1.5 m)，由進水區、出水區、沉淀區、污泥區4部分組成。上部為沉淀區，下部為污泥區，池前部為進水區，池后部為出水區。

3.2.3 沉淀池應用效果

經過振動篩、沉淀池這兩道工序，排污效果得到了一定的改善，水倉由原來的15天沉積滿延長到30天左右，基本滿足水倉清理周期要求。

3.3 絮凝處理

3.3.1 沉淀池絮凝劑自動加藥系統設計

為進一步改善沉淀效果，增設一套自動監測及加藥系統，自動監測及加藥系統流程見圖4，沉淀池絮凝劑加料系統見圖5.礦井水凈化處理過程中液位、流量、壓力、濁度等工藝參數，通過相應傳感器采集模擬量信號，部分模擬量信號傳送至自動加藥 PLC，其余模擬量信號傳送至工藝過程監控 PLC，經工藝過程監控 PLC、自動加藥 PLC中的程序模塊計算分析，以及工控機給出的控制方式和設定參數，由 PLC 發出指令至電氣控制單元，電氣控制單元執行指令啟動或停止相應的動力設備，達到自動控制的目的。

圖4 自動加藥系統流程圖

圖5 沉淀池絮凝劑加料系統圖

3.3.2 絮凝環節處理效果

參照選煤廠煤泥水處理技術經驗[6]，該礦選用聚合硫化鋁+聚丙烯酰胺進行絮凝處理，比例為2∶1，根據現場工作面涌水量及懸浮物含量確定沉淀池每月需使用絮凝劑材料5 t(其中聚合硫化鋁3.3 t，聚丙烯酰胺1.7 t)，歷經兩個月的觀察，310水平末端水倉煤泥堆積延長至50天左右，實現了清倉正規循環。

4 實施效果

通過礦井工作面源頭控制排水中煤泥多級分離工藝在310二采區的應用，緩解了采區末端水倉的運行壓力，保證了2-208工作面的安全生產。

5 結 論

介紹了在辛置煤礦2-208回采工作面開展的礦井煤泥水多級分離工藝應用過程情況。通過投入振篩機及絮凝劑，優化了礦井煤泥水處理工藝，由傳統的“工作面→采區水倉”模式，改變成“工作面→振動篩→沉淀池→采區水倉”的新模式，提高了污水中煤泥的沉淀效率，將井下排水中煤泥在源頭盡可能截留并處理，解決了采區水倉由于煤泥阻塞而導致的運行困難問題，實現了工作面安全生產。