礦井清污水分排方案技術研究與實施

倪 萌 劉 峰 劉祖太

（1.新汶礦業集團有限責任公司職工大學，山東 濟南 271100；2.山東萬祥礦業有限公司，山東 濟南 271100）

潘西煤礦采用清水和污水混合的方式進行排水，礦井涌水主要水源為奧灰疏放鉆孔涌水，水質清澈、無污染。礦井生產過程中產生的污水，主要來自于膠帶運輸系統及采區各生產系統。清污水混合排放環保治理難度大，需要新建污水處理廠對礦井水處理達標后排放，污水導致各水平中央泵房水倉淤積嚴重，影響了水倉的有效容積，影響了水泵的排水效率，加重了水泵及管路的結垢和磨損。

1 礦井概況

山東萬祥礦業有限公司潘西煤礦1958 年建井，2020 年礦井生產能力核定為70 萬t/a，水文地質類型為復雜型。礦井總涌水量785 m3/h，其中-150 m水平及-350 m 水平已開采結束，涌水量46 m3/h。近年來，礦井涌水量向深部轉移，現生產水平-740 m 水平涌水量739 m3/h。主要礦井涌水為主采煤層19 煤層底板奧灰巖溶承壓水。為確保主采煤層19煤層安全，采取施工鉆孔進行疏水降壓的治理措施，鉆孔疏放清水510 m3/h。礦井生產過程中產生的污水，主要來自于膠帶運輸系統及采區各生產系統。

2 排水系統構成

萬祥礦業潘西煤礦排水系統由斜井排水和立井排水兩部分構成。立排由-740 m 水平直接排至地面。斜排為四級排水：-740 m 下部水平排至-740 m 水平，-740 m 水平排至-350 m 水平，-350 m 水平排至-150 m 水平，-150 m 水平再排至地面。

2.1 斜排系統

第一級：從-740 m 下部水平至-740 m 水平。最大排水能力為2400 m3/h，水倉容積為8090 m3（外倉4334 m3，內倉3756 m3）。

第二級：從-740 m 水平至-350 m 水平。最大排水能力為2280 m3/h，水倉容積為2860 m3（外倉1618 m3，內倉1242 m3）。

第三級：從-150 m 水平至地面。最大排水能力為1980 m3/h，水倉容積為3014 m3（外倉1519 m3,內倉1495 m3）。

2.2 立排系統

-740 m 泵房安裝1 臺PJ200B×12 水泵，1 臺HDM420×12 水泵，2 臺MD420-96×12 水泵（單臺額定流量均為420 m3/h），電機都為2000 kW，沿立井筒安裝了3趟Φ325 mm×1080 m排水管路。

斜排、立排合計排水能力為3660 m3/h，-740 m水倉容積為12 200 m3。

3 實施方案

對礦井疏排水系統進行優化改造，鉆孔疏放的清水采用“三專”技術，即專用管路疏水、專用水倉儲水，專用水泵排水，從而實現清污水的分離排放。

3.1 -740 m 清污水分離排放方案

-740 m 水平可分離5 處清水，合計水量279 m3/h ，分別是：-650 m 車場（前四采區上部涌水）20.0 m3/h，6196 疏水巷63.0 m3/h，-740 m 東大巷113.0 m3/h，后五石門16.0 m3/h，后四石門67.0 m3/h。

（1）總體方案

清水采用管路（或直接接到水泵吸水口）接至外倉或外環水倉，-740 m 泵房立排水泵全部排放清水。污水經各級沉淀，通過大巷水溝進入-740 m 內倉，斜排水泵排放污水。如圖1。

圖1 6196 疏水巷、后四石門引水方案示意圖

（2）6196 疏水巷引水

在6196 疏水巷門口安裝一臺IS150-125-250 型單級單吸清水離心泵，從泵出口接一趟6 寸鋼管合計1480 m 到-740 m 外環水倉入口。

6196 疏水巷以外鉆機窩處的涌水有多處出水點，需施工一個蓄水池將水截流，蓄水池規格長×寬×高=6 m×1 m×1.2 m。蓄水池在底板上0.5 m預留管路與6196 疏水巷的水管連接。

（3）后四石門引水方案

后四石門清水67 m3/h，在后四石門與-740 m西大巷三岔門處水溝內施工一道擋水墻，擋水墻至-740 m 外環水倉入口鋪設6 寸PE 疏水管50 m，使后四石門的清水通過管路疏水到外環水倉入口。

（4） -650 m 車場（前四采區上部涌水）及后五石門引水方案

-650 m 車場（前四采區上部涌水）涌水量20 m3/h，通過皮帶井與-740 m 車場的鉆孔進入-740 m 大巷后至-740 m 材料線與外倉鉆孔處鋪設一趟4寸鋼管，管路長度約280 m，使該清水通過鉆孔流入-740 m 外倉。如圖2。

圖2 -650 m 車場（前四采區上部涌水）、后五石門引水及-740 m 東大巷積水正壓排水方案示意圖

后五石門涌水量16 m3/h。在后五石門出水口至-740 m 材料線與外倉鉆孔處鋪設一趟4 寸鋼管，管路長度約260 m。

（5） -740 m 東大巷積水實行正壓排水方案

-740 m 東大巷積水將管路在-740 m 通過線處截斷，另敷設200 mФ315 mm 的鋼管經過-740 m泵房東防水門北側進入泵房，接到5#立排泵吸水口。

管路在泵房東防水門處將北側的墻體破壁后穿入，穿墻后用水泥封堵嚴密。管路在泵房內合適位置安裝一個閥門，管路上安裝一個電接點壓力表（或壓力傳感器），1#泵吸水管路在縮口前的合適位置開一個三通口，然后將管路連接至5#水泵的吸水管上。5#水泵吸水管更換為帶底閥籠頭。

3.2 -740 m 下部清污水分離排放方案

-740 m 下部水平可收集4 處清水，合計水量264 m3/h，分別是：6197 疏水巷涌水量120 m3/h；6198 東運輸巷及6198 運輸巷密閉下涌水25 m3/h；4198 疏水巷涌水量80 m3/h（鉆孔涌水）；6198 東疏水通道涌水量39 m3/h。清水采用管路接至外倉入口，或直接接到外倉吸水井。1#、2#水泵通過二趟斜排管路排放至-740 m 外環水倉入口。污水經各級沉淀，通過大巷水溝進入內倉，3#～5#水泵通過一趟斜排管路排放至-740 m 內倉。

（1）6197 疏水巷、6198 東運輸巷及6198 運輸巷密閉下涌水

6197 疏水巷涌水經12 寸鋼管1060 m 直接排至-740 m 下部外倉入口。6198 東運輸巷及6198 運輸巷密閉下涌水共計25 m3/h 左右，將兩路清水用4寸管路200 m 引出后與6197 放水管路合茬。如圖3。

圖3 6197 疏水巷、6198 東運輸巷及6198 運輸巷密閉引水示意圖

（2）4198 疏水巷及6198 東疏水通道涌水

4198 疏水巷涌水量80 m3/h（鉆孔涌水）。該涌水通過閉合8 寸管路1050 m 接至-740 m 下部水倉入口。

6198 東疏水通道涌水量39 m3/h。該涌水已通過排水管路直接排至-740 m 下部泵房1#吸水井內（外倉）。如圖4。

圖4 4198 疏水巷及6198 東疏水通道引水示意圖

4 效益

4.1 -740 m 東大巷正壓排水效益分析

（1）水泵吸水管吸水高度5 m，正壓力按平均5 m 算，可節約10 m 排水揚程。按照113 m3/h 的水量從-740 m 排至-350 m，年節省電量為：0.5×（3.9-3.8）×113×24×365=4.9 萬kW·h。

（2）正壓排水后，全部排清水，水泵效率提高，清水比重1000 kg/m3，較污水比重1050 kg/m3，效率提高5%。從-740 m 排至地面年節省電量0.5×9.9×113×24×365×5%=24 萬kW·h。

（3）水泵運轉可靠，避免了水泵的汽蝕。作為井下使用的水泵主要是由于水泵所允許的吸水真空高小于水泵安裝高度而產生汽蝕。而壓入式水泵房中的水泵在水面以下運轉，不存在因吸上真空而使水泵發生汽蝕的現象。泵的工作效率高，使用壽命也長。按照兩年減少一次維修計算，每年可減少投入5 萬元。

（4）提高了水泵本身的效率。啟動前不需要灌水，同一水泵在灌注水頭條件下工作比在有吸上高度條件下運轉效率高。效率將提高10%左右。

年經濟效益為：電機的功率2000 kW×節能百分比10%×電費0.65×泵的運行時間6.4×365=30萬元。

年總節省費用：（4.9+24）×0.65+5+30=53 萬元。

4.2 清水排放節能分析

-740 m 水平可分離5 處清水。合計水量279 m3/h ，減去-740 東大巷113 m3/h，剩余清水量166 m3/h。-740 下部可收集4 處清水，合計水量264 m3/h。清水比重1000 kg/m3，較污水比重1050 kg/m3，效率提高5%。從-740 下部排至-740 年節省電量0.5×3.6×264×24×365×5%=20.8 萬kW·h。從-740 排至地面年節省電量0.5×9.9×（166+264）×24×365×5%=93 萬kW·h。年節省費用（20.8+93）×0.65=74 萬元。

4.3 減少了水倉清挖次數

因清水單獨排放，不再與生產污水混合，減少了清污水的混合量，使污水在進入水倉前能夠更好地沉淀。減少了污泥進入水倉的比例，降低了水倉的清挖次數。

-740 m 外倉及-740 m 下部外倉因儲存清水不再進行清挖，每年兩個外倉需要每天12 人清挖3 個月。節省人工費12×90×150=16 萬元，另外清挖水倉的運輸費、管理費、電費、材料費等約需5 萬元。

如上分析，實現清污水分離分排，年經濟效益148 萬元。

5 結論

（1）對礦井的輸排水系統采用“三專”技術方案，即采用專用管路疏水、專用水倉儲水、專用水泵排水，實現清水與污水的分離排放。

（2）清污水分離排放減少了清污水的混合量，使污水的水量大幅減少，在進入水倉前能夠更好地沉淀，減少了污泥進入水倉的比例，降低了水倉的清挖次數，減少水泵及管路結垢，提高排水效率。

（3）利用廢棄大巷作為水平水倉，實現正壓排水。

（4）將鉆孔水收集后使用管路引水，降低鉆孔水熱量對巷道環境溫度的影響。

（5）清水單獨排放，便于后期水資源開發利用。