淮南礦區(qū)礦井水井下處理技術研究與應用

李 翠 ，毛維東 ，陳永春，郭中權，陸春輝

(1.煤礦生態(tài)環(huán)境保護國家工程實驗室，安徽淮南232001；2.煤科集團杭州環(huán)保研究院，浙江杭州311201)

淮南礦業(yè)集團是我國十三個大型煤炭基地、 六個煤電基地和國家首批循環(huán)經濟試點企業(yè)之一，礦井水的資源化利用是實現(xiàn)循環(huán)經濟、節(jié)能減排目標的重要基礎[1]；淮南礦區(qū)礦井水中溶解性總固體、氯離子等含量較高，經過凈化處理無法滿足生產、生活等對水質要求較高的方面[2]，尤其是井下配制乳化液用水要求氯化物小于200 mg/L，必須進行相應的反滲透深度處理。由于煤礦井下生產的特殊性，從技術、經濟兩方面看在地面對礦井水進行深度處理都不是合理的做法，因此針對淮南礦區(qū)的水質特性研究礦井水井下處理的技術就顯得尤為必要。

1井下供用水分析

1.1供水特性

淮南礦區(qū)目前共有14對生產礦井，通過對其中8對新建礦井的礦井水水質研究可以看出，這些礦井水均屬于高氯化物型高礦化度礦井水，氯化物含量占溶解性總固體(TDS)的30%～50%不等，水質分析結果見表1。TDS在1 000 mg/L～3 000 mg/L之間，氯化物在350 mg/L～1 200 mg/L之間，硫酸鹽絕大部分小于250 mg/L。這部分煤礦供用水系統(tǒng)相對完善，井下用水以經過地面凈化處理的礦井水為主，供水管路均為碳鋼管道；個別煤礦在地面建有反滲透為主的礦井水深度處理設施，處理后的礦井水主要供地面鍋爐等。

表1 淮南礦區(qū)新建礦區(qū)礦井水水質單位：mg/L

1.2 用水需求

煤礦井下用水主要為噴霧降塵、設備冷卻、配制乳化液等，其中配制乳化液用水水質要求最高，根據《煤礦企業(yè)礦山支護標準--液壓支架（柱）用乳化油、濃縮物及其高含水液壓液》MT76-2011，pH值要求6～9，氯化物要求小于200mg/L?？梢姡茨系V區(qū)礦井水均不能滿足上述要求，尤其是氯化物，部分水樣超標接近五倍；目前，未經深度處理的礦井水在實際使用中極易導致綜采設備，尤其是液壓閥等部件結垢、堵塞，影響井下生產的正常進行，甚至造成安全隱患。

2 處理技術

2.1 工藝選擇

礦井水深度處理前，通常要進行預處理以去除其中的物理雜質，防止化學結垢[3]，滿足深度處理的進水要求。

圖1是淮南礦區(qū)某煤礦未經處理的礦井水和經過處理后供到井下管網的礦井水粒徑分布圖?？梢钥闯觯唇浱幚淼牡V井水所含顆粒物主要分布在 0.1～40 μm 之間， 其中 2～38 μm 直徑的顆粒含量都高于0.5%，是其主要分布區(qū)。經過處理后的礦井水供到井下管網后所含顆粒物的直徑較未處理的礦井水變大，顆粒物主要分布在2.5～600 μm之間，同時管路輸送過程中摻雜進來的顆粒物也普遍較大，可以達到mm級別，所以在進行井下深度處理前必須進行預處理。通過對比試驗，我們最終選擇 100 μm+50 μm+10 μm 的三級介質過濾工藝，保證礦井水中所含物理雜質滿足深度處理進水要求。

圖1 礦井水粒徑分布圖

化學結垢也是影響深度處理穩(wěn)定運行的關鍵因素，在地面深度處理過程中通過阻垢劑的計量投加來延緩化學結垢的形成。阻垢劑的研究相對成熟，在礦井水井下處理過程中主要障礙為計量裝置的選擇，通常的電磁計量泵或電機計量泵均不能滿足井下防爆及煤安認證的要求。為此，我們設計研發(fā)了依靠壓縮空氣的計量加藥系統(tǒng)，并且申請了國家專利[4]，原理如圖2所示。

圖2加藥系統(tǒng)原理圖

穩(wěn)定的壓縮空氣通過加藥控制器調節(jié)，控制加藥執(zhí)行器將預定量的藥劑準確的投加進工藝流程，實現(xiàn)自動準確的阻垢劑投加過程。加藥控制器和加藥執(zhí)行器皆為非用電設備，滿足井下防爆及煤安認證要求。

2.2 處理工藝

淮南礦區(qū)均為井工煤礦，井深在1 200 m以內[5]，超過600 m的礦井一般都設計中間水倉[6]，維持工作面供水壓力在2.0～6.0MPa之間。礦井水井下處理技術工藝流程如圖3所示。井下管網水通過壓力調節(jié)單元后，水壓降低至1.0～2.0MPa并維持穩(wěn)定，通過三級介質過濾去除物理雜質，使?jié)岫冉档偷?NTU以下，加藥系統(tǒng)投加阻垢劑后進入以反滲透處理為主的離子去除單元，實現(xiàn)礦井水井下深度處理。出水達到MT76-2011標準要求，作為乳化液配制用水。

圖3工藝流程圖

2.3 工藝特點

（1）直接利用井下管網水的自然壓力，通過機械調節(jié)滿足設備工作要求，沒有動力加壓設備；

（2）采用壓縮空氣計量加藥系統(tǒng)，滿足煤礦防爆及煤安要求，安全高效；

（3）工藝流程簡短，運行穩(wěn)定可靠。

3 處理站研制與應用

3.1處理站結構

礦井水井下深度處理站采用分體設計，壓力調節(jié)單元與物理雜質去除單元作為一個整體、離子去除單元與加藥系統(tǒng)作為一個整體，減小了單體尺寸，保證運輸與安裝維護安全、便捷?？紤]到高氯化物礦井水的影響，所有過流部件均采用316L不銹鋼或復合材料，工藝部件剛性固定于設備結構體上，管道連接為柔性接口，保證井下運輸、安裝過程中彈性變形而不影響管道密封性能，有利于提高設備運行穩(wěn)定性。

3.2處理站應用

礦井水井下深度處理站在淮南礦區(qū)某煤礦-630工作面實際應用，產水量6t/h，進出水水質見表2。

3.3 應用效果

表2 進出水水質分析結果單位：mg/L

通過在淮南礦區(qū)某煤礦-630工作面的實際應用，礦井水井下深度處理站能夠滿足井下乳化液配制用水的要求，研究確定的處理工藝運行穩(wěn)定、可靠，抗沖擊負荷能力強，脫鹽率一直保持在95%以上；工作面液壓泵站、支架、電液閥等設備結垢、堵塞情況明顯減少，維護工作量顯著下降。

[1]程功林.淮南礦區(qū)礦井水深度處理技術研究 [J].能源環(huán)境保護，2009，（1）：34-37.

[2]王錦，趙玲，毛維東，等.膜法處理淮南礦區(qū)礦井水的試驗研究[J].能源環(huán)境保護，2009，23（4）：19-21.

[3]郭中權，王守龍，朱留生.煤礦礦井水處理利用實用技術[J].煤炭科學技術，2008，36（7）：3-5.

[4]程功林，周如祿，萬玉全，等.加藥裝置及系統(tǒng)：中國，201020623574.1[P].2010-11-22.

[5]彭蘇萍，高云峰，彭曉波，等.淮南煤田含煤地層巖石物性參數研究[J].煤炭學報，2004，29（2）：177-181.

[6]胡社榮，戚春前，趙勝利，等.我國深部礦井分類及其臨界深度探討 [J].煤炭科學技術，2010，38（7）：10-13.